專利名稱：全玻璃太陽(yáng)能真空集熱管及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種太陽(yáng)能真空集熱管，特別是具有全玻璃太陽(yáng)能真空集熱管；本發(fā)明還涉及前述全玻璃太陽(yáng)能真空集熱管的制備方法。
背景技術(shù)：
目前，中國(guó)光熱產(chǎn)熱發(fā)展極快，特別是其核心的太陽(yáng)能能真空集熱管生產(chǎn)技術(shù)已經(jīng)非常成熟，已經(jīng)達(dá)到年產(chǎn)過(guò)億支的規(guī)模，年新增集熱面積達(dá)到千萬(wàn)平方米以上，而真空集熱管的保有量更是達(dá)到近3億平方米。這些集熱元件均使用的是全玻璃太陽(yáng)能真空集熱管，典型的膜層為殷志強(qiáng)教授的專利CN85100142 “濺射太陽(yáng)能選擇性吸收涂層”提及的Al-ALN單靶涂層，和CN96102331“太陽(yáng)能選擇性吸收表面涂層及其形成方法”提及的Cu-不銹鋼-ALN的三靶涂層，事實(shí)上，中國(guó)的太陽(yáng)能光熱產(chǎn)業(yè)也正是在該類涂層上發(fā)展起來(lái)的。這類涂層有著高的吸收比，低的發(fā)射比，一般吸收比大于90%，發(fā)射比不大于0.1，其制成的全玻璃真空集熱管帶有真空夾層，吸收的熱量不易散失，集熱效率高，熱量損失少，受到社會(huì)的廣泛認(rèn)可，并得到了廣泛應(yīng)用，形成了一個(gè)年產(chǎn)值過(guò)千億元的行業(yè)，對(duì)國(guó)家的節(jié)能減排做出了突出貢獻(xiàn)。但是上述膜層和真空集熱管的最主要的缺點(diǎn)在于:其使用的選擇性太陽(yáng)光譜吸收膜層不具有抗氧化性，只能在真空條件下使用。當(dāng)有由于真空除氣不完全，長(zhǎng)時(shí)間空曬吸引起玻璃和膜層放氣，真空管破損等情況導(dǎo)致真空度減弱或者喪失時(shí)，真空集熱管使用的膜層很快氧化變質(zhì)，發(fā)白變淡，失去了選擇性太陽(yáng)光譜吸收作用，不再具有集熱功能，這也是目前應(yīng)用的真空集熱管失效的主要原因。因此該類真空管的膜層也不可以長(zhǎng)時(shí)間裸露存放，要及時(shí)進(jìn)行真空封裝。其涉及的各種材料需要在高溫下進(jìn)行完全的真空除氣，并且要求在除氣完全時(shí)及時(shí)封口，整個(gè)工序復(fù)雜多變，要求密切連接，盡快完成，能耗高，時(shí)間長(zhǎng)。為了維持真空夾層的真空度，現(xiàn)在均使用蒸散型吸氣劑，這就給生產(chǎn)過(guò)程增加了高頻烤消工序，且減小了一定的吸熱面積，也導(dǎo)致了成本的提高?，F(xiàn)有的真空集熱管，為了使真空夾層維持較高的真空度，一般為10_3Pa左右，除了在較高溫度下，一般在400°C _420°C，對(duì)玻璃為主的材料進(jìn)行有效的真空除氣，并且要求在除氣后及時(shí)封口。封離的真空度要求一般在10_3Pa左右。同時(shí)還會(huì)在真空夾層中防止蒸散型的吸氣劑來(lái)進(jìn)一步維持真空夾層在使用過(guò)程中的真空度，保證真空集熱管的集熱效果和壽命，這類蒸散型吸氣劑也稱為擴(kuò)散型或閃燒型吸氣劑，太陽(yáng)能集熱管中一般使用鋇鋁鎳型吸氣劑。該種非蒸散型吸氣劑需要對(duì)吸氣金屬加熱后蒸散出來(lái)形成吸氣薄膜才能有效工作。因此一般在集熱管排氣封離后，采用高頻感應(yīng)加熱的方法對(duì)其進(jìn)行烤消，從而使鋇鋁鎳型吸氣劑在幾秒到幾十秒內(nèi)完成起蒸，從而在集熱管管頭等位置形成一層以鋇等金屬為主的亮銀色吸氣薄膜，光熱行業(yè)稱其為吸氣鏡面。這種吸氣劑的成本較低，在太陽(yáng)能真空集熱管領(lǐng)域普遍應(yīng)用。目前GB/T17049-2005中對(duì)太陽(yáng)能真空集熱管真空品質(zhì)的檢測(cè)方法等也是基于蒸散型吸氣劑和吸氣鏡面規(guī)定的，反應(yīng)出該種吸氣劑的優(yōu)勢(shì)。但該鏡面也會(huì)阻擋管頭部分對(duì)太陽(yáng)光線的吸收，減小了真空集熱管的實(shí)際集熱面積。從其加工過(guò)程中也可以看出，整個(gè)太陽(yáng)能集熱管的生產(chǎn)工序復(fù)雜，要求密切連接，吸氣劑的蒸散增加了一定工序時(shí)間和加工成本。且蒸散型吸氣劑在蒸散過(guò)程會(huì)有一定的放氣量，在烘烤排氣封離完成后出現(xiàn)的這種放氣也會(huì)導(dǎo)致真空集熱管的真空度降低。另外，真空集熱管使用的不銹鋼管卡的真空除氣溫度較高，在400°C左右的烘烤排氣過(guò)程中該管卡上的大部分殘余氣體都未除去，因此在使用過(guò)程中，管卡放出的氣體也會(huì)導(dǎo)致真空集熱管真空度的降低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種使用抗氧化選擇性吸收涂層的全玻璃太陽(yáng)能真空集熱管。本發(fā)明所要解決的另一個(gè)技術(shù)問(wèn)題是提供了上述全玻璃太陽(yáng)能真空集熱管的一種制備方法。