專利名稱：一種具有Cr₂O₃和Al₂O₃雙陶瓷結(jié)構(gòu)高溫太陽(yáng)能選擇性吸收涂層及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于太陽(yáng)能利用技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種具有Cr2O3和Al2O3雙陶瓷結(jié)構(gòu)高溫太陽(yáng)能選擇性吸收涂層及其制備方法。
背景技術(shù)：
太陽(yáng)光譜選擇性吸收涂層在可見(jiàn)-近紅外波段具有高吸收率，在紅外波段具有低發(fā)射率的功能薄膜，是用于太陽(yáng)能集熱器，提高光熱轉(zhuǎn)換效率的關(guān)鍵。隨著太陽(yáng)能熱利用需求和技術(shù)的不斷發(fā)展，太陽(yáng)能集熱管的應(yīng)用范圍從低溫應(yīng)用IO(TC)向中溫應(yīng)用(IOO0C -350°c)和高溫應(yīng)用(350°C _500°C)發(fā)展，以不斷滿足海水淡化、太陽(yáng)能發(fā)電等中高溫應(yīng)用領(lǐng)域的使用要求。對(duì)于集熱管使用的選擇性吸收涂層也要具備高溫?zé)岱€(wěn)定性，適應(yīng)中高溫環(huán)境的服役條件。 對(duì)于太陽(yáng)能選擇性吸收涂層目前已研究和廣泛使用了黑鉻、陽(yáng)極氧化著色N1-A1203以及具有成分漸變特征的SS-C/SS (不銹鋼)和A1-N/A1等膜系，應(yīng)用于溫度在200°C以內(nèi)的平板型集熱裝置的集熱管表面。但在中高溫條件下，由于其紅外發(fā)射率隨溫度上升明顯升高，導(dǎo)致集熱器熱損失明顯上升，熱效率顯著下降。為了提高中高溫服役條件下選擇性吸收涂層的熱穩(wěn)定性，Mo-A1203/Cu、SS-A1N/SS等材料體系得到了研究和發(fā)展，采用了雙靶或多靶金屬陶瓷共濺射技術(shù)，其中Mo-Al203/Cu體系的特點(diǎn)是MO-A1203吸收層具有成分漸變的多亞層結(jié)構(gòu)，A1203層采用射頻濺射方法，SS-A1N/SS體系的特點(diǎn)是吸收層采用了干涉膜結(jié)構(gòu)，使熱穩(wěn)定性提高。上述涂層在使用溫度350°C _500°C范圍內(nèi)的聚焦型中高溫集熱管表面獲得了應(yīng)用。但是雙靶或多靶共濺射、射頻濺射等工藝沉積速率低，生產(chǎn)周期長(zhǎng)，工藝復(fù)雜，成本高。對(duì)于太陽(yáng)能的中高溫利用，需要一種吸收率高、發(fā)射率低、熱穩(wěn)定性好，而且工藝簡(jiǎn)便的選擇性吸收涂層及制備技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，提出一種具有Cr2O3和Al2O3雙陶瓷結(jié)構(gòu)高溫太陽(yáng)能選擇性吸收涂層及其制備方法，適用于高溫(300°C -500°C)工作溫度集熱管，涂層吸收率高、發(fā)射率低、熱穩(wěn)定性好，制備工藝簡(jiǎn)便，操作方便，生產(chǎn)周期短，濺射工況穩(wěn)定。本發(fā)明提供一種具有Cr2O3和Al2O3雙陶瓷結(jié)構(gòu)高溫太陽(yáng)能選擇性吸收涂層，包括三層膜，從底層到表面依次為紅外發(fā)射層、吸收層和減反射層；第一層紅外發(fā)射層由Cu膜或者Ag膜組成,位于基體表面,厚度在50 250nm ;第二層吸收層包括兩個(gè)亞層結(jié)構(gòu)，兩個(gè)亞層均為Cr203+Al203膜，第一亞層和第二亞層的厚度均為50 lOOnm，第一亞層和第二亞層的厚度可以相等也可以不相等；第一亞層中Cr2O3的體積百分比為20 40%，其余為Al2O3 ;第二亞層Cr2O3的體積百分比為10 30%其余為Al2O3 ；第一亞層位于第一層紅外發(fā)射層上，第二亞層位于第一亞層上；第三層減反射層由Al2O3膜，厚度為20 60nm ;位于第二層吸收層的第二亞層上。