本发明专利技术描述了一种具有高热稳定性的可用于高温太阳能热发电的杂化多层太阳能选择性涂层。通过溅射法与溶胶-凝胶法的新型组合，本发明专利技术的杂化多层太阳能选择性涂层已被沉积在金属和非金属衬底上，且优选被沉积在具有铬间层的SS 304和321上。本发明专利技术的杂化多层太阳能选择性涂层是由钛/铬间层、氮化铝钛(AlTiN)层、氮氧化铝钛(AlTiON)层、氧化铝钛(AlTiO)层以及有机改性二氧化硅(ormosil)层堆叠而成的。铬间层是通过电镀法而沉积的，而Ti层、AlTiN层、AlTiON层和AlTiO层是通过一种四阴极反应性非平衡脉冲直流磁控溅射技术而制成的。ormosil层是通过溶胶-凝胶技术而沉积的，由此使其在空气中和真空中具有更强的吸收能力和更高的长期热稳定性。本发明专利技术提供了一种杂化多层太阳能选择性涂层，该涂层的吸收率>0.950，发射率<0.11(具有铬间层的SS衬底)，且具有长期的高热稳定性(在循环加热条件下，在空气中在500℃以及在真空中在600℃约为1000h)。本发明专利技术的杂化多层太阳能选择性涂层在金属和非金属衬底上显示出约为5-9的更高太阳能选择比。本发明专利技术的杂化多层太阳能选择性吸收涂层具有高的耐氧化性、稳定的微观结构、高的附着力和缓变的成分，特别适用于聚光型集热器，例如用于生成太阳能蒸汽的排空接收管和菲涅尔接收管。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利说明】用于高温太阳能热应用的杂化多层太阳能选择性涂层及其 制备工艺 下面的说明书具体描述了本专利技术及其实施方式：
本专利技术涉及一种用于高温太阳能热应用的杂化多层太阳能选择性涂层。本专利技术特 别涉及一种杂化多层太阳能选择性涂层，该涂层具有更强的吸收能力（α>0. 950)、更低的 发射率（ε〈〇. 11)以及高的热稳定性（在空气中高达500°C，在真空中高达600°C)，适于 太阳能热发电。更重要的是，它涉及一种杂化多层涂层，该涂层是由涂覆在金属和非金属衬 底一优选为不锈钢（SS) 304和321衬底一上的以下各层构成的堆叠层：钛/铬间层、氮化铝 钛（AlTiN)层、氮氧化铝钛（AlTiON)层、氧化铝钛（AlTiO)层以及有机改性溶胶-凝胶二 氧化娃（ormosil)层。络（chrome)间层是通过电镀法而沉积的，而钛（Ti)层、AlTiN层、 AlTiON层和AlTiO层是通过一种四阴极反应性非平衡脉冲直流磁控溅射技术而制成的。 ormosil层是通过溶胶-凝胶技术而沉积的，由此使其在空气中和真空中具有更强的吸收 能力和更高的热稳定性。
技术介绍
和现有技术 为了使太阳热能更能被消费得起，除了改善太阳能热电厂的设计以及相关联的 用于太阳能领域的支持结构之外，需要开发出具有更高的光学性能和热稳定性的太阳能 吸收涂层。理想的高温太阳能选择性涂层必须具有高的吸收率（>0.940)、低的热发射率 (在400 °C时< 0. 10)，在空气中的稳定性高达500 °C，且具有更高的耐久性和可制造性 以及更低的成本。各种物理气相 沉积工艺PVD(例如蒸发、离子镀、阴极电弧蒸发、脉冲激光沉积和溅射）已用于开发高温太 阳能选择性涂层。Pt-Al203、Ni-Al203、Ni-Si02、Cr-Si0、M〇-A1203、M〇-Si02、W-A1203涂层已 用于高温太阳能选择性应用中。虽然这些涂层在真空中具有良好的热稳定性以及在空气中 具有低的热稳定性300°C)，不过人们已进行了适当的涂层改性，以在某些程度上提高 这些涂层的热稳定性。 对太阳能选择性吸收体的最基本的要求之一是，其在高温下工作时具有稳定的结 构性成分。这些涂层的光学性能不会随温度的升高或在使用一段时间之后而下降。 通过与环保的溶胶-凝胶法结合的溅射工艺，本专利技术的杂化多层太阳能选择性涂 层被沉积在金属和非金属衬底上，且优选被沉积在具有和不具有铬镀层的不锈钢衬底（SS 304和321)上。本专利技术的主要效用是用于高温应用中，特别是用于在发电中所使用的太阳 能蒸汽发生器和蒸汽轮机中。 早些时候，申请人为有效地利用太阳能，已开发出高温热稳定的太阳能选择性涂 层，并在印度提出专利申请（申请号为3655DEL2011)。在该专利中，通过溅射法而在金属和 非金属衬底上覆盖上包含堆叠级联的钛/铬间层、氮化铝钛层、氮氧化铝钛层、氧化铝钛层 的多层太阳能选择性涂层。在循环加热条件下，在更长的持续时间内，该涂层在不锈钢衬底 上显示出吸收率为0.930和发射率为0. 160. 17,且显示出热稳定性在空气中高达350°C和 在真空中高达450°C。该涂层在极端环境下也显示出更高的附着力、紫外线稳定性、耐腐蚀 性和稳定性。