热管真空集热管镀膜板芯及其制造方法技术

本发明专利技术涉及一种用于热管真空集热管的镀膜板芯及其制备方法，它是在一个具有加热、轰击清洗及负偏压装置的三级磁控溅射镀膜机中经溅射铝靶而在金属基体上沉积生成一个铝－氮－碳金属陶瓷型渐变膜层，镀膜工艺中的反应气体为氮气和乙炔气体。本发明专利技术的镀膜有强的太阳光吸收率和低的红外发射率，耐磨性高，与基体的结合力强，而且，本发明专利技术克服了扩散泵油的氧化问题。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种。太阳能光谱选择性吸收薄膜材料是由外层和内层构成的复合膜。在太阳光谱范围内，外层具有对太阳光的强吸收率，但在红外波段几乎是透明的。为减少辐射损失，内层具有高的红外反射率(即低的红外发射率)。这种膜层具有良好的导热性能，现在广泛用作太阳能全玻璃真空集热管内层玻璃管的外表面镀吸收膜。这种真空集热管是将两管壁接封后抽真空到1×10-2Pa以下而成的。因膜层位于内管的外表面，所以在集热管的制备工序中膜层不会受到碰伤等，故对膜层的耐磨性和与基体的结合力要求不高。这种技术如美国专利US4339484，它是将内管放入双靶溅射炉中，先在玻璃管外表面镀一层铜膜，再在铜膜上镀一层金属碳化物，从而形成吸收膜。中国专利申请CN851000142采用溅射铝，在玻璃管外表面溅射沉积一层铝，然后再溅射一层铝—氮吸收膜。以上两专利技术只适用于在全玻璃真空集热管的玻璃内管外表面形成太阳能吸收膜，其光学性能良好，而机械性能较差，不能满足热管真空集热管吸热板芯的吸收膜性能的要求，因为热管真空集热管吸热板芯在镀吸收膜后还需压制和装配工序，它要求吸收膜具有较好的抗耐磨性能和较高的与基体的结合力。中国专利申请CN1056159公开的AlNxOy选择性吸收膜能满足热管真空集热管吸热板芯吸收膜的要求，该吸收膜层是采用溅射铝靶在氩气和反应气体氮、氧的气氛中沉积在金属吸热板芯上的膜层，该膜层具有良好的光学性能和耐磨性，且与吸热板芯基体具有高的结合力，完全克服了前述两个专利的不足。然而，该专利在镀膜工艺中要通入氧气，氧气除在镀膜中与铝离子生成Al-O外，剩余部分的氧气必须抽入扩散泵中，这样会造成扩散泵油的氧化，随着扩散泵工作时间的增加，会使扩散泵抽速下降，从而时常需要更换泵油。本专利技术的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种新的用于热管真空集热管的镀膜板芯及其制造工艺，所镀的膜层既能够满足太阳能光谱选择性吸收膜的特性—高的吸收率和低的红外发射率，又要满足耐磨性和结合力的要求，此外，克服扩散泵油的氧化问题。一种用于热管真空集热管的镀膜板芯，它包括一个经光亮处理的金属基体，在该基体的表面沉积有一个铝—氮—碳渐变吸收膜，其厚度为0.15×10-6-1×10-6M。一种制上述热管真空集热管镀膜板芯的方法，其是将清洗干燥和光亮处理过的金属基体放入一个具有加热、轰击清洗及负偏压装置的三级磁控溅射镀膜机中，然后抽真空，在氩气气氛中加热基体、进行轰击清洗，在负偏压作用下溅射铝靶，逐渐通入反应气体氮气和乙炔气体，在基体上沉积生成一个铝—氮—碳金属陶瓷型渐变膜层，随着镀膜时间的增加，逐渐减小负偏压和加大氮气、乙炔气体的通入量，直至渐变膜层达到要求的厚度。所述金属基体的加热温度为50-200℃，依具体情况而定。最好停止通入氮气的时间早于停止通入乙炔气体的时间。所述的负偏压为40-180v，依具体情况而定。轰击清洗电压为-400～-1300v，依具体情况而定。所述的金属基体为铝、铜或者不锈钢，也可以是符合本专利技术目的的其他金属。所述的渐变膜层的厚度为0.15×10-6-1×10-6M。和现有技术相比，本专利技术的镀膜有强的太阳光吸收率和低的红外发射率，耐磨性高，与基体的结合力强，而且，本专利技术克服了扩散泵油的氧化问题。下面参照实施例详细描述本专利技术。本专利技术制备太阳能光谱选择性吸收膜层是采用三级磁控溅射离子镀膜技术，单靶金属铝在氩气、氮气和乙炔气氛中溅射沉积到光亮处理过的板芯金属基体表面上，生成AlNxCy吸收膜，其中，x是氮原子与铝原子的比值，y是碳原子与铝原子的比值。