[发明专利]一种全陶瓷基高温太阳能吸收涂层及其制备方法

说明书

本发明涉及一种全陶瓷基高温太阳能吸收涂层，该涂层由抛光不锈钢片构成的吸热体基底、TiN构成的红外反射层、MoNbTaVWN构成的主吸收层、MoNbTaVWNO构成的次吸收层和Al₂O₃构成的减反射层组成。主吸收层是指采用等摩尔比的金属Mo、Nb、Ta、V、W通过熔炼法制备的MoNbTaVW高熵合金的氮化物；次吸收层是指采用等摩尔比的金属Mo、Nb、Ta、V、W通过熔炼法制备的MoNbTaVW高熵合金的氮氧化物。本发明还公开了该涂层的制备方法。本发明制备工艺简单、成本较低，所制备的涂层在大气质量因子AM1.5条件下，吸收率≥0.93，发射率≤0.08，且在空气600℃具有良好的热稳定性能，适用于槽式太阳能光热发电领域。

技术领域

本发明涉及高温太阳能吸收涂层技术领域，尤其涉及一种全陶瓷基高温太阳能吸收涂层及其制备方法。

背景技术

高温太阳能吸收涂层是光热发电将太阳能转化为热能的核心材料，其一般要求该涂层在太阳光谱紫外-可见-近红外波段具有高的吸收，在中远红外波段具有低的发射率，并具有良好的热稳定性能。高温太阳能吸收涂层性能对实现高的光热转换效率及电站收益起着至关重要的作用。高温太阳能吸收涂层同样在重质油开采、海水淡化、清洁供暖等领域具有重要的应用价值。

在现有的吸收涂层发展技术中，科研人员普遍采用一种难熔金属粒子团簇与陶瓷介质复合构成金属陶瓷层，难熔金属粒子团簇在高温下容易发生氧化和扩散等，从而造成吸收涂层长期在高温下服役其光学性能下降，甚至失效。红外反射层是太阳能吸收涂层膜系结构的重要组成部分，其一般为金属W或Mo。然而，在高温工况下，金属W或Mo自身的氧化扩散及不锈钢中某些元素的扩散，会导致涂层结构破坏及性能衰减。

高熵合金一般被定义为由五个或五个以上的元素组元，每种组元的含量在5%到35%之间，按照等原子比或接近于等原子比合金化，其混合熵高于合金的熔化熵，一般形成高熵固溶体的一类合金。简言之，在五元合金相图中，在中间位置存在固溶体相区，这种固溶体目前认为是混合熵稳定的固溶体。已经报道的典型合金有：叶均蔚等发现的以CoCrCuFeNi为代表的面心立方固溶体结构的合金；张勇等发现的以A1CoCrFeNi 为代表的体心立方固溶体结构的合金。

由于高熵合金从设计理念就与传统合金不同，选择等原子比或近似等原子比的多个元素为主元，因此决定了高熵合金与传统合金有不同的特点。高熵合金具有单一的晶体结构；高熵合金在铸态和完全回火态会析出纳米相结构甚至非晶质结构；热力学相对稳定性；固溶强化机制显著；高熵合金具有较高的热稳定性以及抗高温氧化的能力；高熵合金具有较高的耐腐蚀性。因此，基于高熵合金优异的特性，将其应用于高温太阳能吸收涂层具有重要的学术价值和应用价值。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种全陶瓷基高温太阳能吸收涂层。

本发明所要解决的另一个技术问题是提供该全陶瓷基高温太阳能吸收涂层的制备方法。

为解决上述问题，本发明所述的一种全陶瓷基高温太阳能吸收涂层，其特征在于：该涂层由抛光不锈钢片构成的吸热体基底、TiN构成的红外反射层、MoNbTaVWN构成的主吸收层、MoNbTaVWNO构成的次吸收层和Al₂O₃构成的减反射层组成；所述主吸收层是指采用等摩尔比的金属Mo、Nb、Ta、V、W通过熔炼法制备的MoNbTaVW高熵合金的氮化物；所述次吸收层是指采用等摩尔比的金属Mo、Nb、Ta、V、W通过熔炼法制备的MoNbTaVW高熵合金的氮氧化物。

所述吸热体基底的粗糙度值为0.5~3 nm。

所述红外反射层的厚度为120~250 nm。

所述主吸收层的厚度为45~89 nm。

所述次吸收层的厚度为45~85 nm。

所述减反射层的厚度为50~120nm。