本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是通過(guò)以下的技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明是一種全玻璃太陽(yáng)能真空集熱管，其特點(diǎn)是:該集熱管包括罩管、內(nèi)管和支架組件，內(nèi)管設(shè)在罩管內(nèi)，內(nèi)管的外端和罩管固定連接；內(nèi)管的內(nèi)端通過(guò)支架組件固定在罩管內(nèi)；在內(nèi)管的外表面上設(shè)有抗氧化選擇性吸收涂層，該涂層由基材向外依次由擴(kuò)散結(jié)合層、紅外反射層、擴(kuò)散阻擋層、吸收層、絨面織構(gòu)層和減反層疊合而成，所述的擴(kuò)散結(jié)合層、擴(kuò)散阻擋層、絨面織構(gòu)層選自Fe、FeM合金、T1、TiM合金、Cr、CrM合金、N1、NiM合金、Al、AlM合金、Sn、SnM合金中的一種或多種，或者選自前述金屬或合金的氧化物、氮化物或者碳化物，M選自Al、Fe、N1、Cr、Sn、S1、Mg、Mn、Pb、Mo中的一種或多種；所述的吸收層由鐵鉻合金FeCrM與氧氣反應(yīng)形成；所述的減反層選自AlM0、AmN、SiMO2中的一種。

金屬氮化物或者碳化物可以為AINx、TiNx> FeNx> CrNx> SiNx> SnNx ;AlCx、TiCx>FeCx, CrCx, SiCx、SnCx，其中 0 < X < 5 的任意數(shù)值。擴(kuò)散結(jié)合層、擴(kuò)散阻擋層和絨面織構(gòu)層為不影響涂層光學(xué)性能的過(guò)渡層，該類過(guò)渡層能夠防止膜層間高溫下互擴(kuò)散，提高膜層的高溫抗氧化性。紅外高反射層材料為Cu、Al、Mo、Ni等金屬或其合金構(gòu)成，當(dāng)基材為Cu、Al等材料時(shí)，可以適當(dāng)減小紅外高反射層的厚度，或者不使用紅外高反射層。本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題還可以通過(guò)以下的技術(shù)方案來(lái)進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)，支架組件包括不銹鋼管卡，不銹鋼管卡上連接有吸氣劑支架，吸氣劑支架上設(shè)有非蒸散型吸氣劑。本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題還可以通過(guò)以下的技術(shù)方案來(lái)進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)，擴(kuò)散結(jié)合層、擴(kuò)散阻擋層、絨面織構(gòu)層的厚度分別為2-5nm。本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題還可以通過(guò)以下的技術(shù)方案來(lái)進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)，所述的金屬氧化物為CrOx、Sn02、Fe0x，Al2O3，其中O < X彡3的任意數(shù)值。本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題還可以通過(guò)以下的技術(shù)方案來(lái)進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)，所述的鐵鉻合金FeCrM為奧氏體不銹鋼。本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題還可以通過(guò)以下的技術(shù)方案來(lái)進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)，所述的奧氏體不銹鋼為 0Crl8Ni9 或 00Crl7Nil4Mo2。本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題還可以通過(guò)以下的技術(shù)方案來(lái)進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)，所述吸收層由2-4個(gè)子層組成，從內(nèi)向外的每個(gè)子層中的金屬質(zhì)量含量依次遞增。本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題還可以通過(guò)以下的技術(shù)方案來(lái)進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)，本發(fā)明是一種如以上技術(shù)方案所述的全玻璃太陽(yáng)能真空集熱管的制備方法，其特點(diǎn)是，其步驟如下:
(1)罩管制備:罩玻璃管按要求將一端炸口精切，另一端拉尾形成排氣尾管；
(2)內(nèi)管制備:內(nèi)管經(jīng)圓底后，清洗、烘干后備用；
(3)內(nèi)管鍍抗氧化選擇性吸收涂層，鍍膜的步驟如下:
a、內(nèi)管放入鍍膜機(jī)中，鍍膜機(jī)抽真空至IX 10_3-9 X 10_3Pa，