但该专利技术有两个局限：（i)吸收率为0.930,以及（ii)热稳定性低（在空气中 为350°C，在真空中为450°C)。早先专利技术的这些局限指示专利技术人使用溅射法与溶胶-凝胶 法的新型组合，沉积用于有效利用太阳能的适于高温应用的杂化多层太阳能选择性涂层， 从而开发出一种杂化多层太阳能选择性涂层。 在本专利技术中，一种有机改性二氧化娃（ormosil)层被沉积在位于金属和非金属衬 底一更优选为不锈钢304和321衬底一上的多层涂层上，该多层涂层包含堆叠级联的钛/ 铬间层、氮化铝钛（AlTiN)层、氮氧化铝钛（AlTiON)层、氧化铝钛（AlTiO)层。铬间层是 通过标准的电镀工艺而制成的，而Ti层、AlTiN层、AlTiON层和AlTiO层是通过一种四阴 极反应性非平衡脉冲直流磁控溅射技术而制成的。通过溶胶-凝胶/浸涂技术而沉积的 ormosil层使本专利技术的杂化多层太阳能选择性涂层在空气中和真空中具有更强的吸收能力 和更尚的热稳定性。 本专利技术提供了一种杂化多层太阳能选择性涂层，该涂层的吸收率>0.950,发射率 〈0. 11 (在镀铬SS衬底上），且具有高的热稳定性（在循环加热条件下，在空气中在500°C具 有约为1000小时（h)的长寿命）。在循环加热条件下，它也提供在真空中在600°C具有高 达1000h的更高热稳定性的杂化多层太阳能选择性涂层。本专利技术的杂化多层太阳能选择性 涂层在金属和非金属衬底上显示出约为5-9的更高太阳能选择比。本专利技术的杂化多层太阳 能选择性吸收涂层具有高的耐氧化性、稳定的微观结构、高的附着力以及缓变的成分，特别 适于高温太阳能热发电。 对现有技术的检索是在公共领域中针对专利以及非专利文献进行的，以发现在本 专利技术的领域中所进行的相关工作。一些与本专利技术的领域有关的近期工作将在下文中讨论。 为了提高吸收涂层的总体太阳能选择性，有必要将两种或更多种沉积技术结 合起来。例如，通过溶胶-凝胶法而制成的具有抗反射性能的适当保护涂层可用于标 准PVD吸收涂层上。如将在现有技术中所讨论的那样，过去已对电解沉积的黑铬涂层 进行过这样的尝试。例如，溶胶-凝胶保护涂层已用于黑铬太阳能选择性膜。溶胶-凝 胶涂层工艺包括涂覆含有聚合物玻璃前体的醇溶液。将涂层在450°C固定达一个半小时之 后，得到玻璃层。在工艺变量的最佳组合下，溶胶-凝胶涂覆样品的太阳能吸收率在400°C 在l〇〇h之后从0. 97降至0. 95,而对于未涂覆的黑铬涂层，吸收率降至0. 89。在400°C，溶 胶-凝胶保护黑铬涂层。 Pettit和Brinker已对溶胶-凝胶薄膜在太阳能应用中的用途做了评述。在太阳能应用中使用的溶胶-凝胶薄膜已 用于以下方面：（i)封装黑铬太阳能选择性涂层，以提高热稳定性；（ii)在用于太阳能集热 器的玻璃外壳上形成多孔的抗反射涂层，以提高透射率；（iii)在硅太阳能电池上形成Si02 与Ti02的双层抗反射涂层，以提高电池效率；以及（iv)在镀银不锈钢太阳能镜子上涂覆保 护涂层。 可参见美国专利号6, 783, 653B2,其中溶胶-凝胶层保护太阳能选择性吸收涂层 的结构性金属覆盖层。选择性吸收层包含高而细的尖顶，这些尖顶的尺寸及其间距使得涂 层在太阳光谱中的吸收率很高，而在红外区域中的发射率很低。吸收层通过物理和化学的 方式而由溶胶-凝胶层保护，该溶胶-凝胶层是由高度聚合单体的网络构成的。这些单体 通常是网络形成元素（例如41、8、1%、11、51、211等）的氧化物。据称，溶胶-凝胶层在高 达约350Γ的条件下具有机械稳定性和环保性，还增强了涂层的太阳能吸收能力。该专利技术以 铜为衬底，该衬底不能用于高温应用。此外，溶胶-凝胶层只在高达350°C的条件下才具有 机械稳定性和环保性。可参见Harizanov等人在CeramicsInternational(国际陶瓷）22 (1996) 91 上发 表的文章，其中溶胶-凝胶本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种多层堆叠级联的杂化多层太阳能选择性涂层，包含铬/钛间层、氮化铝钛(AlTiN)第一吸收层、氮氧化铝钛(AlTiON)第二吸收层、氧化铝钛(AlTiO)抗反射层以及有机改性二氧化硅(ormosil)阻挡层，其中所述涂层显示出的耐热性在空气中高达500℃以及在真空中高达600℃，且太阳能选择比约为5‑9。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：H·B·钱德拉，J·B·巴苏，L·R·瓦拉，
申请(专利权)人：科学工业研究委员会，
类型：发明
国别省市：印度;IN
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