[发明专利]金属陶瓷复合光谱选择性吸收涂层及其制备方法

说明书

本发明公开了一种金属陶瓷复合光谱选择性吸收涂层及其制备方法，自覆膜基底至表面依次包括红外反射层、吸收层和减反射层，红外反射层为金属铝溅射沉积层，吸收层为铝氮+钛氮的溅射沉积层，减反射层为铝氮溅射沉积层。本发明的吸收涂层涉及的元素种类少，制备过程的靶材仅涉及铝靶、钛钯，工作气体仅涉及氩气和氮气，因此制备工艺简单，操作简单，涂层中各层的组分控制更精确；经实测，在1235铝合金基底上吸收涂层的吸收率达94%，发射率为7%。

技术领域

本发明涉及一种太阳光谱选择性吸收涂层，具体涉及一种金属陶瓷复合光谱选择性吸收涂层及其制备方法。

背景技术

太阳能作为一种新型能源，正在人类活动中扮演越来越重要的角色。目前在我国，太阳能最主要的利用方式是将太阳辐射直接转换成热能，即通过太阳能集热器(一般分为平板集热器和真空管集热器)实现光-热转换。对于任何一种太阳能集热器，太阳光谱选择性吸收涂层是最主要的部分，因为集热器的集热效率与吸收涂层的吸收能力有着强烈的依赖关系。太阳光谱选择性吸收涂层在太阳辐射光谱中的可见-近红外波长范围内具有高的吸收能力，对红外波长辐射有低的发射率（高的吸收比）。太阳光谱选择性吸收涂层由三个主要部分组成：红外高反射层、吸收层和减反射层。

金属-电介质复合型太阳光谱选择性吸收涂层也称金属陶瓷（Cermet），是将金属纳米颗粒填充到电介质或陶瓷基材中形成的新型复合材料。纯金属具有较高的导电性和光学反射率；纯电介质具有较大的禁带宽度，光吸收性率较低。金属与电介质复合形成的金属陶瓷，其光学性能介于金属和电介质之间；金属粒子对金属陶瓷的结构和性能起决定性作用，不同金属体积分数、厚度的金属陶瓷具有迥异的光学和力学性能。总之，金属陶瓷材料具有制备方便、成分可控及光热转换效率高等优异性能，作为光谱选择性吸收涂层被广泛应用。

为了更好的推广太阳能集热器，开发一种具有优异机械性能和高吸收率、低发射率的新型金属陶瓷复合光谱选择性吸收涂层对于工业应用具有重要意义。

中国专利文献CN 1169999C（申请号 01138135.3）公开了一种太阳光谱选择性吸收涂层，包括基体、反射层，吸收层，减反射层。基体材料为玻璃或光亮金属；反射层为钛+铝膜；所述吸收层是以钛及合金铝为阴极在氮气、空气、氮气+氧气气氛中溅射而成的铝氮+钛氮-铝钛[( AlN+TiN)- AlTi]膜及铝氮氧+钛氮氧-铝钛[( AlNO+TiNO)- AlTi]膜；所述的减反射 层为铝氮+钛氮( AlN+TiN)膜及铝氮氧+钛氮氧( AlNO+TiNO)膜。该发明制备的太阳光谱选择性吸收涂层在大气状态下经350℃，250小时，或400℃，50小 时，或450℃，80小时烘烤后，其太阳吸收比α都可达0.93以上，发射率ε＝0.06 ~ 0.10(80℃)。

中国专利文献CN 101793437B（申请号 200910244289.0）公开了一种多用途太阳光谱选择性吸收涂层及其制备方法，自基体至表面依次为：第一层红外高反射层，材料为铜或铝；第二层吸收层，包括第一吸收层和第二吸收层，其中第一吸收层 的材料是钛氮氧，第二吸收层的材料为钛铝氮氧；第三层减反射层，包括第一独立减反射层、第二独立减反射层和第三独立减反射层，第一独立减反射层的材料为氮化铝 AlN，第二独立减反射层的材料为铝氮氧 AlNO， 第三独立减反射层的材料为氧化铝 Al2O3。该专利的吸收涂层的吸收比大于0.93，并实现0.04的发射率。该专利中的薄膜属于“金属-陶瓷”类型选择性吸收膜系，热稳定性较好、光学性能略优，但是导热率较低、耐蚀性能较差、薄膜有效寿命较短；另外加工工艺较复杂，涉及了三个靶，三种气源，由6层结构组成，多层结构可能会导致工艺窗口窄、膜基结合力较差、薄膜内应力较大的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种吸收率高、工艺简单的金属陶瓷复合光谱选择性吸收涂层及其制备方法。