b、擴(kuò)散結(jié)合層的形成:向鍍膜機(jī)中通入氬氣，使鍍膜機(jī)的真空度為0.3-0.5Pa，然后開(kāi)啟擴(kuò)散結(jié)合層金屬或金屬合金祀，在基材上沉積薄層金屬或金屬合金，在80°C _280°C溫度下向鍍膜機(jī)通入氧氣、氮?dú)饣蛱細(xì)錃怏w，使該薄層金屬原位反應(yīng)生成金屬或金屬合金的氧化物、氮化物或碳化物形成厚度為2-5nm的擴(kuò)散結(jié)合層，后關(guān)閉擴(kuò)散結(jié)合層金屬或金屬合金靶；
c、紅外反射層的形成:打開(kāi)紅外反射層金屬或其合金IE,在IS氣氣氛下,在擴(kuò)散結(jié)合層上沉積一層形成厚度為50-200nm的紅外反射層，后關(guān)閉紅外反射層金屬或其合金靶，；
d、擴(kuò)散阻擋層的形成:擴(kuò)散阻擋層為金屬或金屬合金時(shí)，其形成方法為:打開(kāi)擴(kuò)散阻擋層金屬或其合金祀，在IS氣氣氛下，在紅外反射層上沉積一層薄層金屬或金屬合金形成厚度為2-5nm的擴(kuò)散阻擋層；擴(kuò)散阻擋層為金屬或金屬合金的氧化物、氮化物或碳化物時(shí)，其形成方法為:按前述方法在基材上沉積薄層金屬或金屬合金后，關(guān)閉擴(kuò)散阻擋層金屬或其合金祀，在80°C _280°C溫度下向鍍膜機(jī)通入氧氣、氮?dú)饣蛱細(xì)錃怏w，使該薄層金屬原位反應(yīng)生成金屬或金屬合金的氧化物、氮化物或碳化物，形成厚度為2-5nm的擴(kuò)散阻擋層；
e、吸收層的形成:打開(kāi)吸收層鐵鉻合金FeCrM靶，向鍍膜機(jī)中通入氧氣，調(diào)節(jié)氧氣流量，形成2-4層FeCrM-O金屬子層，后關(guān)閉吸收層鐵鉻合金FeCrM靶；
f、絨面織構(gòu)層的形成:當(dāng)絨面織構(gòu)層為金屬或金屬合金時(shí)，其形成方法為:打開(kāi)絨面結(jié)構(gòu)層金屬或其合金靶，在氬氣氣氛下，在吸收層表面沉積形成厚度為2-10nm的薄層金屬，啟動(dòng)偏壓，在薄層金屬表面進(jìn)行刻蝕2-8min，形成凹凸不平的陷光金屬或其合金的絨面織構(gòu)層；當(dāng)絨面織構(gòu)層為金屬或金屬合金的氧化物、氮化物或碳化物時(shí)，其形成方法為:按前述方法在基材上形成凹凸不平的陷光金屬或其合金的絨面織構(gòu)層后，關(guān)閉絨面結(jié)構(gòu)層金屬或其合金祀，在80°C _280°C溫度下向鍍膜機(jī)通入氧氣、氮?dú)饣蛱細(xì)錃怏w,使該薄層金屬原位反應(yīng)生成金屬或金屬合金的氧化物、氮化物或碳化物形成絨面織構(gòu)層；
g、減反層的形成:鍍膜機(jī)抽真空至5X10_3Pa，通入氬氣，使真空度為0.3-0.5Pa，啟動(dòng)減反層Al或AlM合金或Si祀,通入氧氣和/或氮?dú)?，在絨面織構(gòu)層表面沉積形成50-200nm的減反層，在80-280°C真空中保溫10-20min，即得。使膜層在通入氧氣氛或者大氣氣氛的低真空條件下，在80-280°C真空中保溫10-20min，是為了進(jìn)一步提高膜層的致密性和高溫抗氧化效果，減小由于高沉積速率產(chǎn)生的膜層內(nèi)應(yīng)力，老化處理后的膜層更加致密，具有更好的抗氧化效果；
(4)不銹鋼管卡除氣:將不銹鋼管卡置于真空熱處理爐中，在500-100(TC溫度下進(jìn)行真空除氣處理，除氣后，將不銹鋼管卡與吸氣劑支架點(diǎn)焊構(gòu)成支架組件；
(5)將罩管、內(nèi)管和支架組件裝配在一起，用封口機(jī)將罩管和內(nèi)管的外端部連接形成毛坯集熱管；
(6)將毛坯集熱管進(jìn)行排氣，排氣過(guò)程中使用預(yù)抽泵抽至0.8-1.2Pa，接著升溫到2800C _320°C后保溫2-10min，再啟動(dòng)高真空機(jī)組抽真空，隨后繼續(xù)升溫至450°C _500°C后保溫20min-40min，同時(shí)激活非蒸散型吸氣劑；排氣完成后割去罩管上的排氣尾管，即得真空集熱管。將排氣工序和激活工序合二為一，提高了生產(chǎn)效率，且節(jié)能效果顯著?；谠摲N抗氧化性膜層能夠在> 400°C仍有極好的穩(wěn)定性，本發(fā)明中采用了有別于原有非抗氧化性涂層的排氣工藝需要先將真空夾層抽至較高真空度后方可進(jìn)行加熱升溫的方法，而是了提高加熱速率，先使用預(yù)抽泵抽至IPa左右，接著升溫到300°C，均勻化2-10min后，再啟動(dòng)高真空機(jī)組抽高真空，隨后繼續(xù)升溫至450°C -500°C，到溫保溫時(shí)間20min 到 40min。對(duì)于300°C前的低真空狀態(tài)，此時(shí)由于氣體分子較多且劇烈活動(dòng)，熱量很容易傳入內(nèi)層玻璃處，從而克服了原普通真空集熱管排氣過(guò)程中內(nèi)管溫度始終低于外管500C -100°C的這種情況，實(shí)現(xiàn)了溫度場(chǎng)的迅速均勻，明顯提高了排氣效果，大大縮短了工藝效率，降低了能耗。上述這些措施都有效保證了使用非蒸散型吸氣劑甚至不使用吸氣劑的情況，維持真空集熱管的長(zhǎng)時(shí)間高真空和使用壽命。