本發(fā)明提供一種具有Cr2O3和Al2O3雙陶瓷結(jié)構(gòu)高溫太陽(yáng)能選擇性吸收涂層的制備方法，包括以下幾個(gè)步驟步驟一在基體上制備第一層紅外發(fā)射層；采用純金屬靶直流或中頻磁控濺射方法，純金屬靶為Cu靶或Ag靶(純度99.99%)，以Ar氣作為濺射氣體制備，基體采用高速鋼。濺射前將真空室預(yù)抽本底真空至4父10-3 5\10-如1，通入惰性氣體Ar作為濺射氣氛，Ar氣流量為10(Tl40sccm，調(diào)整濺射距離為13(Tl50mm，調(diào)節(jié)濺射氣壓為3X IO-1IXlO-1Pat5開(kāi)啟純金屬靶的濺射靶電源，調(diào)整濺 射電壓為38(T450V，濺射電流為8 10A，利用直流濺射方式制備，涂層厚度在50 250nm，得到第一層紅外發(fā)射層，該層對(duì)紅外波段光譜具有高反射特性，發(fā)射率低；步驟二 在第一層紅外發(fā)射層上制備第二層吸收層；采用金屬Ti靶(純度99. 99%)和Al靶(純度99. 99%)中頻磁控濺射方法，反應(yīng)氣體為O2，首先，將真空室預(yù)抽本底真空至4X 10_3飛X 10_3Pa，同時(shí)然后通入Ar和O2的混合氣，Ar的流量為10(Tl40sccm，02的流量為2(T50sccm，調(diào)節(jié)濺射氣壓為3X KT1 4X KT1Pa,分別開(kāi)啟Cr和Al靶電源，濺射時(shí)，調(diào)整Cr靶濺射電壓為45(T530V，濺射電流為6 8A，Al靶濺射電壓為54(T600V，濺射電流為6 8A，制備厚度為50 IOOnm第一亞層Cr203+Al203膜；減少Al靶濺射電流為4 6A，其他各個(gè)參數(shù)不變，繼續(xù)制備第二亞層Cr203+Al203膜，厚度為50 IOOnm ;第一亞層和第二亞層除自身對(duì)太陽(yáng)光譜具備固有吸收特性外，還形成干涉吸收效應(yīng)，加強(qiáng)了涂層的光吸收作用；步驟三在第二層吸收層上制備第三層減反射層；第三層減反射層由Al2O3膜構(gòu)成；采用Al靶(純度99. 99%)，濺射前將真空室預(yù)抽本底真空至4 X I(T3飛X 10 ,通入惰性氣體Ar作為濺射氣體，通入O2作為反應(yīng)氣體制備，O2的流量為2(T40sccm，調(diào)節(jié)Ar與02流量比為I. 5:1 3:1，調(diào)整濺射距離為13(Tl50mm，調(diào)節(jié)濺射氣壓為SXKnXK^Pa。濺射時(shí)，調(diào)整濺射電壓為54(T600V，濺射電流為8 10A，利用中頻磁控濺射方式制備厚度為20 60nm的Al2O3膜即為第三層減反射層。減反射層具有增透、耐磨、抗氧化的作用。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于本發(fā)明所提供的一種具有Cr2O3和Al2O3雙陶瓷結(jié)構(gòu)高溫太陽(yáng)能選擇性吸收涂層由紅外發(fā)射層、Cr203+Al203膜組成的雙陶瓷干涉吸收層和陶瓷減反射層組成，具有可見(jiàn)-紅外光譜高吸收率，紅外光譜低發(fā)射率的特點(diǎn)，并且由于采用雙陶瓷結(jié)構(gòu)的干涉吸收層，具有良好的中高溫?zé)岱€(wěn)定性。該涂層制備工藝簡(jiǎn)便、操作方便、易于控制、縮短生產(chǎn)周期，與選擇性吸收涂層由Nb紅外發(fā)射層、Nb與Al2O3的混合物組成的雙干涉吸收層和Al2O3減反射層相比較，本涂層選擇的原材料Cr\Al是常規(guī)材料，應(yīng)用范圍比較廣，成型性能好，可以加工成柱狀靶材，顯著提高靶材利用率，同時(shí)價(jià)格也比較低廉，可以進(jìn)一步降低工作成本。適用于中高溫工作溫度的太陽(yáng)能集熱管。


