[其他]新型太陽能反光材料及制備技術(shù)

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 85107406
• 申請日: 1985-10-09
• 公開（公告）號: CN85107406A
• 公開（公告）日: 1986-07-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 郭信章
• 申請（專利權(quán)）人: 北京市太陽能研究所
• 主分類號: C23C14/34
• 分類號: C23C14/34;G02B5/08
• 代理公司: 北京市科技專利事務(wù)所
• 代理人: 韓建功

本發(fā)明屬于真空物理氣相沉積技術(shù)，並與太陽能反光材料有關(guān)。

迄今用于太陽能反光材料一般為玻璃基體上涂鋁膜、銀膜的背面鏡，也有在滌綸上面鍍鋁薄膜再加上保護(hù)薄膜的反光材料。它們的主要缺點是耐候性，耐磨性能較差，壽命較短。如美國太陽能技術(shù)手冊A部（Salar????Energy????Technolegy????Handbook????Part????A，New????York，1980）中介紹的背面玻璃鏡，塑料金屬化薄膜及拋光的金屬鋁等材料均屬于上述情況。目前尚未找到一種耐候性，耐磨性及鏡反射率都可滿足使用要求的反光材料。

近代利用CVD法制備ZrN，TiN等工藝，其沉積溫度高，工藝參數(shù)復(fù)雜和不易重復(fù)等，如Thin????Solid????Films，72（1980）51～58之文獻(xiàn)中所述的工藝對不銹鋼，鉬和石英等基體可適用，而對玻璃等由于沉積溫度太高而不能作為基體材料。如US4226082主要研究TiN用作裝飾鍍手表部件等，如GB2075068研究ZrN，TiN等主要應(yīng)用在刀具的表面硬化的鍍膜等。上述工作研究的目的均不是作為反光材料而研究其化學(xué)結(jié)構(gòu)配比的。要指ZrNx，TiNx（x＝0～1）薄膜應(yīng)用到太陽能聚光裝置上的反光材料，則必須使它的可見光譜的反射率增加。采用有效的方法使它的反射率向短波方向移動，使整個太陽光譜的反射率提高。除基體平整處理外，還要想法使材料中的費米能增加的途徑來實現(xiàn)。這樣就要增加導(dǎo)電子數(shù)及等離子的能量，並且使氮的晶格位置上產(chǎn)生一定的空穴來達(dá)到此目的，使鏡反射率性能滿足太陽能利用的要求。因此尋求一種合適的工藝路線和參數(shù)來獲得一種可用的反光材料是本發(fā)明的目的。

本發(fā)明的構(gòu)成是采用磁控濺射技術(shù)在不銹鋼、碳鋼，其它合金材料、玻璃、陶瓷及能耐300℃左右的高分子材料涂層表面上制備ZrNx，TiNx及Zr，Ti，與其它元素合金的化合物的反光鍍膜。利用真空鍍膜機(jī)在磁控濺射過程中，在加熱到200℃～450℃的基體上一直施加一個-50V～-300V的偏壓，通過對基體加偏壓來提高反射率，改善表面狀況。同時由兩根導(dǎo)氣管分別向真空室內(nèi)通入可調(diào)氣體分壓的氮和氬，反應(yīng)氣體與靶上濺射出來的Zr或Ti或它們的合金元素起反應(yīng)沉積到加偏壓的基體上生成一定厚度的反射膜，反射膜厚約0.5μm不必進(jìn)行再處理就可直接應(yīng)用。

在膜生成的濺射過程中，它采用了反應(yīng)氣體和放電氣體分別進(jìn)入真空室，在電弧下激發(fā)出活性的金屬原子或離子和氮離子，通過不斷改變反應(yīng)氣體的分壓和濺射時間來生成不同成份的多層的金屬氮化物，其化學(xué)結(jié)構(gòu)元素的配比可由1變到0，從而得到各種不同顏色的，不同物理性能的彩色反光膜。如銀白色到金黃色甚至紅黃色的各種顏色的膜。

本發(fā)明不僅可以應(yīng)用于太陽能反光裝置，同樣亦可應(yīng)用到反射率要求高，耐磨及耐腐蝕的光亮裝飾鍍的部件上。

用本發(fā)明制作的反光材料具有制作工藝簡單，成本低廉，物理性能及化學(xué)性能穩(wěn)定，機(jī)械性能良好，以及鏡反射率高，壽命長等特點。用它來作太陽能聚光裝置的反光面，如太陽灶，太陽爐，聚光的光電池的反光面等室外使用的裝置，其使用壽命比現(xiàn)有的可提高一倍至數(shù)倍。上述的積極效果是現(xiàn)有技術(shù)不可比擬的。

本發(fā)明的實施例如下：

基體進(jìn)行化學(xué)或機(jī)械拋光（如金屬材料），再用丙酮清洗，酒精漂洗后烘干裝入爐內(nèi)。真空室的壓力抽空到1×10^-4托以下，最好能抽到5×10^-5托。加熱基體到200～450℃保溫10～40分鐘，基體加偏壓為-50～-300V。分別通入N₂及A_r氣，使N₂的分壓在1×10^-2～1×10^-4托，A_r氣的分壓在5×10^-2～10^-4托之間，在濺射當(dāng)中不斷調(diào)節(jié)合適的分壓比。濺射靶上通入電壓為-400～-1000V，電流為10mA～200mA/cm²，濺射時間根據(jù)需要在5～30分鐘之間變化，若膜層要求厚還可以增加。

最后關(guān)掉電源，停止通N₂及A_r氣，為了加速冷卻可通入A_r氣使?fàn)t內(nèi)壓力在10^-2托下冷卻，基體冷到50～100℃通大氣開爐取產(chǎn)品。通過以上工藝制得的薄膜其組織為Z_r，Z_r2N及Z_rN，它的鏡反射率可達(dá)到70%以上，是一種耐磨、耐腐蝕及耐候性良好的反光材料。