[發明專利]太陽能高溫吸熱CrFeON薄膜及其制備工藝

有效

• 申請號: 200910264730.1
• 申請日: 2009-12-30
• 公開（公告）號: CN101776338A
• 公開（公告）日: 2010-07-14
• 發明（設計）人: 錢濤
• 申請（專利權）人: 星弧涂層科技(蘇州工業園區)有限公司
• 主分類號: F24J2/48
• 分類號: F24J2/48;C23C14/06;C23C14/35;B32B15/04
• 代理公司: 南京蘇科專利代理有限責任公司 32102
• 代理人: 陸明耀;陳忠輝

技術領域

本發明涉及一種利用物理氣相沉積技術在金屬基板上制備用于吸收太陽光能并將其轉化為熱能的薄膜工藝，屬于太陽能集熱技術領域。

背景技術

物理氣相沉積是指通過蒸發、電離或濺射等過程，產生金屬粒子并與反應氣體反應形成化合物沉積在工件表面，簡稱PVD。目前常用的PVD鍍膜技術主要分為三類，真空蒸發鍍膜、真空濺射鍍和真空離子鍍膜。其中，濺射鍍膜是用高能粒子轟擊固體表面時能使固體表面的粒子獲得能量并逸出表面，沉積在基板上。

現有的太陽能吸熱薄膜的制備方法主要有噴涂法、電化學法和磁控濺射法。噴涂法具有成本低、工業簡單的優點，但是普遍存在薄膜附著力差，易脫落等缺點，并與電化學法一樣存在嚴重的污染問題。

利用物理方法(包括物理氣相沉積)來制備太陽能吸熱薄膜可以克服這些缺點，提高光熱轉換效率和薄膜的使用壽命。但是目前所能制備的太陽能吸熱薄膜所含的材料元素種類也限于2～3種，最常見的膜層以AIN為代表，其太陽能吸熱薄膜只能適用于中溫吸熱，即薄膜吸熱面溫度在100℃～400℃之間。

發明內容

本發明的目的在于解決上述的技術問題，提供一種采用PVD鍍膜技術中的大規模磁控濺射技術來制備的太陽能高溫吸熱CrFeON薄膜。

本發明的目的通過以下技術方案來實現：

一種太陽能高溫吸熱CrFeON薄膜，設置于金屬基板上，包括通過磁控濺射工藝設于所述金屬基板上的用于吸熱的CrFe純金屬第一層膜層，用于吸熱和減反的CrFeON第二層膜層，用于吸熱和減反的CrFeON的第三層膜層，以及用于減反的SnO第四層膜層，所述四層膜層在磁控濺射過程中都施加有300V～500V偏壓。

進一步地，所述第一層膜層的厚度為40±10nm，膜層成分為純金屬CrFe；所述第二層膜層的厚度為120±10nm，膜層成分為CrFeON；所述第三層膜層的厚度為100±10nm，膜層成分為CrFeON；所述第四層膜層的厚度為40±10nm，膜層成分為SnO；所述金屬基板為紫銅薄板、鋁制薄板或不銹鋼薄板。

本發明還揭示了一種太陽能高溫吸熱CrFeON薄膜的制備工藝，包括如下步驟：

(1)將鍍膜真空室在抽氣系統的抽氣下，達到5＊10^-4Pa以上的真空度，加熱所述金屬基板達到150℃并保持溫度10～20分鐘；

(2)向鍍膜真空室內通入氬氣，使真空室壓力達到3.5＊10^-1Pa，開始CrFe靶的濺射工藝形成第一層膜層，其中施加在所述金屬基板上的偏壓為500V、占空比為40％、脈沖頻率為40KHz的直流脈沖電壓；

(3)保持氬氣的含量，進一步再向鍍膜真空室內同時引入氮氣和氧氣并確保氮氣和氧氣的比例為1.5∶1sccm，使真空室壓力達到4.5＊10^-1Pa，開始CrFeON膜層的沉積工藝，形成第二層膜層，其中施加在所述金屬基板上的偏壓為500V、占空比為40％、脈沖頻率為40KHz的直流脈沖電壓；

(4)保持氬氣的含量以及氮氣和氧氣的比例，進一步增加氮氣、氧氣混合氣體的供給量并使得真空室壓力達到8.5＊10^-1Pa，形成第三層膜層，其中施加在所述金屬基板上的偏壓為300V、占空比為40％、脈沖頻率為40KHz的直流脈沖電壓；

(5)停止CrFe靶的濺射工藝，同時引入氬氣和氧氣使真空室壓力達到4.5＊10^-1Pa，然后開始Sn靶濺射沉積SnO膜層，形成第四層膜層，其中施加在所述金屬基板上的偏壓為300V、占空比為40％、脈沖頻率為40KHz的直流脈沖電壓；

(6)結束薄膜沉積工藝，自然降溫。

其中，第2至第5步驟中，所述金屬基板的溫度保持在150℃；所述第2步驟和第5步驟中的磁控濺射靶材分別為重量百分比為70∶30的CrFe合金和純度99.9％的Sn。

本發明的有益效果主要體現在：太陽能吸熱薄膜可用于500℃以上的高溫環境，且具有對太陽能吸收率高、發射率低以及熱穩定性高的性能；制備該太陽能吸熱薄膜的工藝也簡單高效，具有很好的推廣價值。

具體實施方式

下面結合實施例對本發明進行詳細說明：