[發明專利]太陽能集熱管鋼芯選擇性吸收涂層制備方法

無效

• 申請號: 201010209697.5
• 申請日: 2010-06-19
• 公開（公告）號: CN101871093A
• 公開（公告）日: 2010-10-27
• 發明（設計）人: 李劍鋒
• 申請（專利權）人: 大連交通大學
• 主分類號: C23C14/35
• 分類號: C23C14/35;C23C14/16;C23C14/08;C23C14/54
• 代理公司: 大連星海專利事務所 21208
• 代理人: 花向陽

技術領域

本發明涉及一種太陽能集熱管鋼芯選擇性吸收涂層制備方法，屬于太陽能應用領域。

背景技術

槽式太陽能熱發電系統是由槽式拋物面聚光鏡將太陽光聚焦在一條線上，在這條焦線上安裝有管狀熱量吸收器(集熱管)，用來以吸收聚焦后的太陽輻射能。管內的流體被轉換來的太陽能加熱后，流經換熱器加熱工質，轉換為高溫高壓的熱蒸汽，再借助于蒸汽循環動力來發電。槽式太陽能熱發電技術相對成熟，所以在世界得到廣泛地推廣應用，這類電站分布于阿爾及利亞、澳大利亞、埃及、印度、伊朗、意大利、摩洛哥、墨西哥、西班牙、美國等太陽能資源豐富的國家。該系統中高溫真空管接收器是整個系統的核心部件，由以色列Solel公司(前身為LUZ公司)提供。德國Schott公司對高溫真空管作了改進：一是為防止兩端溫度過高影響封接質量，在局部增加了太陽輻射反射圈；二是力求最大限度減少遮光面積，使真空管有效利用長度大于96％；三是調整相關玻璃材料配方，使可伐合金與玻璃管封接得更好。在槽式拋物面聚焦發電中，提高集熱管上太陽能選擇性吸收涂層的性能和提高涂層的工作溫度超過400℃能夠提高太陽能轉換成熱能的效率。

發明內容

本發明提供一種太陽能集熱管鋼芯選擇性吸收涂層制備方法。該涂層制備方法應提高集熱管上太陽能選擇性吸收涂層的性能和在涂層的工作溫度超過400℃能夠提高太陽能光熱轉換效率。

本發明所采用的技術方案是：一種太陽能集熱管鋼芯選擇性吸收涂層制備方法，該制備方法采用直流濺射金屬靶材，射頻濺射氧化物靶材及反應共濺射的方法制備選擇性涂層的反射金屬層，吸收層和減反射層；使用的設備主要包括真空系統、平面磁控濺射、柱狀磁控濺射、偏壓電源加熱系統、供氣系統和水冷系統，把不銹鋼管安裝在水冷真空室中的公轉自轉工件架上，在不銹鋼管上制備X-Y膜系制備步驟為：

一、設計膜層結構

1、首先制備單層X膜和Y膜，測量折射系數n和消光系數k，

2、分別對具有不同組分的X膜和Y膜的光學參數進行計算，

3、用TFC薄膜設計軟件進行建模，模擬出最優化太陽能選擇性吸收涂層的結構，

4、將理論模擬計算結果反演到制備工藝上。利用膜厚儀精確檢測調控調整制備X膜/高摻雜X-Y膜/低摻雜X-Y膜/純Y膜，

5、利用Lambda?950分光光度計，紅外發射率檢測儀等檢測設備測量反射率，透射率，發射率等多層膜光學參數，

6、理論與結果相互印證對比，得到制備符合要求的膜層的最佳工藝；

二、制備X-Y膜系工藝過程：

1、真空室抽氣過程：

(1)打開水閥開關。并檢查各個管路通水是否順暢，

(2)打開機械泵，

(3)打開預抽閥，抽氣抽至500Pa，打開羅茨泵，再抽氣到5Pa，在抽氣的過程中將分子泵的電源打開4～5分鐘，

(4)關閉預抽閥，打開前級閥1分鐘后，開高閥，開分子泵抽高真空，直到壓強到工藝要求，

2、按照操作規程，加熱，開轉架，

3、按照工藝規程，送Ar氣，

4、用等離子體清洗不銹鋼管，

5、采用平面磁控濺射X靶濺射沉積，制備X反射層，

6、采用射頻磁控濺射Y濺射沉積Y和平面磁控濺射X靶濺射沉積X，同時沉積形成吸收層，X和Y的比例和沉積率取決于濺射功率，

7、單獨采用射頻磁控濺射濺射沉積Y膜，沉積率取決于濺射功率。

所述X-Y膜系中的X為W、Mo或Al金屬，Y為SiO₂、Al₂O₃或AlN陶瓷。

上述關于X膜和Y膜模擬計算的理論基礎是：等效媒質理論認為，當一種材料微粒均勻鑲嵌在另一種基體材料中構成宏觀結構均勻一致的復合材料時，材料的介電性能可用一種均勻材料的介電性能來等效，而這種材料的介電常數就是所研究的非均質材料的等效介電常數。MG理論是由Maxwell和Garnett于1904年和1906年分別提出的，起始于Clausius-Mossotti公式，適用于介質基體中嵌埋了球形金屬顆粒的金屬陶瓷體系并做了如下假定：

(1)極少量的金屬微粒分散于介質基體中，微粒之間的距離比較大，微粒之間沒有相互作用，各自散射；

(2)微粒被瞬態場誘導極化；

(3)外場可用Lorentz局域場進行修正

如果介質的介電常數為ε1，金屬球形顆粒的介電常數為ε2，則二相復合體系的介電常數ε可以用公式表示：