CN1168788C - 太阳光谱选择性吸收涂层 - Google Patents
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Abstract
本发明属于太阳能集热器技术领域，包括以玻璃、抛光金属为基体，通入纯氩气，在其上先沉积铝膜构成选择性吸收涂层的底层，再通入适量的空气沉积构成吸收层和纯介质的减反射层。本发明具有工艺简单容易控制，价格低廉，膜层稳定性高，减反射效果好，又无任何污染和危险性等优点。
Description
技术领域
本发明属于太阳能集热器技术领域，特别涉及利用磁控溅射真空镀膜技术制备的太阳光谱选择性吸收涂层。
背景技术
选择性吸收涂层由三部分组成：底部的红外高反射(即红外低发射)层材料，如金、银、铜、铝等；中间部分是吸收层，该层对太阳辐射有强烈吸收作用；最上面是减反射层，用来减少表面对入射太阳光线的反射，提高表面的吸收性能。太阳选择性吸收涂层被用于太阳能集热元件中，如平板集热器和真空管集热器。用于前者时涂层在大气状态下工作，用于后者时在真空状态工作。选择性吸收涂层吸收的太阳辐射能靠传热介质带走。
美国专利No.339.484涉及到的选择性吸收涂层是在玻璃上先溅射沉积一层红外高反射的铜膜，然后沉积不锈钢—碳化物为吸收层，该涂层太阳吸收比(AM2)α≈0.92，发射率ε≈0.05(100℃)。这类选择性吸收涂层存在如下不足：其一，制备时必须有两种材料的阴极(铜和不锈钢)，而且两阴极之间又必须加一挡板，防止使用中它们相互污染，挡板的存在使设备的利用率大大降低。其二，制备时使用惰性气体(氩气)、甲烷或乙炔，后两种都是可燃气体。
中国发明专利CN 1056159A涉及的是一种AlNxOy选择性吸收涂层，制备时以单个的铝材作阴极，使用氩气、氮气、氧气三种气体，该涂层太阳吸收比α≈0.90～0.94，红外发射率ε＝0.07～0.12。
中国发明专利CN 1077018A涉及的是铝—碳吸收层，铝—氮为减反射膜的选择性吸收涂层。制备时也是单个的铝阴极，通入的气体是氩气、氮气、甲烷(或乙炔)三种，其中的甲烷(或乙炔)是可燃气体，太阳吸收比α＝0.92～0.95，发射率ε＝0.05～0.07(80℃)。以上两个专利的缺点是：其一，必须用两种活性气体，而且其中一种气体属可燃，或助燃，增加了不安全因素；其二，必须有三个可独立控制的气路系统对进入镀膜室的气体的量进行控制，因此可变参数多，工艺难度提高，也增加了镀膜的成本。
中国发明专利CN8510014涉及的是一种铝—氮(或铝—碳—氧)选择性吸收涂层，用单个铝阴极，活性气体是高纯氮气(一氧化碳)，太阳吸收比α≈0.93，发射率ε≈0.06(100℃)。该专利的不足之处在于：其一，受纯介质(铝—氮)折射率的限制，表层减反射效果不够明显；其二，高纯的氮气和一氧化碳都比较贵。
发明内容
本发明的目的是为克服上述诸专利的不足之处，提供一种铝—空气为吸收层和减反射层的高稳定性太阳光谱选择性吸收涂层。利用溅射沉积技术，以合金铝为阴极，空气为活性气体。具有工艺简单容易控制，价格低廉，膜层稳定性高，减反射效果好，又无任何污染和危险性等优点。
本发明提出的一种太阳光谱选择性吸收涂层，其特征在于，以玻璃、抛光金属为基体，通入纯氩气，在其上先沉积铝膜构成选择性吸收涂层的底层，再通入适量的空气沉积构成铝—空气吸收层和纯介质的减反射层。所说的吸收层的厚度为0.15×10-6m至0.5×10-6m。所说的减反射层厚度为0.04×10-6m至0.2×10-6m。
本发明可采用国产LY11～13铝合金作阴极。
所说的抛光金属采用光亮铜和铝时，可通入氩气和空气沉积构成吸收层和纯介质的减反射层。
所说的以玻璃为基体时，在纯氩气时沉积铝膜为红外高反射层，其厚度可大于0.09×10-6m，再通入空气沉积构成吸收层和纯介质的减反射层。
本发明的优点是：(1)铝与空气反应得到的纯介质减反射膜减反射效果大于纯铝—氮膜；(2)吸收层与减反射层采用相同材料和气体；(3)使用的反应气体是空气，既不用花钱又无任何污染和危险性；(4)膜层稳定性高；(5)工艺简单容易控制，价格低廉。
附图说明
图1为本发明的一种太阳光谱选择性吸收涂层实施例结构示意图。
具体实施方式
结合图1解释本发明的太阳光谱选择性吸收涂层的结构及制备过程。以玻璃和抛光金属为基材1，合金铝(国产LY11～13)为阴极，在纯氩气气氛下溅射沉积厚度大于0.09×10-6m红外高反射材料的铝膜作底层材料2；严格控制通入空气的量进行反应溅射制备吸收层3，随空气量的增加吸收层材料中铝含量逐渐减少，即膜层的折射率和消光系数逐渐减小，当膜内铝含量为零时，即是膜系的减反射层4。吸收层3厚度0.15×10-6m至0.5×10-6m；减反射层厚度0.04×10-6m至0.2×10-6m。
本实施例的太阳光谱选择性吸收涂层经550℃，40小时的烘烤后，其太阳吸收比α最高仍可达0.968，发射率ε＝0.06～0.08(80℃)，涂层的稳定性好。
Claims (4)
1、一种太阳光谱选择性吸收涂层，其特征在于，以玻璃、抛光金属为基体，通入纯氩气，在其上先沉积铝膜构成选择性吸收涂层的底层，再通入适量的空气沉积构成铝—空气吸收层和纯介质的减反射层；所说的吸收层的厚度为0.15×10-6m至0.5×10-6m；所说的减反射层厚度为0.04×10-6m至0.2×10-6m。
2、根据权利要求1所述的太阳光谱选择性吸收涂层，其特征在于，采用国产LY11～13铝合金作阴极。
3.根据权利要求1所述的太阳光谱选择性吸收涂层，其特征在于，所说的抛光金属采用光亮铜和铝时，通入氩气和空气沉积构成吸收层和纯介质的减反射层。
4.根据权利要求1所述的太阳光谱选择性吸收涂层，其特征在于，所说的以玻璃为基体时，在纯氩气时沉积铝膜为红外高反射层，其厚度大于0.09×10-6m，再通入空气沉积构成吸收层和纯介质的减反射层。
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