本专利技术的制备工艺采用一台三级溅射单靶镀膜机，其中的炉子具有工件架绕靶公转、吸收膜板芯自转的功能，并具有离子轰击、偏压、加热装置及增强离化电极，通过管路分别通入炉内的氩气由压强控制仪控制，反应气体氮气和乙炔分别由两台气体质量流量仪控制，通入气量的多少由微机程控来完成。采用专门处理过的金属板芯如铝、铜或不锈钢作为吸收膜的基体(吸热板)。制备过程是先将基体清洗干净、烘干，然后装入镀膜机的工件架中，关闭炉门，抽真空到1×10-2-1×10-3Pa，再加热到所需温度50-200℃，通入氩气使炉膛内的真空在8×10-1-2×10-2Pa，基体接直流负压400-1300v进行轰击清洗基体表面的氧化物及吸附气体和其他杂质等，接通增强离化电极电源，将所需反应气体气量输入微机程控系统，通入反应气体，氮气流量为10-150SCCM，乙炔流量为5-100SCCM，控制炉内所需压强的流量值，基体加负偏压40-180v，接通阴极单靶铝电源进行离子镀，在基体表面溅射沉积生成吸收膜。在镀膜过程中，氮气及乙炔流量完全由微机程控，乙炔和氮气流量逐渐增大，氩气流量逐渐减少，而负偏压也逐渐减小。这样就在金属基体上沉积形成AlNxCy谱选择性吸收膜，该膜层具有良好的光学性能和机械性能。本专利技术的工艺以氩气为电离气体，以氮气和乙炔为反应气体，在金属基体表面沉积生成一层结合力强、抗磨性能好的氮碳化铝化合物(AlNxCy)的渐变吸收膜，在负偏压作用下，吸收膜晶粒细化并具有高吸收率的柱状晶体结构，而在氮、碳原子的不断变化下，则生成渐变的多层的金属陶瓷型吸收膜层，该膜层的厚度为0.15×10-6M-1×10-6M。本专利技术所制备的太阳能光谱选择性吸收膜层在金属基体的表面为红外反射层，基体上沉积的氮碳化铝(AlNxCy)金属陶瓷型介质膜由多层不同折射率的薄膜组成，并且在膜层的表面时乙炔通入量增加，因此在膜层的顶部生成的铝碳化合物和氮碳化合物增多，从而进一步增加了膜的抗耐磨性。采用本专利技术制备的吸收膜层，其与基体的结合力强，抗耐磨性能高，并具有良好的光学性能，其吸收率α为0.85-0.96，红外发射率ε为0.07-0.15，膜层性能完全满足太阳能真空集热管吸热板的性能要求。实施例1将清洗干燥的铝基体装入一台具有轰击清洗、负偏压及加热烘烤装置的三级溅射离子镀膜机炉中，抽真空到2×10-3Pa，基体加热到120℃，通入氩气使炉内压强为2×10-2Pa，通电轰击，直流电压为-800v，15分钟后停止，加负偏压50-150v，溅射铝靶通直流电，通入氮气20-100SCCM，乙炔10-50SCCM，气体流量的渐变由微机程控完成，从小到大逐渐变化输入，同时减小负偏压，溅射沉积膜层厚度为0.3×10-6M左右时停机，取出样品，测得吸收膜的吸收率α为0.91，红外发射率ε为0.07。实施例2将经过清洗干燥的铜基体装入一台具有轰击清洗、负偏压及加热烘烤装置的三级溅射离子镀膜机炉中，抽真空使炉膛真空为1×10-3Pa后，加热基体到200℃，通入氩气使炉内压强为5×10-1Pa，通电轰击，直流电压为-1000v，10分钟后停止，通入氮气30-150SCCM，乙炔气量5-50SCCM，加负偏压50-100v，溅射铝靶通直流电，气体流量的渐变由微机程控完成，从小到大逐渐变化输入，同时减小负偏压，溅射沉积膜层厚度为0.7×10-6M左右时停机，取出样品，测得吸收膜的吸收率α为0.95，红外发射率ε为0.15。实施例3将经过清洗干燥的不锈钢基体装入一台具有轰击清洗、负偏压及加热烘烤装置的三级溅射离子镀膜机炉中，抽真空使炉膛真空为8×10-3Pa后，通入氩气使炉内压强为8×10本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于热管真空集热管的镀膜板芯，其特征在于，它包括一个经光亮处理的金属基体，在该基体的表面沉积有一个铝－氮－碳渐变吸收膜，其厚度为０．１５×１０↑［－６］－１×１０↑［－６］Ｍ。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张入通，郭信章，
申请(专利权)人：张入通，郭信章，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]