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1、(10)申请公布号 CN 102501459 A (43)申请公布日 2012.06.20 CN 102501459 A *CN102501459A* (21)申请号 201110328575.2 (22)申请日 2011.10.26 B32B 15/04(2006.01) B32B 9/04(2006.01) C23C 14/35(2006.01) C23C 14/14(2006.01) C23C 14/06(2006.01) (71)申请人 东莞市康达机电工程有限公司 地址 523400 广东省东莞市寮步镇塘唇工业 区 (72)发明人 郑礼清 沈剑山 周福云 谭卓鹏 赵华平 周壮大 (74。
2、)专利代理机构 广州华进联合专利商标代理 有限公司 44224 代理人 谭一兵 (54) 发明名称 一种中高温太阳能选择性吸收涂层的制备方 法 (57) 摘要 本发明公开了一种中高温太阳能选择性吸收 涂层的制备方法， 本涂层从基体到表面依次为红 外反射层、 吸收层和减反层， 红外反射层由 Mo 膜 组成， 厚度在50200nm ； 吸收层包含第一亚层和 第二亚层， 第一亚层和第二亚层均由 Mo+AlN 膜构 成， 厚度均为 30 150nm ； 减反层由 AlN 膜组成， 厚度为30100nm ； 本发明采用Mo靶直流磁控溅 射方法在基体上沉积红外反射层 ； 采用 Mo 靶直流 磁控溅射和 A。
3、l 靶中频磁控溅射在红外反射层上 沉积吸收层 ； 采用 Al 靶中频磁控溅射在吸收层上 沉积减反层 ； 本发明制备工艺简单、 操作方便、 易 于控制、 溅射速率快， 能缩短生产周期。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 1 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 1 页 1/1 页 2 1. 一种中高温太阳能选择性吸收涂层的制备方法， 该吸收涂层包括三层膜， 从基体 （1） 到表面依次为红外反射层 （2） 、 吸收层 （3） 和减反层 （4） ， 其特征在于 ： 所述红外反射层 （2） 由 Mo 膜。
4、成， 所述吸收层 （3） 包含第一亚层 （31） 和第二亚层 （32） ， 所述第一亚层 （31） 和 第二亚层 （32） 均由 Mo+AlN 膜构成， 所述减反层 （4） 由 AlN 膜组成 ； 所述吸收涂层以 Ar 气 作为溅射气体， 采用中频磁控溅射或直流磁控溅射方法进行制备， 其制备方法包括以下几 个步骤 ： 、 对基体 （1） 进行预处理 ： 首先对基体 （1） 进行一系列表面处理 ： 依次进行抛光、 酒精和丙酮超声波清洗、 去离子 水超声波清洗， 清洗过后进行烘干处理并置入磁控溅射腔体中 ； 最后待基体 （1） 装炉后再 使用离子轰击所述基体 （1） 的表面， 增强基体 （1） 与。
5、所述红外反射层 （2） 的结合力 ； 、 在所述基体 （1） 上沉积红外反射层 （2） ： 采用金属 Mo 靶通过直流磁控溅射方法制备在所述基体 （1） 表面， 以 Ar 气作为溅射气 体制备 Mo 膜， 控制所述红外反射层 （2） 厚度在 50 200nm ； 、 在红外反射层 （2） 上沉积所述吸收层 （3） ： 在采用 Mo 靶直流磁控溅射沉积 Mo 的同时， 亦采用 Al 靶中频反应溅射的方法同时沉积 AlN， 形成第一层金属陶瓷层即是所述吸收层 （3） 的第一亚层 （31） ， 在红外反射层 （2） 上制 备第一亚层 （31） Mo+AlN 膜的厚度为 30 150nm ； 再通过增。
6、加中频溅射中反应气体氮气流 量来增加 AlN 沉积量， 同时降低直流磁控溅射电源功率来减少 Mo 膜沉积量， 制备第二亚层 （32） Mo+AlN 膜， 第二亚层 （32） Mo+AlN 膜厚度为 30 150nm ； 、 在吸收层 （3） 上沉积所述减反层 （4） ： 所述减反层 （4） 为 AlN 膜， 停止 Mo 靶直流磁控溅射， 继续中频磁控溅射 AlN 膜， 减反层 （4） AlN 膜的制备厚度为 30 100nm。 2. 根据权利要求 1 所述的一种中高温太阳能选择性吸收涂层的制备方法， 其特征在 于 ： 所述红外反射层 （2） 为所述吸收涂层的底层， 所述红外反射层 （2） 由 。