圖I :本發(fā)明提出的一種具有Cr2O3和Al2O3雙陶瓷結(jié)構(gòu)高溫太陽(yáng)能選擇性吸收涂層首Ij面不思圖；圖2 :本發(fā)明提出的一種具有Cr2O3和Al2O3雙陶瓷結(jié)構(gòu)高溫太陽(yáng)能選擇性吸收涂層的制備方法的流程示意圖。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。本發(fā)明是一種具有Cr2O3和Al2O3雙陶瓷結(jié)構(gòu)高溫太陽(yáng)能選擇性吸收涂層，結(jié)合剖面如圖I所示，涂層包括三層膜，從底層到表面依次為紅外發(fā)射層、吸收層和減反射層；第一層紅外發(fā)射層由Cu膜或者Ag膜組成，位于基體表面，厚度在50 250nm ;第二層吸收層包括兩個(gè)亞層結(jié)構(gòu)，兩個(gè)亞層均為Cr203+Al203膜，第一亞層和第二亞層的厚度均為50 lOOnm，第一亞層和第二亞層的厚度可以相等也可以不相等；第一亞層中Cr2O3的體積百分比為20 40%，其余為Al2O3 ;第二亞層Cr2O3的體積百分比為10 30%其余為Al2O3 ；第一亞層位于第一層紅外發(fā)射層上，第二亞層位于第一亞層上；第三層減反射層由Al2O3膜，厚度為20 60nm ;位于第二層吸收層的第二亞層上。本發(fā)明提出的一種具有Cr2O3和Al2O3雙陶瓷結(jié)構(gòu)高溫太陽(yáng)能選擇性吸收涂層的制備方法，如圖2所示，包括以下幾個(gè)步驟步驟一在基體上制備第一層紅外發(fā)射層；采用純金屬靶直流或中頻磁控濺射方法，純金屬靶為Cu靶或Ag靶(純度99.99%)，以Ar氣作為濺射氣體制備，基體采用高速鋼。濺射前將真空室預(yù)抽本底真空至4父10-3 5\10-如1，通入惰性氣體Ar作為濺射氣氛，Ar氣流量為10(Tl40sccm，調(diào)整濺射距離為13(Tl50mm，調(diào)節(jié)濺射氣壓為3X IO-1IXlO-1Pat5開(kāi)啟純金屬靶的濺射靶電源，調(diào)整濺射電壓為38(T450V，濺射電流為8 10A，利用直流濺射方式制備，涂層厚度在50 250nm，得到第一層紅外發(fā)射層，該層對(duì)紅外波段光譜具有高反射特性，發(fā)射率低；步驟二 在第一層紅外發(fā)射層上制備第二層吸收層；采用金屬Cr靶(純度99. 99%)和Al靶(純度99. 99%)中頻磁控濺射方法，反應(yīng)氣體為O2，首先，將真空室預(yù)抽本底真空至4X 10_3飛X 10_3Pa，同時(shí)然后通入Ar和O2的混合氣，Ar的流量為10(Tl40sccm，02的流量為2(T50sccm，調(diào)節(jié)濺射氣壓為3X KT1 4X KT1Pa,分別開(kāi)啟Cr和Al靶電源，濺射時(shí)，調(diào)整Cr靶濺射電壓為45(T530V，濺射電流為6 8A，Al靶濺射電壓為54(T600V，濺射電流為6 8A，制備厚度為50 IOOnm第一亞層Cr203+Al203膜；減少Al靶濺射電流為4 6A，其他各個(gè)參數(shù)不變，繼續(xù)制備第二亞層Cr203+Al203膜，厚度為50 IOOnm ;第一亞層和第二亞層除自身對(duì)太陽(yáng)光譜具備固有吸收特性外，還形成干涉吸收效應(yīng)，加強(qiáng)了涂層的光吸收作用；步驟三在第二層吸收層上制備第三層減反射層；第三層減反射層由Al2O3膜構(gòu)成；采用Al靶(純度99. 99%)，濺射前將真空室預(yù)抽本底真空至4 X I(T3飛X 10 ,通入惰性氣體Ar作為濺射氣體，通入O2作為反應(yīng)氣體制備，O2的流量為2(T40sccm，調(diào)節(jié)Ar與02流量比為I. 5:1 3:1，調(diào)整濺射距離為13(Tl50mm，調(diào)節(jié)濺射氣壓為SXKnXK^Pa。濺射時(shí)，調(diào)整濺射電壓為54(T600V，濺射電流為8 10A， 利用中頻磁控濺射方式制備厚度為20 60nm的Al2O3膜即為第三層減反射層。減反射層具有增透、耐磨、抗氧化的作用。
