本发明专利技术公开了一种Cr系高温太阳能选择性吸收涂层及其制备方法，涂层从底层到表面依次为红外反射层、吸收层、减反射层，第一层红外反射层由三层膜构成，中间的红外反射层为Ag膜，这一层的上下分别镀制了一层保护膜，保护膜为Cr2O3或者Al2O3膜中的任何一种；第二层吸收层包括两个亚层结构，均为AlCrN+AlCr膜，第一亚层AlCr的体积百分比大于第二亚层AlCr的体积百分比；第三层减反射层由Cr2O3膜或者Al2O3膜中任何一种组成。采用纯金属靶直流磁控溅射方法在基体表面制备红外发射层，采用金属Cr靶和Al靶中频磁控溅射方法在第一层上制备第二层吸收层，采用金属靶中频磁控溅射方法在第二层上制备第三层减。
Cr series high temperature solar energy selective absorbing coating and preparation method thereof
The invention discloses a Cr system high temperature solar selective absorption coating and preparation method thereof, coating from the bottom to the surface in the infrared reflective layer, absorbing layer, anti reflection layer, the first layer of infrared reflective layer consists of three layers, the middle layer is Ag infrared reflective film, this layer on the plating respectively. A layer of protective film, protective film for any kind of Cr2O3 or Al2O3 in the film; the second layer absorption layer includes two sub layers, are AlCrN+AlCr film, the percentage of the first sub layer of AlCr is greater than the size of second sub layers of AlCr volume percentage; third layer anti reflection layer is made of Cr2O3 film or Al2O3 film any kind of composition. Preparation of infrared emission layer on the surface of the substrate for the pure metal target DC magnetron sputtering method, the preparation of second layer absorbing layer on the first layer of metal on the Cr and Al targets mid frequency magnetron sputtering method, the preparation of third layer in the second layer by medium frequency magnetron sputtering method of metal target.
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及太阳能利用
，具体涉及一种Cr系高温太阳能选择性吸收涂 层及其制备方法。
技术介绍
太阳光谱选择性吸收涂层在可见-近红外波段具有高吸收率，在红外波段具有 低发射率的功能薄膜，是用于太阳能集热器，提高光热转换效率的关键。随着太阳能热利 用需求和技术的不断发展，太阳能集热管的应用范围从低温应用(彡IO(TC)向中温应用 (IOO0C -3500C )和高温应用(350°C -500°C )发展，以不断满足海水淡化、太阳能发电等中 高温应用领域的使用要求。对于集热管使用的选择性吸收涂层也要具备高温热稳定性，适 应中高温环境的服役条件。对于太阳能选择性吸收涂层目前已研究和广泛使用了黑铬、阳极氧化着色 Ν -Α1203以及具有成分渐变特征的SS-C/SS(不锈钢)和A1-N/A1等膜系，应用于温度在 200°C以内的平板型集热装置的集热管表面。但在中高温条件下，由于其红外发射率随温度 上升明显升高，导致集热器热损失明显上升，热效率显著下降。为了提高中高温服役条件下选择性吸收涂层的热稳定性，Mo-A1203/Cu、 SS-A1N/SS等材料体系得到了研究和发展，采用了双靶或多靶金属陶瓷共溅射技术，其中 Mo-Al203/Cu体系的特点是MO-A1203吸收层具有成分渐变的多亚层结构，A1203层采用射 频溅射方法，SS-A1N/SS体系的特点是吸收层采用了干涉膜结构，使热稳定性提高。上述涂 层在使用温度350°C -500°C范围内的聚焦型中高温集热管表面获得了应用。但是双靶或多 靶共溅射、射频溅射等工艺沉积速率低，生产周期长，工艺复杂，成本高。对于太阳能的中高温利用，需要一种吸收率高、发射率低、热稳定性好，而且工艺 简便的选择性吸收涂层及制备技术。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供，适 用于高温(30(TC -500°C )工作温度集热管，涂层吸收率高、发射率低、热稳定性好，制备工 艺简便，操作方便，生产周期短，溅射工况稳定。