7、Mo 膜组成 ； 所述吸 收层 （3） 为所述吸收涂层的中间层 ； 所述减反层 （4） 为所述吸收涂层的表层。 3. 根据权利要求 2 所述的一种中高温太阳能选择性吸收涂层的制备方法， 其特征在 于 ： 所述吸收层 （3） 中第一亚层 （31） 中 Mo 的体积百分比大于第二亚层 （32） 中 Mo 的体积百 分比。 4. 根据权利要求 3 所述的一种中高温太阳能选择性吸收涂层的制备方法， 其特征在 于 ： 所述第一亚层 （31） 中 Mo 的体积百分比为 40% 60%， 所述第二亚层 （32） 中 Mo 的体积 百分比为 10% 30%。 5. 根据权利要求 1 所述的一种中高温太阳能选择。
8、性吸收涂层的制备方法， 其特征在 于 ： 所述步骤中基体 （1） 为不锈钢管。 6. 根据权利要求 1 所述的一种中高温太阳能选择性吸收涂层的制备方法， 其特征在 于 ： 所述步骤中 Mo 靶纯度 99.99%。 权 利 要 求 书 CN 102501459 A 2 1/4 页 3 一种中高温太阳能选择性吸收涂层的制备方法 技术领域 0001 本发明涉及太阳能利用技术领域， 特别涉及一种中高温太阳能选择性吸收涂层的 制备方法。 背景技术 0002 太阳能热发电是大规模开发利用太阳能的一个重要技术途径， 目前有塔式、 槽式、 碟式系统， 其中以槽式和塔式系统商业应用较多， 特别是槽式太阳能热发电。
9、， 是迄今为止世 界上唯一经过 20 年商业化运行的成熟技术， 其造价远低于光伏发电。槽式聚光热发电系统 中， 它的储能系统或者燃烧系统可以实现 24 小时运行， 随着规模的增加， 度电成本也很有 竞争力。 0003 槽 式 太 阳 能 热 发 电 中 关 键 技 术 是 太 阳 能 选 择 性 吸 收 涂 层。 对 于 太 阳 能 选 择 性 吸 收 涂 层， 虽 然 已 经 研 究 和 广 泛 使 用 了 黑 铬、 阳 极 氧 化 着 色 Ni- 以及具有成份渐变特征的 SS-C/SS（不锈钢） 和 Al-N/Al 等膜系， 但都是属于低温 应用， 应用温度在 200以内。为了提高中高温服。
10、役条件下选择性吸收涂层的热稳定性能， Mo-/Cu、 Mo-/Mo 等材料体系得到了研究和发展， 采用了双靶或多靶金属陶 瓷共溅射技术， 其中 Mo-/Cu 体系的特点是 Mo-吸收层具有成分渐变的多 亚层结构，层采用射频溅射技术 ； Mo-/Mo中同样使用的是金属陶瓷射频共溅 射技术， 使膜层的热稳定性能显著提高。 但是双靶或多靶共溅射、 射频溅射等工艺沉积速率 底， 生产周期长， 工艺复杂， 成本高。 0004 太阳能选择性吸收涂层用于吸收入射的太阳辐射， 并将其转换为热能， 当前的太 阳能光热利用以温度小于 100以下的低温为主， 如太阳能热水器， 太阳能干燥等。在接近 真空的环境中， 。
11、该吸收涂层在 100以下使用时， 其吸收率大于 92%， 热发射率小于 8%， 但是 应用于此温度范围内的太阳能选择性吸收涂层， 若工作于较高温度 （200以上） 时， 由于涂 层间金属和介质的扩散作用加强， 涂层结构遭到破坏， 涂层的整体性能发生变化， 这种吸收 涂层的热发射率将高达 18%。中高温太阳能选择性吸收涂层是太阳能光热利用中的前沿课 题， 中高温选择性吸收涂层要求涂层能耐 200以上的高温， 并能长期稳定的工作， 在太阳 能光谱范围内 （波长 0.3 2.5um） 具有较高的吸收比， 同时在红外光谱范围内 （波长 2.5 5.0um） 保持较低的发射比， 但是工艺相对较为复杂， 。
12、成本较高。 0005 对于槽式太阳能热利用， 需要研发一种性能高效， 在中高温条件下热稳定性能好， 同时工艺要简便的选择性吸收涂层及制备技术， 在不增加生产成本的情况下能提高利用温 度。 发明内容 0006 本发明的目的是克服现有技术的缺点， 提供一种中高温太阳能选择性吸收涂层的 说 明 书 CN 102501459 A 3 2/4 页 4 制备方法， 使其用于中高温工作的集热管， 本吸收涂层对太阳光谱的吸收率高、 高温黑体辐 射的发射率低、 热稳定性能好， 制备工艺简单， 操作方便、 生产周期短、 溅射工况稳定。 0007 为达上述目的， 本发明提供的一种中高温太阳能选择性吸收涂层的制备方法。