本發(fā)明提供的太陽(yáng)能選擇性吸收涂層的性能為在大氣質(zhì)量因子AMl. 5條件下，涂層吸收率為96. 2%，法向發(fā)射率為0. 06。進(jìn)行真空退火處理，在2X10_2Pa真空度下，經(jīng)350°C真空退火I小時(shí)后，涂層吸收率為96. 2%，法向發(fā)射率為0. 06，在2X 10_2Pa真空度下，經(jīng)500°C真空退火I小時(shí)后，涂層吸收率為96. 0%，法向發(fā)射率為0. 06。實(shí)施例I 本實(shí)施例提供一種具有Cr2O3和Al2O3雙陶瓷結(jié)構(gòu)高溫太陽(yáng)能選擇性吸收涂層，包括三個(gè)涂層即第一層紅外發(fā)射層、第二層吸收層、第三層減反射層，第一層為Cu膜，厚度為180nm,第二層總厚度為160nm,其中第一亞層厚度為IOOnm,第二亞層厚度為60nm,第一亞層中Cr2O3的體積百分比為25%，其余為Al2O3 ;第二亞層Cr2O3的體積百分比為15%其余為Al2O3 ;第三層為Al2O3膜，厚度為50nm。制備步驟如下步驟一在基體上制備第一層紅外發(fā)射層；選用純度和純度為99. 99%的Cu靶，基材使用高速鋼。濺射前將真空室預(yù)抽本底 真空至4. 5 X 10 ,通入惰性氣體Ar作為濺射氣氛，Ar氣流量為120sCCm，調(diào)整濺射距離為140mm，調(diào)節(jié)濺射氣壓為4X IO-1Pa15開(kāi)啟Cu祀，調(diào)整濺射電壓為400V，濺射電流為8A，利用直流磁控濺射方式制備ISOnm厚的Cu膜；步驟二 在第一層紅外發(fā)射層上制備第二層吸收層；采用金屬Cr靶和Al靶中頻磁控濺射方法，將真空室預(yù)抽本底真空至4X l(T3Pa，同時(shí)通入Ar和O2的混合氣，Ar的流量為120sCCm，O2的流量為20sCCm，調(diào)節(jié)濺射氣壓為3. 5 X KT1Pa,分別開(kāi)啟Cr和Al革巴電源，調(diào)整Cr革巴濺射電壓為520V，濺射電流為8A，Al靶濺射電壓為600V，濺射電流為8A，在Cu膜上制備IOOnm厚的第一亞層Cr203+Al203膜；Cr靶濺射濺射電流不變，Al靶濺射濺射電流為6A，繼續(xù)制備厚度為60nm的第二亞層Cr203+Al203薄膜；步驟三在第二層吸收層上制備第三層減反射層；選用純度99. 99%的Al靶，濺射前將真空室預(yù)抽本底真空至5X 10_3Pa，同時(shí)通入Ar、02混合氣，調(diào)節(jié)Ar與O2流量比為3:1，O2的流量為25sccm，調(diào)整濺射距離為145mm，調(diào)節(jié)濺射氣壓為4X KT1Pa,濺射時(shí)，調(diào)整濺射電流為8. 3A，濺射電壓為560V，利用中頻磁控濺射方式制備50nm厚Al2O3膜。本實(shí)施例制備的太陽(yáng)能選擇性吸收涂層的性能如下在大氣質(zhì)量因子AMl. 5條件下，涂層吸收率為96. 2%，法向發(fā)射率為0. 06。進(jìn)行真空退火處理，在2X10_2Pa真空度下，經(jīng)350°C真空退火I小時(shí)后，涂層吸收率為96. 2%，法向發(fā)射率為0. 06，在2X10_2Pa真空度下，經(jīng)500°C真空退火I小時(shí)后，涂層吸收率為96. 0%，法向發(fā)射率為0. 06。