[發(fā)明專利]中高溫太陽能選擇性吸收鍍層的膜系結(jié)構(gòu)及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310157863.5
• 申請日: 2013-04-27
• 公開（公告）號: CN103234294A
• 公開（公告）日: 2013-08-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 夏建業(yè);楊紀(jì)忠;劉建超
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇夏博士節(jié)能工程股份有限公司
• 主分類號: F24J2/50
• 分類號: F24J2/50;C23C14/06;C23C14/35
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 張素卿

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種中高溫太陽能選擇性吸收鍍層的膜系結(jié)構(gòu)及其制備方法，屬于太陽能熱利用技術(shù)。

背景技術(shù)

所述中高溫太陽能選擇性吸收鍍層，是太陽能中高溫應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)。優(yōu)良的中高溫太陽能選擇性吸收層要求滿足≥200℃溫度下，鍍層長期循環(huán)利用，并保持良好的光學(xué)吸收性能，低發(fā)射性能和良好的耐候性能。

有鑒于此，中高溫選擇性吸收鍍層，相對于低溫吸收鍍層而言，不僅要考慮材料的高吸收率和低發(fā)射率，而且更要考慮鍍層在高溫下的穩(wěn)定性。基于鍍層材料的熱物性，光學(xué)性能及其實用性要求，目前已有技術(shù)的中高溫吸收鍍層，主要集中在金屬陶瓷吸收鍍層和半導(dǎo)體光干涉鍍層的研究開發(fā)上面。

然而，近年來基于W/Mo/AlN與W/Mo/Al₂O₃的太陽能中高溫選擇性金屬陶瓷吸收鍍層，盡管已經(jīng)取得重大進(jìn)展，但普遍存在高溫下吸收率下降，鍍層氧化和開裂脫落等問題。

而躋身于目前最高技術(shù)領(lǐng)域的半導(dǎo)體金屬光干涉鍍層，于2007年由Barxhilia·C等，采用直流磁控濺射反應(yīng)法，把TiAlN/TiAlON/SiN，分別

制成由主吸收鍍層，半吸收鍍層和抗反射鍍層組成的選擇性吸收鍍層的膜系結(jié)構(gòu)，能在高溫條件下呈現(xiàn)比較好的綜合性能。但是其制備設(shè)備及工藝復(fù)雜，而且這些鍍層都存在各自的諸多不足，也不適宜于大工業(yè)生產(chǎn)。且其膜系與基底間的結(jié)合強度差，表面抗反射層對抗大氣環(huán)境能力不強，是這種選擇性吸收鍍層的主要不足。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于，采用半導(dǎo)體金屬光干涉鍍層的膜系結(jié)構(gòu)，工藝合理穩(wěn)定，設(shè)備相對易于滿足，制得鍍層在200℃以上的中高溫區(qū)域有良好的熱穩(wěn)定性，膜系層不易開裂脫落，適應(yīng)大氣環(huán)境能力強，適合大工業(yè)化生產(chǎn)的中高溫太陽能選擇性吸收層的膜系結(jié)構(gòu)及其制備方法，以滿足中高溫太陽能空調(diào)及熱發(fā)電和平板型集熱器集熱板芯的需求。

本發(fā)明實現(xiàn)其目的的技術(shù)構(gòu)想：一是采用半導(dǎo)體金屬光干涉鍍層及膜系結(jié)構(gòu)；二是采用人們業(yè)已掌握的成熟的真空磁控濺射技術(shù)及設(shè)備，實施在基底表面的鍍膜，以適合大工業(yè)化生產(chǎn)；三是采用化學(xué)處理和線性離子源離子刻蝕法，在基底表面實施重構(gòu)而形成高低參差不齊的微結(jié)構(gòu)，能有效增大基底比表面積而提高吸收率，并能增強膜系結(jié)構(gòu)與基底的結(jié)合強度，以避免開裂脫落；四是將膜系結(jié)構(gòu)最外表面的減反射膜層，由已有的1層增加到2層，謀求其進(jìn)一步降低發(fā)射率，和提升抵御惡劣自然環(huán)境的能力，以有效提高其工作穩(wěn)定性和使用壽命，從而實現(xiàn)其所需實現(xiàn)的目的。

基于上述技術(shù)構(gòu)想，本發(fā)明實現(xiàn)其第一個目的的技術(shù)方案是：

一種中高溫太陽能選擇性吸收鍍層的膜系結(jié)構(gòu)，包括基底，在基底的一表面有與基底互為一體的離子刻蝕層，在離子刻蝕層的表面，由內(nèi)之外依次有鋁紅外反射膜層，氮化鈦熱擴散阻擋膜層，高金屬含量的氮氧化鈦選擇性吸收膜層，低金屬含量的氮氧化鈦選擇性吸收膜層，四氮化三硅減反射膜層，和二氧化硅減反射膜層。

由以上所給出的技術(shù)方案，結(jié)合其實現(xiàn)目的的技術(shù)構(gòu)想可以明白，本發(fā)明由于其基底表面粗糙層和2層抗反射層膜的存在，從而實現(xiàn)了其所需實現(xiàn)的目的。

在上述技術(shù)方案中，本發(fā)明還主張，所述的基底，是不銹鋼或銅或鋁金屬基底，或者是玻璃基底。但不局限于此。

在上述技術(shù)方案中，本發(fā)明還主張，所述鋁紅外反射膜層的厚度在85~95nm范圍內(nèi)，氮化鈦熱擴散阻擋膜層的厚度在15~25nm范圍內(nèi)，高金屬含量的氮氧化鈦選擇性吸收膜層的厚度在55~65nm范圍內(nèi)，低金屬含量的氮氧化鈦選擇性吸收膜層的厚度在50~60nm范圍內(nèi)，四氮化三硅減反射膜層的厚度在60~70nm范圍內(nèi)，二氧化硅減反射膜層的厚度在85~95nm范圍內(nèi)。但不局限于此。

以上所述的基底材料和各膜層的厚度，是可以根據(jù)實際需要和實用技術(shù)性能要求，而進(jìn)行適應(yīng)性改變的。

在上述技術(shù)方案中，所述高金屬含量氮氧化鈦選擇性吸收膜層或稱氮氧化鈦高填充因子選擇性吸收膜層，其金屬鈦的含量占所述膜層總量在50~75wt％范圍內(nèi)；而所述低金屬含量的氮氧化鈦選擇性吸收膜層或稱氮氧化鈦低填充因子選擇性吸收膜層，其金屬鈦的含量占所述膜層總量在25~40wt％范圍內(nèi)。

本發(fā)明實現(xiàn)其第二個目的的技術(shù)方案是；

一種制備如以上所述的基底是金屬基底的中高溫太陽能選擇性吸收鍍層膜系結(jié)構(gòu)的方法，以金屬基底為出發(fā)料，以中頻真空磁控濺射鍍膜機為加工設(shè)備，其制備方法的步驟依次是：

一，金屬基底的前處理：