本发明专利技术提供一种具有TiN和AlN的双陶瓷结构高温太阳能选择性吸收涂层及其制备方法，属于太阳能利用技术领域。所述的涂层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Cu膜或者Ag膜组成，位于基体表面，厚度为50～250nm；第二层吸收层包括两个亚层结构，两个亚层均为TiN+AlN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Al2O3膜，厚度为20～60nm。本发明专利技术提出的涂层具有可见-红外光谱高吸收率，红外光谱低发射率的特点，并且由于采用双陶瓷结构的干涉吸收层，具有良好的中高温热稳定性，且该涂层制备工艺简便、操作方便、易于控制、缩短生产周期。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于太阳能利用
，具体涉及。
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一种双陶瓷结构高温太阳能选择性吸收涂层及其制备方法，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。本专利技术提供一种具有TiN和AlN的双陶瓷结构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Cu膜或者Ag膜组成，位于基体表面，厚度为50 250nm ；第二层吸收层包括两个亚层结构，两个亚层均为TiN+AIN膜，第一亚层和第二亚层的厚度均为 50 lOOnm，第一亚层和第二亚层的厚度可以相等也可以不相等；第一亚层中TiN的体积百分比为30 50%，其余为AlN;第二亚层中TiN的体积百分比为10 30%，其余为AlN ；第三层减反射层为Al2O3膜，厚度为20 60nm。本专利技术提供一种具有TiN和AlN的双陶瓷结构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；采用纯金属靶直流或中频磁控溅射方法，纯金属靶为Cu靶或Ag靶(纯度均为 99. 99% )，以Ar气作为溅射气体制备，基体采用高速钢。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3X 10—1 4X IO-1Pa15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，利用直流溅射方式制备，得到涂层厚度在50 250nm的第一层红外发射层，该层对红外波段光谱具有高反射特性，发射率低；步骤二 在第一层红外发射层上制备第二层吸收层；采用金属Ti靶(纯度均为99. 99% )和Al靶(纯度均为99. 99% )中频磁控溅射方法，反应气体为N2,首先，将真空室预抽本底真空至4X 10_3 5X 10_3Pa，同时然后通入Ar和N2的混合气，Ar的流量为100 140sccm，N2的流量为5 lkccm，调节溅射气压为3X 10—1 4X KT1Pa,分别开启Ti和Al靶电源，溅射时，调整Ti靶溅射电压为450 530V，溅射电流为6 8A，A1靶溅射电压为500 560V，溅射电流为6 8A，制备第一亚层 TiN+AIN 膜；减少Ti靶溅射电流为4 6A，其他各个参数不变，继续制备第二亚层TiN+AIN膜， 厚度为50 IOOnm ；第一亚层和第二亚层除自身对太阳光谱具备固有吸收特性外，还形成干涉吸收效应，加强了涂层的光吸收作用；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Al2O3膜构成；采用Al靶(纯度99. 99% )，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作为溅射气体，通入O2作为反应气体制备，O2的流量为20 40sCCm，调节Ar与O2流量比为1.5 1 3 1，调整溅射距离为 130 150mm，调节溅射气压为3X 10—1 4X lO—Pa。溅射时，调整溅射电压为540 600V， 溅射电流为8 10A，利用中频磁控溅射方式制备厚度为20 60nm的Al2O3膜即减反射层。 减反射层具有增透、耐磨、抗氧化的作用。本专利技术的优点在于本专利技术所提供的选择性吸收涂层由金属红外反射层、TiN+AIN组成的双陶瓷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，并且由于采用双陶瓷结构的干涉吸收层，具有良好的中高温热稳定性。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Ti\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 本专利技术提供一种具有TiN和AlN的双陶瓷结构高温太阳能选择性吸收涂层的剖面示意图；图2 本专利技术提供一种具有TiN和AlN的双陶瓷结构高温太阳能选择性吸收涂层的制备方法流程图。 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。本专利技术提供一种具有TiN和AlN的双陶瓷结构高温太阳能选择性吸收涂层，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Cu膜或者Ag膜组成，位于基体表面，厚度为50 250nm ；第二层吸收层包括两个亚层结构，两个亚层均为TiN+AIN膜，第一亚层和第二亚层的厚度均为 50 lOOnm，第一亚层和第二亚层的厚度可以相等也可以不相等；第一亚层中TiN的体积百分比为30 50%，其余为AlN ；第二亚层中TiN的体积百分比为10 30%，其余为AlN ；； 第三层减反射层为Al2O3膜，厚度为20 60nm。本专利技术提供一种具有TiN和AlN的双陶瓷结构高温太阳能选择性吸收涂层的制备方法，如图2所示，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；采用纯金属靶直流或中频磁控溅射方法，纯金属靶为Cu靶或Ag靶(纯度均为 99. 99% )，以Ar气作为溅射气体制备，基体采用高速钢。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3X 10—1 4X IO-1Pa15开启纯金属本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种具有ＴｉＮ和ＡｌＮ的双陶瓷结构高温太阳能选择性吸收涂层，其特征在于：所述的涂层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Ｃｕ膜或者Ａｇ膜组成，位于基体表面，厚度为５０～２５０ｎｍ；第二层吸收层包括两个亚层结构，两个亚层均为ＴｉＮ＋ＡｌＮ膜，第一亚层和第二亚层的厚度均为５０～１００ｎｍ，第一亚层和第二亚层的厚度可以相等或不相等；第一亚层中ＴｉＮ的体积百分比为３０～５０％，其余为ＡｌＮ；第二亚层中ＴｉＮ的体积百分比为１０～３０％，其余为ＡｌＮ；；第三层减反射层为Ａｌ２Ｏ３膜，厚度为２０～６０ｎｍ。
【技术特征摘要】
1.一种具有TiN和AlN的双陶瓷结构高温太阳能选择性吸收涂层，其特征在于所述的涂层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Cu膜或者Ag膜组成，位于基体表面，厚度为50 250nm ；第二层吸收层包括两个亚层结构，两个亚层均为TiN+AIN膜，第一亚层和第二亚层的厚度均为50 lOOnm，第一亚层和第二亚层的厚度可以相等或不相等；第一亚层中TiN的体积百分比为 30 50%，其余为AlN ；第二亚层中TiN的体积百分比为10 30%，其余为AlN ；；第三层减反射层为Al2O3膜，厚度为20 60nm。2.根据权利要求1所述的一种具有TiN和AlN的双陶瓷结构高温太阳能选择性吸收涂层，其特征在于所述的涂层在大气质量因子AMI. 5条件下，其吸收率为95. 6%，法向发射率为0. 07。3.根据权利要求1所述的一种具有TiN和AlN的双陶瓷结构高温太阳能选择性吸收涂层，其特征在于所述的涂层在2X10_2I^真空度下，经350°C真空退火1小时后，其吸收率为95.6%，法向发射率为0. 07。4.根据权利要求1所述的一种具有TiN和AlN的双陶瓷结构高温太阳能选择性吸收涂层，其特征在于所述的涂层在2X10’a真空度下，经500°C真空退火1小时后，其吸收率为95. 3%，法向发射率为0. 07。5.一种权利要求1所述的具有TiN和AlN的双陶瓷结构高温太阳能选择性吸收涂层的制备方法，其特征在于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；采用纯金属靶直流或中频磁控溅射方法，纯金属靶为Cu靶或Ag靶，以Ar气作为溅射气体制备，基体采用高速钢...
【专利技术属性】
技术研发人员：范兵，陈步亮，罗颖，孙志方，
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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