實(shí)施例2 本實(shí)施例提供一種具有Cr2O3和Al2O3雙陶瓷結(jié)構(gòu)高溫太陽(yáng)能選擇性吸收涂層，涂層包括三層膜，從底層到表面依次為紅外發(fā)射層、吸收層和減反射層；第一層紅外發(fā)射層由Cu膜組成，厚度在50nm ;第二層吸收層包括兩個(gè)亞層結(jié)構(gòu)，兩個(gè)亞層均為Cr203+Al203膜，第一亞層和第二亞層的厚度均為50nm，第一亞層中Cr2O3的體積百分比為20%，其余為Al2O3 ;第二亞層Cr2O3的體積百分比為10%，其余為Al2O3 ;第三層減反射層由Al2O3膜，厚度為20nm。本實(shí)施例提出的一種具有Cr2O3和Al2O3雙陶瓷結(jié)構(gòu)高溫太陽(yáng)能選擇性吸收涂層的制備方法，包括以下幾個(gè)步驟步驟一在基體上制備第一層紅外發(fā)射層；采用純金屬靶直流或中頻磁控濺射方法，純金屬靶為Cu靶(純度99. 99%)，以Ar氣作為濺射氣體制備，基體采用高速鋼。濺射前將真空室預(yù)抽本底真空至4X 10_3Pa，通入惰性氣體Ar作為濺射氣氛，Ar氣流量為lOOsccm，調(diào)整濺射距離為130mm，調(diào)節(jié)濺射氣壓為SXlO-1Pa0開(kāi)啟純金屬靶的濺射靶電源，調(diào)整濺射電壓為380V，濺射電流為8A，利用直流濺射方式制備，涂層厚度在50nm，得到第一層紅外發(fā)射層，該層對(duì)紅外波段光譜具有高反射特性，發(fā)射率低；步驟二 在第一層紅外發(fā)射層上制備第二層吸收層；
采用金屬Cr靶(純度99. 99%)和Al靶(純度99. 99%)中頻磁控濺射方法，反應(yīng)氣體為O2，首先，將真空室預(yù)抽本底真空至4X10_3Pa，同時(shí)然后通入Ar和O2的混合氣，Ar的流量為lOOsccm，O2的流量為20SCCm，調(diào)節(jié)濺射氣壓為3 X KT1Pa,分別開(kāi)啟Cr和Al靶電源，濺射時(shí)，調(diào)整Cr靶濺射電壓為450V，濺射電流為6A，Al靶濺射電壓為540V，濺射電流為6A,制備厚度為50nm的第一亞層Cr203+Al203膜；減少Al靶濺射電流為4A，其他各個(gè)參數(shù)不變，繼續(xù)制備第二亞層Cr203+Al203膜，厚度為50nm ;第一亞層和第二亞層除自身對(duì)太陽(yáng)光譜具備固有吸收特性外，還形成干涉吸收效應(yīng)，加強(qiáng)了涂層的光吸收作用；步驟三在第二層吸收層上制備第三層減反射層；第三層減反射層由Al2O3膜構(gòu)成；采用Al靶(純度99. 99%)，濺射前將真空室預(yù)抽本底真空至4X10_3Pa，通入惰性氣體Ar作為濺射氣體，通入O2作為反應(yīng)氣體制備，O2的流量為20sCCm，調(diào)節(jié)Ar與02流量比為I. 5:1，調(diào)整濺射距離為130mm，調(diào)節(jié)濺射氣壓為3 X KT1Pa15濺射時(shí)，調(diào)整濺射電壓為540V，濺射電流為8A，利用中頻磁控濺射方式制備厚度為20nm的Al2O3膜即為第三層減反射層。減反射層具有增透、耐磨、抗氧化的作用。實(shí)施例3 本實(shí)施例提出一種具有Cr2O3和Al2O3雙陶瓷結(jié)構(gòu)高溫太陽(yáng)能選擇性吸收涂層，涂層包括三層膜，從底層到表面依次為紅外發(fā)射層、吸收層和減反射層；第一層紅外發(fā)射層由Cu膜組成，厚度在250nm;第二層吸收層包括兩個(gè)亞層結(jié)構(gòu)，兩個(gè)亞層均為Cr203+Al203膜,第一亞層和第二亞層的厚度均為IOOnm,第一亞層中Cr2O3的體積百分比為40%，其余為Al2O3 ;第二亞層Cr2O3的體積百分比為30%，其余為Al2O3 ;第三層減反射層由Al2O3膜，厚度為60nm。