本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題還可以通過(guò)以下的技術(shù)方案來(lái)進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)，在步驟b中在80°C -280°C溫度下向鍍膜機(jī)通入氧氣、氮?dú)饣蛱細(xì)錃怏w，在輝光放電條件下反應(yīng)Ι-lOmin,生成金屬或金屬合金的氧化物、氮化物或碳化物形成擴(kuò)散結(jié)合層；步驟d中在80°C -280°C溫度下向鍍膜機(jī)通入氧氣、氮?dú)饣蛱細(xì)錃怏w，在輝光放電條件下反應(yīng)1-lOmin，生成金屬或金屬合金的氧化物、氮化物或碳化物形成擴(kuò)散阻擋層；步驟f中在80°C -280°C溫度下向鍍膜機(jī)通入氧氣、氮?dú)饣蛱細(xì)錃怏w，在輝光放電條件下反應(yīng)Ι-lOmin，生成金屬或金屬合金的氧化物、氮化物或碳化物形成絨面織構(gòu)層。本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題還可以通過(guò)以下的技術(shù)方案來(lái)進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)，在步驟e中，所述的吸收層為兩層子層，其中內(nèi)層子層制備時(shí)氧氣流量為30-100sCCm，得到的子層厚度為30-40nm，外層子層制備時(shí)，氧氣流量為80-150sCCm，得到的子層厚度為30_40nm。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明使用抗氧太陽(yáng)光譜選擇性吸收涂層后，該真空集熱管即使在其真空夾層的真空度降低甚至完全消失時(shí)，其光譜吸收膜層具有高的抗氧化性，膜層仍然可以正常工作，這就極大的提高了集熱管的使用壽命，使得該種真空集熱管的使用壽命明顯變長(zhǎng)，其壽命能夠明顯增加1-2倍。同時(shí)降低了真空集熱管制作過(guò)程中的時(shí)間緊迫性要求，打破了行業(yè)內(nèi)要求集熱管鍍膜完成后24h內(nèi)進(jìn)行封口排氣的慣例，甚至可以實(shí)現(xiàn)專業(yè)鍍膜廠家異地制備鍍膜內(nèi)管，再運(yùn)輸?shù)秸婵展軓S家進(jìn)行封口、排氣等方式，能夠提高光熱行業(yè)的專業(yè)化分工程度。同時(shí)由于除氣溫度的提高和先加熱后抽真空工藝的實(shí)施，有效的縮短了高溫除氣的時(shí)間，提高了排氣效果和生產(chǎn)效率，降低了由于長(zhǎng)時(shí)間高溫除氣的的能耗，降低了成本。此外，選用合適的非蒸散型吸氣劑，如鋯釩鐵型的激活溫度在400°C _500°C，吸氣劑在真空集熱管進(jìn)行高溫排氣的同時(shí)被激活，從而取消了蒸散型吸氣劑的烤消工序，又進(jìn)一步縮短了工藝流程，減少了生產(chǎn)成本。其次消除了原有蒸散型吸氣劑和吸氣鏡面導(dǎo)致了阻擋管頭太陽(yáng)光線吸收現(xiàn)象，事實(shí)上增大了真空集熱管的實(shí)際集熱面積。同時(shí)還消除了蒸散型吸氣劑在蒸散過(guò)程中的放氣對(duì)真空度的不利影響。另外，管卡經(jīng)過(guò)高溫真空除氣后，在使用過(guò)程中幾乎在沒(méi)有參與的氫氣放出，極大的增大了真空夾層和集熱管的的壽命。且該真空集熱管使用的高溫抗氧化性太陽(yáng)光譜選擇性吸收涂層能夠最大程度保證真空集熱管在真空度降低后的集熱效果，保證真空集熱管的使用壽命。


圖1是本發(fā)明的一種結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式以下參照附圖，進(jìn)一步描述本發(fā)明的具體技術(shù)方案，以便于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步地理解本發(fā)明，而不構(gòu)成對(duì)其權(quán)利的限制。實(shí)施例1，參照附圖，一種全玻璃太陽(yáng)能真空集熱管，該集熱管包括罩管2、內(nèi)管I和支架組件，內(nèi)管I設(shè)在罩管2內(nèi)，內(nèi)管I的外端和罩管2固定連接；內(nèi)管I的內(nèi)端通過(guò)支架組件固定在罩管2內(nèi)；在內(nèi)管I的外表面上設(shè)有抗氧化選擇性吸收涂層3，該涂層由基材向外依次由擴(kuò)散結(jié)合層、紅外反射層、擴(kuò)散阻擋層、吸收層、絨面織構(gòu)層和減反層疊合而成，所述的擴(kuò)散結(jié)合層、擴(kuò)散阻擋層、絨面織構(gòu)層選自Fe、FeM合金、T1、TiM合金、Cr、CrM合金、N1、NiM合金、Al、AlM合金、Sn、SnM合金中的一種或多種，或者選自前述金屬或合金的氧化物、氮化物或者碳化物，M選自Al、Fe、N1、Cr、Sn、S1、Mg、Mn、Pb、Mo中的一種或多種；所述的吸收層由鐵鉻合金F eCrM與氧氣反應(yīng)形成；所述的減反層選自ΑΙΜΟ、A1MN、SiMO2中的一種。實(shí)施例2，實(shí)施例1所述的全玻璃太陽(yáng)能真空集熱管中，支架組件包括不銹鋼管卡4，不銹鋼管卡4上連接有吸氣劑支架5，吸氣劑支架5上設(shè)有非蒸散型吸氣劑，吸氣劑支架5上還可以沒(méi)有吸氣劑。實(shí)施例3，實(shí)施例1所述的全玻璃太陽(yáng)能真空集熱管中，擴(kuò)散結(jié)合層、擴(kuò)散阻擋層、絨面織構(gòu)層的厚度分別為2-5nm。實(shí)施例4，實(shí)施例2或3所述的全玻璃太陽(yáng)能真空集熱管中，所述的金屬氧化物為Cr0x、Sn02、Fe0x，Al2O3,其中 O < X 彡 3 的任意數(shù)值。