13、， 采 用以下的技术方案 ： 本吸收涂层包括三层膜， 从基体到表面依次为红外反射层、 吸收层和减 反层， 所述红外反射层由 Mo 膜成， 所述吸收层包含第一亚层和第二亚层， 所述第一亚层和 第二亚层均由 Mo+AlN 膜构成， 所述减反层由 AlN 膜组成 ； 所述太阳能选择性吸收涂层以 Ar 气作为溅射气体， 采用中频磁控溅射或直流磁控溅射方法进行制备， 其制备方法包括以下 几个步骤 ： 、 对基体进行预处理 ： 首先对基体进行一系列表面处理 ： 依次进行抛光、 酒精和丙酮超声波清洗、 去离子水超 声波清洗， 清洗过后进行烘干处理并置入磁控溅射腔体中 ； 最后待基体装炉后再使用离子 轰击所述。
14、基体的表面， 增强基体与所述红外反射层的结合力 ； 、 在所述基体上沉积红外反射层 ： 采用金属 Mo 靶通过直流磁控溅射方法制备在所述基体表面， 以 Ar 气作为溅射气体制 备 Mo 膜， 控制所述红外反射层厚度在 50 200nm ； 、 在红外反射层上沉积所述吸收层 ： 在采用 Mo 靶直流磁控溅射的同时， 亦采用 Al 靶中频反应溅射的方法沉积 AlN， 形成 第一层金属陶瓷层即是所述吸收层的第一亚层， 在红外反射层上制备第一亚层 Mo+AlN 膜 的厚度控制为 30 150nm ； 再通过增加中频溅射氮气流量来增加 AlN 沉积量， 同时降低直 流磁控溅射电源功率来减少 Mo 沉积量。
15、， 制备第二亚层 Mo+AlN 膜， Mo+AlN 膜厚度为 30 150nm ； 、 在吸收层上沉积所述减反层 ： 所述减反层为 AlN 膜， 停止 Mo 靶直流磁控溅射， 继续中频磁控溅射 AlN 膜， AlN 膜的制 备厚度为 30 100nm。 0008 进一步地， 所述红外反射层为所述吸收涂层的底层， 所述红外反射层由 Mo 膜组 成 ； 所述吸收层为所述吸收涂层的中间层 ； 所述减反层为所述吸收涂层的表层。 0009 进一步地， 所述吸收层中第一亚层中 Mo 的体积百分比大于第二亚层中 Mo 的体积 百分比。 0010 进一步地， 所述第一亚层中 Mo 的体积百分比为 40% 60。
16、%， 所述第二亚层中 Mo 的 体积百分比为 10% 30%。 0011 进一步地， 所述步骤中基体为不锈钢管。 0012 进一步地， 所述步骤 Mo 靶为纯度 99.99% 的 Mo 靶。 0013 本发明的有益效果是 ： 本发明所提供的选择性吸收涂层由金属 Mo 红外反射层、 Mo+AlN 混合组成的双干涉吸收层和 AlN 陶瓷减反层组成。由于采用高熔点金属 Mo 材料、 高熔点与高稳定性的 AlN 层及由两者组成的金属陶瓷吸收层组成， 具有较好的高温稳定性 能， 长期工作温度能达到 500。 0014 由于采用了双干涉吸收层结构， 利用薄膜的干涉效应和光学陷阱来增强吸收涂层 的吸收效应，。
17、 使涂层具有太阳光谱高的吸收率， 红外光谱低发射率的特点。 该涂层的制备工 艺简单、 操作方便、 易于控制、 溅射速率快， 能缩短生产周期 ； 同时由于不使用大功率的射频 说 明 书 CN 102501459 A 4 3/4 页 5 电源， 使得设备结构简单， 工艺稳定， 能大大降低设备成本和生产成本， 适用于中高温工作 温度的太阳能集热管。 附图说明 0015 图 1 所示为本发明选择性吸收涂层的剖面示意图。 0016 以下是本发明零部件符号标记说明 ： 基体 1、 红外反射层 2、 吸收层 3、 第一亚层 31、 第二亚层 32、 减反层 4。 具体实施方式 0017 为能进一步了解本发明。
18、的特征、 技术手段以及所达到的具体目的、 功能， 解析本发 明的优点与精神， 藉由以下结合附图与具体实施方式对本发明的详述得到进一步的了解。 0018 如说明书附图所示， 本发明所述的选择性吸收涂层包括三层膜， 从基体 1 到表面 依次为红外反射层 2、 吸收层 3 和减反层 4。底层的红外反射层 2 由 Mo 膜成， 厚度在 50 200nm ； 所述吸收层 3 包含第一亚层 31 和第二亚层 32， 所述第一亚层 31 和第二亚层 32 均 由 Mo+AlN 膜构成， 厚度均为 30 150nm ； 所述减反层 4 由 AlN 膜组成， 厚度为 30 100nm。 由于采用了双干涉吸收层 。