本實(shí)施例提出的一種具有Cr2O3和Al2O3雙陶瓷結(jié)構(gòu)高溫太陽(yáng)能選擇性吸收涂層的制備方法，包括以下幾個(gè)步驟步驟一在基體上制備第一層紅外發(fā)射層；采用純金屬靶直流或中頻磁控濺射方法，純金屬靶為Cu靶(純度99. 99%)，以Ar氣作為濺射氣體制備，基體采用高速鋼。濺射前將真空室預(yù)抽本底真空至5X10_3Pa，通入惰性氣體Ar作為濺射氣氛，Ar氣流量為140sCCm，調(diào)整濺射距離為150mm，調(diào)節(jié)濺射氣壓為4X 10 .,開(kāi)啟純金屬靶的濺射靶電源，調(diào)整濺射電壓為450V，濺射電流為10A，利用直流濺射方式制備，涂層厚度在250nm，得到第一層紅外發(fā)射層，該層對(duì)紅外波段光譜具有高反射特性，發(fā)射率低；
步驟二 在第一層紅外發(fā)射層上制備第二層吸收層；采用金屬Cr靶(純度99. 99%)和Al靶(純度99. 99%)中頻磁控濺射方法，反應(yīng)氣體為O2，首先，將真空室預(yù)抽本底真空至5X10_3Pa，同時(shí)然后通入Ar和O2的混合氣，Ar的流量為140sCCm，02的流量為50SCCm，調(diào)節(jié)濺射氣壓為4 X KT1Pa,分別開(kāi)啟Cr和Al靶電源，濺射時(shí)，調(diào)整Cr靶濺射電壓為530V，濺射電流為8A，Al靶濺射電壓為540V，濺射電流為6A,制備厚度為IOOnm的第一亞層Cr203+Al203膜；減少Al靶濺射電流為4A，其他各個(gè)參數(shù)不變，繼續(xù)制備第二亞層Cr203+Al203膜，厚度為IOOnm;第一亞層和第二亞層除自身對(duì)太陽(yáng)光譜具備固有吸收特性外，還形成干涉吸收效應(yīng)，加強(qiáng)了涂層的光吸收作用；步驟三在第二層吸收層上制備第三層減反射層；第三層減反射層由Al2O3膜構(gòu)成；采用Al靶(純度99. 99%)，濺射前將真空室預(yù)抽本底真空至5X10_3Pa，通入惰性氣體Ar作為濺射氣體，通入O2作為反應(yīng)氣體制備，O2 的流量為30SCCm，調(diào)節(jié)Ar與O2流量比為2. 5:1，調(diào)整濺射距離為150mm，調(diào)節(jié)濺射氣壓為4父10_中&。濺射時(shí)，調(diào)整濺射電壓為600V，濺射電流為10A，利用中頻磁控濺射方式制備厚度為60nm的Al2O3膜即為第三層減反射層。減反射層具有增透、耐磨、抗氧化的作用。實(shí)施例4 本實(shí)施例提供一種具有Cr2O3和Al2O3雙陶瓷結(jié)構(gòu)高溫太陽(yáng)能選擇性吸收涂層，涂層包括三層膜，從底層到表面依次為紅外發(fā)射層、吸收層和減反射層；第一層紅外發(fā)射層由Ag膜組成，厚度在150nm ;第二層吸收層包括兩個(gè)亞層結(jié)構(gòu)，兩個(gè)亞層均為Cr203+Al203膜，第一亞層和第二亞層的厚度均為75nm，第一亞層中Cr2O3的體積百分比為30%，其余為Al2O3 ;第二亞層Cr2O3的體積百分比為20%，其余為Al2O3 ;第三層減反射層由Al2O3膜，厚度為40nm。本實(shí)施例提出的一種具有Cr2O3和Al2O3雙陶瓷結(jié)構(gòu)高溫太陽(yáng)能選擇性吸收涂層的制備方法，包括以下幾個(gè)步驟步驟一在基體上制備第一層紅外發(fā)射層；采用純金屬靶直流或中頻磁控濺射方法，純金屬靶為Ag靶(純度99. 99%)，以Ar氣作為濺射氣體制備，基體采用高速鋼。濺射前將真空室預(yù)抽本底真空至4. 5X 10_3Pa，通入惰性氣體Ar作為濺射氣氛，Ar氣流量為120sCCm，調(diào)整濺射距離為140mm，調(diào)節(jié)濺射氣壓為