實(shí)施例5，實(shí)施例1所述的全玻璃太陽(yáng)能真空集熱管中，所述的鐵鉻合金FeCrM為奧氏體不銹鋼。實(shí)施例6，實(shí)施例1所述的全玻璃太陽(yáng)能真空集熱管中，所述的奧氏體不銹鋼為0Crl8Ni9 或 00Crl7Nil4Mo2。實(shí)施例7，實(shí)施例1或5或6所述的全玻璃太陽(yáng)能真空集熱管中，所述吸收層由2-4個(gè)子層組成，從內(nèi)向外的每個(gè)子層中的金屬質(zhì)量含量依次遞增。實(shí)施例8，如實(shí)施例1-7所述的全玻璃太陽(yáng)能真空集熱管的制備方法，其步驟如下:(1)罩管2制備:罩玻璃管按要求將一端炸口精切，另一端拉尾形成排氣尾管；(2)內(nèi)管I制備:內(nèi)管I經(jīng)圓底后，清洗、烘干后備用；
(3)內(nèi)管I上鍍抗氧化選擇性吸收涂層3，鍍膜的步驟如下:
a、內(nèi)管放入鍍膜機(jī)中，鍍膜機(jī)抽真空至IX 10_3-9 X 10_3Pa，，優(yōu)選5 X 10 ,
b、擴(kuò)散結(jié)合層的形成:向鍍膜機(jī)中通入氬氣，使鍍膜機(jī)的真空度為0.3-0.5Pa，，優(yōu)選
0.4Pa然后開(kāi)啟擴(kuò)散結(jié)合層金屬或金屬合金祀,在基材上沉積薄層金屬或金屬合金,薄層金屬的晶格常數(shù)、熱膨脹系數(shù)和基材、紅外反射層的差異均較小，在冷熱交替過(guò)程中起到減小內(nèi)應(yīng)力，提高膜層結(jié)合強(qiáng)度的作用，從而保證太陽(yáng)光譜選擇性吸收涂層3不易脫膜、開(kāi)裂。后在80°C _280°C溫度下向鍍膜機(jī)通入氧氣、氮?dú)饣蛱細(xì)錃怏w，使該薄層金屬原位反應(yīng)生成金屬或金屬合金的氧化物、氮化物或碳化物形成厚度為2-5nm的擴(kuò)散結(jié)合層，后關(guān)閉擴(kuò)散結(jié)合層金屬或金屬合金靶；原位反應(yīng)生成的膜層具有結(jié)合力大，性質(zhì)穩(wěn)定，結(jié)合牢固的特點(diǎn)，其適合在300°C _400°C高溫度下長(zhǎng)期工作，在冷熱交替過(guò)程中起到穩(wěn)定膜層結(jié)構(gòu)，減小內(nèi)應(yīng)力，提高膜層結(jié)合強(qiáng)度的作用，從而保證太陽(yáng)光譜選擇性吸收涂層3不易脫膜、開(kāi)裂。C、紅外反射層的形成:打開(kāi)紅外反射層金屬或其合金靶，在氬氣氣氛下，在擴(kuò)散結(jié)合層上沉積一層形成厚度為50-200nm的紅外反射層，后關(guān)閉紅外反射層金屬或其合金靶，;
d、擴(kuò)散阻擋層的形成:擴(kuò)散阻擋層為金屬或金屬合金時(shí)，其形成方法為:打開(kāi)擴(kuò)散阻擋層金屬或其合金祀，在IS氣氣氛下，在紅外反射層上沉積一層薄層金屬或金屬合金形成厚度為2-5nm的擴(kuò)散阻擋層；擴(kuò)散阻擋層為金屬或金屬合金的氧化物、氮化物或碳化物時(shí)，其形成方法為:按前述方法在基材上沉積薄層金屬或金屬合金后，關(guān)閉擴(kuò)散阻擋層金屬或其合金祀，在80°C -280°C溫度下向鍍膜機(jī)通入氧氣、氮?dú)饣蛱細(xì)錃怏w，使該薄層金屬原位反應(yīng)生成金屬或金屬合金的氧化物、氮化物或碳化物，形成厚度為2-5nm的擴(kuò)散阻擋層，關(guān)閉擴(kuò)散阻擋層金屬或 其合金靶；
e、吸收層的形成:打開(kāi)吸收層鐵鉻合金FeCrM靶，向鍍膜機(jī)中通入氧氣，調(diào)節(jié)氧氣流量，形成2-4層FeCrM-O金屬子層，后關(guān)閉吸收層鐵鉻合金FeCrM靶；
f、絨面織構(gòu)層的形成:當(dāng)絨面織構(gòu)層為金屬或金屬合金時(shí)，其形成方法為:打開(kāi)絨面結(jié)構(gòu)層金屬或其合金靶，在氬氣氣氛下，在吸收層表面沉積形成厚度為2-10nm的薄層金屬，啟動(dòng)偏壓，在薄層金屬表面進(jìn)行刻蝕2-8min，形成凹凸不平的陷光金屬或其合金的絨面織構(gòu)層，凹凸不平的陷光金屬或其合金的絨面織構(gòu)層進(jìn)一步減少光反射的作用；當(dāng)絨面織構(gòu)層為金屬或金屬合金的氧化物、氮化物或碳化物時(shí)，其形成方法為:按前述方法在基材上形成凹凸不平的陷光金屬或其合金的絨面織構(gòu)層后，關(guān)閉絨面結(jié)構(gòu)層金屬或其合金靶，在80°C -280°C溫度下向鍍膜機(jī)通入氧氣、氮?dú)饣蛱細(xì)錃怏w,使該薄層金屬原位反應(yīng)生成金屬或金屬合金的氧化物、氮化物或碳化物形成絨面織構(gòu)層。原位生成氧化物、氮化物或者碳化物的工藝容易控制，制備的擴(kuò)散結(jié)合層、擴(kuò)散阻擋層和絨面織構(gòu)層具有結(jié)合力大，結(jié)合牢固的特點(diǎn)，且擴(kuò)散結(jié)合層、擴(kuò)散阻擋層和絨面織構(gòu)層的熱膨脹系數(shù)和相鄰層的熱膨脹系數(shù)的相近，膜層內(nèi)應(yīng)力小，膜層不易脫落?，F(xiàn)有技術(shù)中還沒(méi)有利用原位氧化制備生成膜層的應(yīng)用。g、減反層的形成:鍍膜機(jī)抽真空至5X10_3 Pa，通入氬氣，使真空度為0.3-0.5Pa，啟動(dòng)減反層Al或AlM合金或Si靶，通入氧氣和/或氮?dú)?，在絨面織構(gòu)層表面沉積形成50-200nm的減反層，在80_280°C真空中保溫10_20min，即鍍膜完成。