—种Cr系高温太阳能选择性吸收涂层，涂层包括三层膜，从底层到表面依次为红 外反射层、吸收层和减反射层；第一层红外反射层由三层涂层构成，中间的第二层涂层为Ag膜，厚度在50 250nm，第二层涂层的上下分别镀制了一层保护涂层，第一保护涂层和第二层保护涂层均为 Cr2O3膜或者Al2O3膜，厚度均在50 IOOnm ；第二层吸收层包括两个亚层结构，两个亚层均 为AlCrN+AlCr膜，第一亚层和第二亚层的厚度均为50 IOOnm ；第三层减反射层为Cr2O3 膜或者Al2O3膜中任何一种组成，厚度均为20 60nm。一种Cr系高温太阳能选择性吸收涂层的制备方法，包括以下几个步骤步骤一在基体上制备第一层红外发射层；采用纯金属靶中频磁控溅射方法，首先在基体上制备第一层红外发射层的第一层 保护涂层，纯金属靶为Cr靶或Al靶，以Ar和仏的混合气体作为溅射气体制备Cr2O3膜或者 Al2O3膜，涂层厚度在50 IOOnm ；然后再利用纯金属靶直流溅射方法，在第一层保护涂层上 制备Ag膜，纯金属靶为Ag靶，以Ar气作为溅射气体制备Ag膜，涂层厚度在50 250nm ； 最后，在Ag膜上制备第三层保护涂层，与制备第一层保护涂层相同；步骤二 在第一层涂层上制备第二层吸收层；采用金属Cr靶和Al靶中频磁控溅射方法，通入Ar和N2的混合气，Ar的流量为 100 140sccm，N2的流量为30 60sccm，在红外反射层上制备第一亚层AlCrN+AlCr膜， 厚度为50 IOOnm ；增加队的流量为40 70SCCm，继续制备第二亚层AlCrN+AlCr膜，厚度为50 IOOnm ；步骤三在第二层上制备第三层减反射层；第三层减反射层由Cr2O3或者Al2O3膜构成；当由Cr2O3膜构成时采用Cr靶，以Ar气作为溅射气体，通入仏作为反应气体制 备，调节Ar与02流量比为1.5 1 2 1，利用中频磁控溅射方法，制备厚度为20 60nm 的Cr2O3膜；当由Al2O3膜构成时采用Al靶，通入惰性气体Ar作为溅射气体，通入仏作为反 应气体制备，利用中频磁控溅射方法，制备厚度为20 60nm的Al2O3膜。本专利技术的优点在于本专利技术所提供的一种Cr系高温太阳能选择性吸收涂层由金属红外反射层、 AlCrN+AlCr以及Cr2O3的混合物组成的双干涉吸收层和陶瓷减反射层组成，具有可见-红外 光谱高吸收率，红外光谱低发射率的特点，并且由于采用高熔点的金属Cr以及Cr\Al的氮 化物，具有良好的中高温热稳定性。金属红外反射层采用^Vg膜，银元素的发射率非常低，非 常适合作为红外发射层的金属材料，大大降低涂层的发射率。该涂层制备工艺简便、操作方 便、易于控制、缩短生产周期，与选择性吸收涂层由Nb红外反射层、Nb与Al2O3的混合物组成 的双干涉吸收层和Al2O3减反射层相比较，本涂层选择的原材料Cr\Al是常规材料，应用范 围比较广，成型性能好，可以加工成柱状靶材，显著提高靶材利用率，同时价格也比较低廉， 可以进一步降低工作成本。适用于中高温工作温度的太阳能集热管。附图说明图1为本专利技术一种Cr系高温太阳能选择性吸收涂层剖面示意图。 具体实施例方式下面将结合附图和实施例对本专利技术作进一步的详细说明。本专利技术是一种Cr系高温太阳能选择性吸收涂层，结合剖面如图1所示，涂层包括 三层膜，从底层到表面依次为红外反射层、吸收层和减反射层；第一层红外反射层由三层涂层构成，中间的第二层涂层为Ag膜，厚度在50 250nm，为了防止Ag膜被氧化，在这一层的上下分别镀制了一层保护涂层，第一保护涂层和第二层保护涂层均为Cr2O3膜或者Al2O3膜，厚度均在50 IOOnm ；第二层吸收层包括两个 亚层结构，两个亚层均为AlCrN+AlCr膜，第一亚层和第二亚层的厚度均为50 lOOnm，第一 亚层AlCr的体积百分比比第二亚层AlCr的体积百分比大10%，第一亚层AlCr的体积百分 比为20 40%，第二亚层AlCr的体积百分比为10 30% ；第三层减反射层为Cr2O3膜或 者Al2O3膜，任选其一，厚度均为20 60nm。一种Cr系高温太阳能选择性吸收涂层的制备方法，包括以下几个步骤步骤一在基体上制备第一层红外发射层；采用纯金属靶中频磁控溅射方法，基体采用不锈钢，首先在基体上制备第一层红 外发射层的第一层保护涂层，纯金属靶为Cr靶或Al靶，以Ar和仏的混合气体作为溅射气 体制备。溅射前将真空室预抽本底真空至4X 10_3 5X 10_3Pa，通入惰性气体Ar作为溅射 气氛，调整溅射距离为130 150mm，调节溅射气压为3X10—1 4X10^3。开启纯金属靶 的溅射靶电源，调整溅射电压为380 450V，溅射电流为8 10A，利用中频溅射方式制备 红外发射层的第一层保护涂层Cr2O3膜或者Al2O3膜，涂层厚度在50 IOOnm ；然后再利用 纯金属靶直流溅射方法，在第一层保护涂层上制备Ag膜，纯金属靶为Ag靶，以Ar气作为溅 射气体制备Ag膜，调整溅射电压为500 600V，溅射电流为8 10A，利用直流溅射方式制 备Ag膜，Ag膜厚度在50 WOnm ；最后，在Ag膜上制备第三层保护涂层，方法与制备第一 层保护本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种Ｃｒ系高温太阳能选择性吸收涂层，其特征在于，涂层包括三层膜，从底层到表面依次为红外反射层、吸收层和减反射层；第一层红外反射层由三层涂层构成，中间的第二层涂层为Ａｇ膜，厚度在５０～２５０ｎｍ，第二层涂层的上下分别镀制了一层保护涂层，第一保护涂层和第二层保护涂层均为Ｃｒ２Ｏ３膜或者Ａｌ２Ｏ３膜，厚度均在５０～１００ｎｍ；第二层吸收层包括两个亚层结构，两个亚层均为ＡｌＣｒＮ＋ＡｌＣｒ膜，第一亚层和第二亚层的厚度均为５０～１００ｎｍ；第三层减反射层为Ｃｒ２Ｏ３膜或者Ａｌ２Ｏ３膜中任何一种组成，厚度均为２０～６０ｎｍ。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：刘雪莲，张秀廷，陈步亮，范兵，王静，卢铁军，
申请(专利权)人：北京天瑞星真空技术开发有限公司，
类型：发明
国别省市：11
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