3.5X 10 .,開(kāi)啟純金屬靶的濺射靶電源，調(diào)整濺射電壓為420V，濺射電流為9A，利用直流濺射方式制備，涂層厚度在150nm，得到第一層紅外發(fā)射層，該層對(duì)紅外波段光譜具有高反射特性，發(fā)射率低；步驟二 在第一層紅外發(fā)射層上制備第二層吸收層；采用金屬Cr靶(純度99. 99%)和Al靶(純度99. 99%)中頻磁控濺射方法，反應(yīng)氣體為O2，首先，將真空室預(yù)抽本底真空至4. 5 X 10 ,同時(shí)然后通入Ar和O2的混合氣，Ar的流量為120sccm，02的流量為35sccm，調(diào)節(jié)濺射氣壓為3. 5 X KT1Pa,分別開(kāi)啟Cr和Al靶電源，濺射時(shí)，調(diào)整Cr靶濺射電壓為480V，濺射電流為7A，Al靶濺射電壓為570V，濺射電流為7A，制備厚度為75nm的第一亞層Cr203+Al203膜；減少Al靶濺射電流為4A，其他各個(gè)參數(shù)不變，繼續(xù)制備第二亞層Cr203+Al203膜，厚度為75nm ;第一亞層和第二亞層除自身對(duì)太陽(yáng)光譜具備固有吸收特性外，還形成干涉吸收效應(yīng)，加強(qiáng)了涂層的光吸收作用；步驟三在第二層吸收層上制備第三層減反射層；第三層減反射層由Al2O3膜構(gòu)成；采用Al靶(純度99. 99%)，濺射前將真空室預(yù)抽本底真空至4. 5X10_3Pa，通入惰性氣體Ar作為濺射氣體，通入O2作為反應(yīng)氣體制備，O2的流量為40sCCm，調(diào)節(jié)Ar與O2流量比為2:1，調(diào)整濺射距離為140mm，調(diào)節(jié)濺射氣壓為3.5 X KT1Pa15濺射時(shí)，調(diào)整濺射電壓為570V，濺射電流為9A，利用中頻磁控濺射方式制備厚度為40nm的Al2O3膜即為第三層減反射層。減反射層具有增透、耐磨、抗氧化的作用。
權(quán)利要求
1.ー種具有Cr2O3和Al2O3雙陶瓷結(jié)構(gòu)高溫太陽(yáng)能選擇性吸收涂層，其特征在于所述的涂層從底層到表面依次為紅外發(fā)射層、吸收層和減反射層； 第一層紅外發(fā)射層由Cu膜或者Ag膜組成，位于基體表面，厚度在50 250nm ;第ニ層吸收層包括兩個(gè)亞層結(jié)構(gòu)，兩個(gè)亞層均為Cr203+Al203膜，第一亞層和第二亞層的厚度均為50 IOOnm ;第一亞層中Cr2O3的體積百分比為20 40%，其余為Al2O3 ;第ニ亞層TiO2的體積百分比為10 30%其余為Al2O3 ;第一亞層位于第一層紅外發(fā)射層上,第二亞層位于第一亞層上；第三層減反射層由Al2O3膜，厚度為20 60nm。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種具有Cr2O3和Al2O3雙陶瓷結(jié)構(gòu)高溫太陽(yáng)能選擇性吸收涂層，其特征在干所述的涂層在大氣質(zhì)量因子AMl. 5條件下，其吸收率為96. 2%，法向發(fā)射率為O. 06。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種具有Cr2O3和Al2O3雙陶瓷結(jié)構(gòu)高溫太陽(yáng)能選擇性吸收涂層，其特征在于所述的涂層在2X10_2Pa真空度下，經(jīng)350°C真空退火I小時(shí)后，其吸收率為96. 2%，法向發(fā)射率為O. 06。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種具有Cr2O3和Al2O3雙陶瓷結(jié)構(gòu)高溫太陽(yáng)能選擇性吸收涂層，其特征在于所述的涂層在2X10_2Pa真空度下，經(jīng)500°C真空退火I小時(shí)后，其吸收率為96. 0%，法向發(fā)射率為O. 06。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種具有Cr2O3和Al2O3雙陶瓷結(jié)構(gòu)高溫太陽(yáng)能選擇性吸收涂層，其特征在干所述的第一亞層和第二亞層的厚度為相等或者不相等。