(4)不銹鋼管卡4除氣:將不銹鋼管卡4置于真空熱處理爐中，在500-1000°C溫度下進(jìn)行真空除氣處理，真空除氣時(shí)宜采用分子泵真空機(jī)組排氣臺(tái)進(jìn)行排氣，排氣真空負(fù)壓強(qiáng)高于10_3Pa，遠(yuǎn)高于一般真空集熱管5.0X KT2Pa的要求。除氣后，將不銹鋼管卡4與吸氣劑支架5點(diǎn)焊構(gòu)成支架組件。(5)將罩管2、鍍有抗氧化選擇性吸收涂層3的內(nèi)管I和支架組件裝配在一起，用封口機(jī)將罩管2和內(nèi)管I的外端部連接形成毛坯集熱管；
(6)將毛坯集熱管進(jìn)行排氣，排氣過(guò)程中使用預(yù)抽泵抽至0.8-1.2Pa，接著升溫到2800C _320°C后保溫2-10min，再啟動(dòng)高真空機(jī)組抽真空，隨后繼續(xù)升溫至450°C -500°C后保溫20min-40min，同時(shí)激活非蒸散型吸氣劑；排氣完成后割去罩管2上的排氣尾管，即得真空集熱管。實(shí)施例9，如實(shí)施例8所述的全玻璃太陽(yáng)能真空集熱管的制備方法，其步驟如下:在步驟b中在80°C -280°C溫度下向鍍膜機(jī)通入氧氣、氮?dú)饣蛱細(xì)錃怏w，在輝光放電條件下反應(yīng)Ι-lOmin，生成金屬或金屬合金的氧化物、氮化物或碳化物形成擴(kuò)散結(jié)合層；步驟d中在80°C -280°C溫度下向鍍膜機(jī)通入氧氣、氮?dú)饣蛱細(xì)錃怏w，在輝光放電條件下反應(yīng)Ι-lOmin，生成金屬或金屬合金的氧化物、氮化物或碳化物形成擴(kuò)散阻擋層；步驟f中在80°C _280°C溫度下向鍍膜機(jī)通入氧氣、氮?dú)饣蛱細(xì)錃怏w，在輝光放電條件下反應(yīng)1-lOmin，生成金屬或金屬合金的氧化物、氮化物或碳化物形成絨面織構(gòu)層。實(shí)施例10，實(shí)施例8所述的全玻璃太陽(yáng)能真空集熱管的制備方法中，在步驟e中，所述的吸收層為兩層子層，其中內(nèi)層子層制備時(shí)氧氣流量為30-100sCCm，得到的子層厚度為30-40nm，外層子層制備時(shí)，氧氣流量為80-150sCCm，得到的子層厚度為30_40nm。實(shí)施例11，如實(shí)施例8-10所述的全玻璃太陽(yáng)能真空集熱管內(nèi)管I鍍抗氧化選擇性吸收涂層3的方法，其步驟如下:玻璃基材經(jīng)清洗劑、丙酮浸泡和去離子水超聲清洗，充分烘干后放入真空室。啟動(dòng)抽氣系統(tǒng)使真空室中抽至5X10_3Pa。通入氬氣，使真空度穩(wěn)定在0.4Pa，開(kāi)不銹鋼靶l(wèi)min，電壓350V，在基材上沉積厚度不銹鋼層，隨后持續(xù)通入氮?dú)?20sCCm持續(xù)5min，隨后在弱偏壓，4A電流下通入氮?dú)廨x光放電并轟擊金屬薄層，該層金屬原位反應(yīng)生成致密金屬氮化物層形成擴(kuò)散結(jié)合層。真空度再次抽到5 X 10_3Pa，通入氬氣，使真空度穩(wěn)定在0.4Pa，開(kāi)Cu靶15min生成Cu紅外反射層，隨后關(guān)閉Cu靶開(kāi)不銹鋼靶l(wèi)min，沉積一層薄層金屬不銹鋼，隨后通入氮?dú)?20sccm,啟動(dòng)偏壓，電流4A轟擊該金屬薄層5min,該層金屬原位反應(yīng)生成致密金屬氮化物層形成擴(kuò)散阻擋層。通入氧氣，通過(guò)改變氧氣的比例獲得第一吸收層和第二吸收層。首先通入氧氣60SCCm，反應(yīng)濺射得到第一吸收層，然后通入氧氣llOsccm，反應(yīng)濺射得到第二吸收層。關(guān)不銹鋼靶，開(kāi)鋁靶，通入氧氣、氮?dú)?，在吸收層上沉積A1N0，氧氣與氮?dú)獾谋壤秊?:4，電壓300V，沉積時(shí)間lOmin，隨后只通入氬氣，真空度為8 X KT1Pa,偏壓電流7A，轟擊刻蝕膜層表面5min形成絨面織構(gòu)層。偏壓結(jié)束后，再開(kāi)鋁靶，通入氧氣、氮?dú)猓诮q面織構(gòu)層上沉積AlNO形成減反層，氧氣與氮?dú)獾谋壤秊?:4，電壓280V，沉積時(shí)間lOmin。關(guān)閉各靶，通入氧氣至真空度為0.4MPa，鍍制好的涂層在該氣氛和100-150°C溫度下保溫20min，目的是提高膜層致密性，消除內(nèi)應(yīng)力。制備得到的涂層吸收比彡0.96，反射比彡0.06( IO(TC)，該膜層在500°C的大氣條件高溫下老化300h,涂層吸收比、反射比均衰減不超過(guò)5%。實(shí)施例12，如實(shí)施例1-10所述的全玻璃太陽(yáng)能真空集熱管的制備方法，其步驟如下:全玻璃真空集熱管的內(nèi)管1、罩管2清洗后。內(nèi)管I裝入磁控濺射鍍膜機(jī)，可以是單靶，亦可以是雙靶或者三靶以上，在內(nèi)管I上鍍上抗氧化性吸收涂層3。 管卡4在真空熱處理爐中，在500-1000°C溫度下持續(xù)20min以上的烘烤去氫除氣，除氣完成的管卡4要求及時(shí)使用(12h內(nèi))，非蒸散型吸氣劑主要選用鋯釩鐵型，不銹鋼管卡4和吸氣劑支架5點(diǎn)焊組裝成支架組件，不使用吸氣劑時(shí)還能省去點(diǎn)焊步驟。