19、3 结构， 利用薄膜的干涉效应和光学陷阱来增强吸收涂层的吸收 效应， 使涂层具有太阳光谱高的吸收率， 红外光谱低发射率的特点。 0019 所述吸收层 3 中第一亚层 31 中 Mo 的体积百分比大于第二亚层 32 中 Mo 的体积百 分比， 所述第一亚层 31 中 Mo 的体积百分比为 40% 60%， 所述第二亚层 32 中 Mo 的体积百 分比为 10% 30%。 0020 上述太阳能选择性吸收涂层的制备方法， 包括以下几个步骤 ： 、 对基体 1 进行预处理 ； 首先对不锈钢基体 1 进行一系列表面处理， 将不锈钢基体 1 表面抛光， 然后依次在丙 酮和酒精中超声波清洗 20 30min。
20、， 再用去离子水超声波清洗 5 10min， 清洗过后进行烘 干处理并将烘干后的不锈钢基体 1 置入磁控溅射腔体中 ； 待磁控溅射腔体本底真空预抽到 3 5Pa， 通入惰性气体 Ar 作为溅射气体， Ar 气流量为 230 260sccm， 再 调整溅射气压到 1.5 3Pa， 最后用偏压电源或用离子源对基体 1 进行清洗 20 30min， 增 强基体 1 与所述红外反射层 2 的结合力。 0021 、 在所述基体 1 上沉积红外反射层 2 ； 在清洗完不锈钢基体 1 之后， 调整溅射气体 Ar 流量为 130 150sccm， 使溅射气压为 35Pa， 开启Mo靶电源， 采用金属Mo靶通过。
21、直流磁控溅射方法制备在所述 基体 1 表面制备 Mo 膜， Mo 靶为纯度 99.99% 的 Mo 靶。调整直流电源电压为 370 450V ； 且控制所述红外反射层 2 厚度在 50 200nm， 该红外反射层 2 对红外波段光谱具有高反射 特性。 0022 、 在红外反射层 2 上沉积所述吸收层 3 ； 在溅射完第一层红外反射层 2 之后， 充入反应气体 N2流量为 20 35sccm， Ar 气体流 量不变， 开启 Al 靶中频电源， 调整中频电源电流为 8 11A， 亦采用纯度为 99.99% 的 Al 平 面孪生靶， 采用中频孪生反应溅射方法， 其反应溅射气体为N2， 在溅射金属Mo。
22、的基础上掺杂 说 明 书 CN 102501459 A 5 4/4 页 6 沉积了 AlN， 形成第一层金属陶瓷层即是所述吸收层 3 的第一亚层 31 为 Mo+AlN 膜， 在红外 反射层 2 上制备第一亚层 31Mo+AlN 膜的厚度控制为 30 150nm。 0023 调节 N2气的供应量， 使反应溅射气体 N2气的供应量增加 5 10sccm， 同时降低直 流磁控溅射 Mo 膜的电压到 300 360V， 制备第二亚层 32 为 Mo+AlN 膜， 使 Mo+AlN 膜厚度为 30 150nm。 0024 、 在吸收层 3 上沉积所述减反层 4 ； 所述减反层 4 为 AlN 膜， 在。
23、上一膜层厚度达到后， 停止 Mo 靶电源， 继续中频磁控溅射 AlN 膜， AlN 膜的制备厚度为 30 100nm， 该减反层 4 具有增透、 耐磨、 抗氧化的作用。 0025 本实施例制备的太阳能选择性吸收涂层的性能如下 ： 在大气质量因子AM为1.5条 件下， 本涂层的吸收率为 95%， 法向发射率为 15%(400 )。进行真空退火处理， 在 2 Pa真空度下， 经400真空退火1小时后， 涂层吸收率为94.5%,法向发射率为15%(400) ； 在 210-2Pa 真空度下， 经 500真空退火 1 小时后， 涂层吸收率为 94%, 法向发射率为 16%(400 )。 0026 综上。
24、所述， 本发明所提供的选择性吸收涂层由金属 Mo 红外反射层 2、 Mo+AlN 混合 组成的双干涉吸收层 3 和 AlN 陶瓷减反层 4 组成， 具有较好的高温稳定性能， 长期工作温度 能达到500。 其制备工艺简单、 操作方便、 易于控制、 溅射速率快， 能缩短生产周期， 能大大 降低设备成本和生产成本， 适用于中高温工作温度的太阳能集热管。 0027 以上所述实施例仅表达了本发明的部分实施方式， 其描述较为具体和详细， 但并 不能因此而理解为对本发明范围的限制。 应当指出的是， 对于本领域的普通技术人员来说， 在不脱离本发明构思的前提下， 还可以做出若干变形和改进， 这些都属于本发明的保护范 围。因此， 本发明的保护范围应以所附权利要求为准。 说 明 书 CN 102501459 A 6 1/1 页 7 图 1 说 明 书 附 图 CN 102501459 A 7 。