6.一種應(yīng)用于權(quán)利要求I所述的ー種具有Cr2O3和Al2O3雙陶瓷結(jié)構(gòu)高溫太陽(yáng)能選擇性吸收涂層的制備方法，其特征在于包括以下幾個(gè)步驟 步驟ー在基體上制備第一層紅外發(fā)射層； 采用純金屬靶直流或中頻磁控濺射方法，純金屬靶為Cu靶或Ag靶，以Ar氣作為濺射氣體制備，基體采用高速鋼，濺射前將真空室預(yù)抽本底真空至4X 10_3飛X 10_3Pa，通入惰性氣體Ar作為濺射氣氛，Ar氣流量為10(Tl40SCCm，調(diào)整濺射距離為13(Tl50mm，調(diào)節(jié)濺射氣壓為3 X IO-1IX KT1Pa,開(kāi)啟純金屬靶的濺射靶電源，調(diào)整濺射電壓為38(T450V，濺射電流為8 10A，得到厚度為50 250nm的第一層紅外發(fā)射層； 步驟ニ 在第一層紅外發(fā)射層上制備第二層吸收層； 采用金屬Cr靶和Al靶中頻磁控濺射方法，反應(yīng)氣體為O2，將真空室預(yù)抽本底真空至4X10-3 5X10-3Pa，然后通入Ar和O2的混合氣，Ar的流量為10(Tl40sccm，O2的流量為2(T50sccm，調(diào)節(jié)濺射氣壓為3X 10—1 4X KT1Pa,分別開(kāi)啟Cr和Al靶電源，濺射時(shí)，調(diào)整Cr靶濺射電壓為45(T530V，濺射電流為6 8Α，Al靶濺射電壓為54(T600V，濺射電流為6 8A，制備厚度為50 IOOnm的第一亞層Cr203+Al203膜； 減少Al靶濺射電流為Γ6Α，其他各個(gè)參數(shù)不變，繼續(xù)制備第二亞層Cr203+Al203膜，厚度為50 IOOnm ； 步驟三在第二層吸收層上制備第三層減反射層； 采用Al靶濺射前將真空室預(yù)抽本底真空至4X10—3 5X10_3Pa，通入惰性氣體Ar作為濺射氣體，通入O2作為反應(yīng)氣體制備，O2的流量為2(T40sCCm，調(diào)節(jié)Ar與O2流量比為I.5:1 3:1，調(diào)整濺射距離為13(Tl50mm，調(diào)節(jié)濺射氣壓為3 X 10—1 4X KT1Pa,濺射時(shí)，調(diào)整濺射電壓為54(T600V，濺射電流為8 10Α，制備得到厚度為20 60nm的第三層減反射層。
全文摘要
本發(fā)明提供一種具有Cr2O3和Al2O3雙陶瓷結(jié)構(gòu)高溫太陽(yáng)能選擇性吸收涂層及其制備方法，屬于太陽(yáng)能利用技術(shù)領(lǐng)域。所述的涂層從底層到表面依次為紅外發(fā)射層、吸收層和減反射層；第一層紅外發(fā)射層由Cu膜或者Ag膜組成，厚度在50～250nm；第二層吸收層包括兩個(gè)亞層結(jié)構(gòu)，兩個(gè)亞層均為Cr2O3+Al2O3膜，第三層減反射層由Al2O3膜，厚度為20～60nm。本發(fā)明提供的涂層具有可見(jiàn)-紅外光譜高吸收率，紅外光譜低發(fā)射率的特點(diǎn)，并且由于采用雙陶瓷結(jié)構(gòu)的干涉吸收層，具有良好的中高溫?zé)岱€(wěn)定性。且該涂層制備工藝簡(jiǎn)便、操作方便、易于控制、縮短生產(chǎn)周期。
文檔編號(hào)F24J2/48GK102650474SQ20121016265
公開(kāi)日2012年8月29日 申請(qǐng)日期2012年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月23日
發(fā)明者劉雪蓮, 張秀廷, 范兵, 陳步亮 申請(qǐng)人:北京天瑞星光熱技術(shù)有限公司