鍍好抗氧化選擇性吸收涂層3的內(nèi)管1、外管和支架組件裝配，并封口。封口后的毛坯集熱管上排氣臺(tái)排氣，先使用預(yù)抽泵抽至IPa左右，接著升溫到300°C，使溫度均勻化2-10min后，再啟動(dòng)高真空機(jī)組抽高真空，隨后繼續(xù)升溫至450°C _500°C，保溫時(shí)間20min到40min。在450°C -50(TC溫度下非蒸散型吸氣劑激活非蒸散型吸氣劑，排氣完成后割去罩管2上的排氣尾管，即得真空集熱管。排氣臺(tái)的真空抽氣系統(tǒng)使用分子泵真空機(jī)組，減小了油擴(kuò)散泵返油蒸汽可能對(duì)真空夾層的不利影響，同時(shí)分子泵真空機(jī)組在高于10_3Pa，甚至10_5Pa的抽氣速率依然能夠維持在最大抽速，因此可以將真空夾層在較經(jīng)濟(jì)的時(shí)間內(nèi)抽到高于10_4Pa的真空度。當(dāng)然在上述技術(shù)支持下，該種真空集熱管也可以在所有材料排氣完全后，將真空夾層的真空度抽到10_4Pa以 上的 真空后，采用不使用任何吸氣劑的方案。
權(quán)利要求
1.一種全玻璃太陽(yáng)能真空集熱管，其特征在于:該集熱管包括罩管、內(nèi)管和支架組件，內(nèi)管設(shè)在罩管內(nèi)，內(nèi)管的外端和罩管固定連接；內(nèi)管的內(nèi)端通過(guò)支架組件固定在罩管內(nèi)；在內(nèi)管的外表面上設(shè)有抗氧化選擇性吸收涂層，該涂層由基材向外依次由擴(kuò)散結(jié)合層、紅外反射層、擴(kuò)散阻擋層、吸收層、絨面織構(gòu)層和減反層疊合而成，所述的擴(kuò)散結(jié)合層、擴(kuò)散阻擋層、絨面織構(gòu)層選自Fe、FeM合金、T1、TiM合金、Cr、CrM合金、N1、NiM合金、Al、AlM合金、Sn、SnM合金中的一種或多種，或者選自前述金屬或合金的氧化物、氮化物或者碳化物，M選自Al、Fe、N1、Cr、Sn、S1、Mg、Mn、Pb、Mo中的一種或多種；所述的吸收層由鐵鉻合金FeCrM與氧氣反應(yīng)形成；所述的減反層選自AlMO、AmN、SiMO2中的一種。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全玻璃太陽(yáng)能真空集熱管，其特征在于:支架組件包括不銹鋼管卡，不銹鋼管卡上連接有吸氣劑支架，吸氣劑支架上設(shè)有非蒸散型吸氣劑。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全玻璃太陽(yáng)能真空集熱管，其特征在于:擴(kuò)散結(jié)合層、擴(kuò)散阻擋層、絨面織構(gòu)層的厚度分別為2-5nm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全玻璃太陽(yáng)能真空集熱管，其特征在于:所述的金屬氧化物為CrOx、SnO2、FeOx，Al2O3,其中O < X彡3的任意數(shù)值。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全玻璃太陽(yáng)能真空集熱管，其特征在于:所述的鐵鉻合金FeCrM為奧氏體不銹鋼。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的全玻璃太陽(yáng)能真空集熱管，其特征在于:所述的奧氏體不銹鋼為 0Crl8Ni9 或 00Crl7Nil4Mo2。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全玻璃 太陽(yáng)能真空集熱管，其特征在于:所述吸收層由2-4個(gè)子層組成，從內(nèi)向外的每個(gè)子層中的金屬質(zhì)量含量依次遞增。
8.—種如權(quán)利要求1-7所述的全玻璃太陽(yáng)能真空集熱管的制備方法，其特征在于，其步驟如下: (1)罩管制備:罩玻璃管按要求將一端炸口精切，另一端拉尾形成排氣尾管； (2)內(nèi)管制備:內(nèi)管經(jīng)圓底后，清洗、烘干后備用； (3)內(nèi)管鍍抗氧化選擇性吸收涂層，鍍膜的步驟如下: a、內(nèi)管放入鍍膜機(jī)中，鍍膜機(jī)抽真空至IX 10_3-9 X 10_3Pa ； b、擴(kuò)散結(jié)合層的形成:向鍍膜機(jī)中通入氬氣，使鍍膜機(jī)的真空度為0.3-0.5Pa，然后開(kāi)啟擴(kuò)散結(jié)合層金屬或金屬合金祀，在基材上沉積薄層金屬或金屬合金，在80°C _280°C溫度下向鍍膜機(jī)通入氧氣、氮?dú)饣蛱細(xì)錃怏w，使該薄層金屬原位反應(yīng)生成金屬或金屬合金的氧化物、氮化物或碳化物形成厚度為2-5nm的擴(kuò)散結(jié)合層，后關(guān)閉擴(kuò)散結(jié)合層金屬或金屬合金靶； C、紅外反射層的形成:打開(kāi)紅外反射層金屬或其合金IE,在IS氣氣氛下,在擴(kuò)散結(jié)合層上沉積一層形成厚度為50-200nm的紅外反射層，后關(guān)閉紅外反射層金屬或其合金靶，； d、擴(kuò)散阻擋層的形成:擴(kuò)散阻擋層為金屬或金屬合金時(shí)，其形成方法為:打開(kāi)擴(kuò)散阻擋層金屬或其合金祀，在IS氣氣氛下，在紅外反射層上沉積一層薄層金屬或金屬合金形成厚度為2-5nm的擴(kuò)散阻擋層；擴(kuò)散阻擋層為金屬或金屬合金的氧化物、氮化物或碳化物時(shí)，其形成方法為:按前述方法在基材上沉積薄層金屬或金屬合金后，關(guān)閉擴(kuò)散阻擋層金屬或其合金祀，在80°C -280°C溫度下向鍍膜機(jī)通入氧氣、氮?dú)饣蛱細(xì)錃怏w，使該薄層金屬原位反應(yīng)生成金屬或金屬合金的氧化物、氮化物或碳化物，形成厚度為2-5nm的擴(kuò)散阻擋層；e、吸收層的形成:打開(kāi)吸收層鐵鉻合金FeCrM靶，向鍍膜機(jī)中通入氧氣，調(diào)節(jié)氧氣流量，形成2-4層FeCrM-O金屬子層，后關(guān)閉吸收層鐵鉻合金FeCrM靶； f、絨面織構(gòu)層的形成:當(dāng)絨面織構(gòu)層為金屬或金屬合金時(shí)，其形成方法為:打開(kāi)絨面結(jié)構(gòu)層金屬或其合金靶，在氬氣氣氛下，在吸收層表面沉積形成厚度為2-10nm的薄層金屬，啟動(dòng)偏壓，在薄層金屬表面進(jìn)行刻蝕2-8min，形成凹凸不平的陷光金屬或其合金的絨面織構(gòu)層；當(dāng)絨面織構(gòu)層為金屬或金屬合金的氧化物、氮化物或碳化物時(shí)，其形成方法為:按前述方法在基材上形成凹凸不平的陷光金屬或其合金的絨面織構(gòu)層后，關(guān)閉絨面結(jié)構(gòu)層金屬或其合金祀，在80°C _280°C溫度下向鍍膜機(jī)通入氧氣、氮?dú)饣蛱細(xì)錃怏w,使該薄層金屬原位反應(yīng)生成金屬或金屬合金的氧化物、氮化物或碳化物形成絨面織構(gòu)層； g、減反層的形成:鍍膜機(jī)抽真空至5X10_3Pa，通入氬氣，使真空度為0.3-0.5Pa，啟動(dòng)減反層Al或AlM合金或Si祀,通入氧氣和/或氮?dú)猓诮q面織構(gòu)層表面沉積形成50-200nm的減反層，在80-280°C真空中保溫10-20min，即得； (4)不銹鋼管卡除氣:將不銹鋼管卡置于真空熱處理爐中，在500-100(TC溫度下進(jìn)行真空除氣處理，除氣后，將不銹鋼管卡與吸氣劑支架點(diǎn)焊構(gòu)成支架組件； (5)將罩管、內(nèi)管和支架組件裝配在一起，用封口機(jī)將罩管和內(nèi)管的外端部連接形成毛坯集熱管； (6)將毛坯集熱管進(jìn)行排氣，排氣過(guò)程中使用預(yù)抽泵抽至0.8-1.2Pa，接著升溫到2800C _320°C后保溫2-10min，再啟動(dòng)高真空機(jī)組抽真空，隨后繼續(xù)升溫至450°C _500°C后保溫20min-40min，同時(shí)激活非蒸散型吸氣劑；排氣完成后割去罩管上的排氣尾管，即得真空集熱管。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的全玻璃太陽(yáng)能真空集熱管的制備方法，其特征在于:在步驟b中在80°C -280°C溫度 下向鍍膜機(jī)通入氧氣、氮?dú)饣蛱細(xì)錃怏w，在輝光放電條件下反應(yīng)Ι-lOmin，生成金屬或金屬合金的氧化物、氮化物或碳化物形成擴(kuò)散結(jié)合層；步驟d中在80°C _280°C溫度下向鍍膜機(jī)通入氧氣、氮?dú)饣蛱細(xì)錃怏w，在輝光放電條件下反應(yīng)1-lOmin，生成金屬或金屬合金的氧化物、氮化物或碳化物形成擴(kuò)散阻擋層；步驟f中在80°C -280°C溫度下向鍍膜機(jī)通入氧氣、氮?dú)饣蛱細(xì)錃怏w，在輝光放電條件下反應(yīng)Ι-lOmin，生成金屬或金屬合金的氧化物、氮化物或碳化物形成絨面織構(gòu)層。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的全玻璃太陽(yáng)能真空集熱管的制備方法，其特征在于:在步驟e中，所述的吸收層為兩層子層，其中內(nèi)層子層制備時(shí)氧氣流量為30-100sCCm，得到的子層厚度為30-40nm，外層子層制備時(shí)，氧氣流量為80-150sCCm，得到的子層厚度為30_40nm。
全文摘要
本發(fā)明是一種全玻璃太陽(yáng)能真空集熱管及其制備方法，該集熱管包括罩管、內(nèi)管和支架組件；內(nèi)管外表面設(shè)有抗氧化選擇性吸收涂層，該涂層由基材向外依次由擴(kuò)散結(jié)合層、紅外反射層、擴(kuò)散阻擋層、吸收層、絨面織構(gòu)層和減反層疊合而成。本發(fā)明使用抗氧太陽(yáng)光譜選擇性吸收涂層后，真空集熱管即使在其真空夾層的真空度降低甚至完全消失時(shí)，其光譜吸收膜層具有高的抗氧化性，膜層仍然可以正常工作，極大的提高了集熱管的使用壽命，并且集熱管在制造時(shí)排氣時(shí)間短，高溫除氣同時(shí)激活非蒸散型吸氣劑，其生產(chǎn)效率高，降低了生產(chǎn)成本，并增加實(shí)際集熱面積。
文檔編號(hào)C23C14/06GK103115448SQ20131007182
公開(kāi)日2013年5月22日 申請(qǐng)日期2013年3月7日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月7日
發(fā)明者焦青太, 堯克光, 王國(guó)偉 申請(qǐng)人:日出東方太陽(yáng)能股份有限公司