[发明专利]一种高性能光热转化多基元合金氮化物薄膜及其制备方法

摘要

一种高性能光热转化多基元合金氮化物薄膜及其制备方法，采用粉末冶金法和真空电弧熔炼法成功制备出多基元合金溅射靶材，并采用真空磁控溅射镀膜工艺通过改变溅射时间和工作气压制备出不同厚度的多基元合金氮化物薄膜，为太阳能光谱选择吸收涂层提供新材料。太阳能选择吸收涂层典型结构红外反射层、双吸收层、减反层三明治结构，该涂层具有更高的吸收率和热稳定性。本发明在抛光的不锈钢基体上溅镀单层多基元合金氮化物薄膜，经检测单层多基元合金氮化物薄膜在太阳能光谱范围较其他单层光热转化薄膜具有更高的吸收率为79.82％，且获得的多基元合金氮化物薄膜厚度均匀，与基体具有良好结合能力和耐高温性能。本发明适用于高温真空集热管，在太阳能光热领域具有广阔的应用前景。

主权项

一种NbTiAlSi四元高熵合金氮化物陶瓷薄膜的制备方法，其特征在于：首先，采用粉末冶金法制备NbTiAlSi四元高熵合金靶材；其次，采用真空磁控溅射镀膜工艺，充入工作气体氩气Ar和反应气体N2，通过改变工作气压和溅射时间来获得均匀的不同厚度的NbTiAlSi四元高熵合金氮化物陶瓷薄膜；NbTiAlSi四元高熵合金靶材组成成分为Al、Si及过渡金属元素Nb、Ti，按1:1:1:1等摩尔比配制；所述的NbTiAlSi四元高熵合金氮化物陶瓷薄膜厚度为120～420nm；具体包括以下步骤：步骤一：将石英玻璃片和抛光的不锈钢基体依次放入酒精、去离子水中分别超声清洗；用酒精、去离子水超声清洗时间分别为10～20min，反复清洗2～3次，超声功率为80～100W；步骤二：将清洗好的基体烘干放入真空腔对应的样品台上，制备的NbTiAlSi四元高熵合金靶材放置在真空腔蒸发源上连接直流电源；蒸发源与样品台工作距离为60～80mm；步骤三：关闭磁控溅射真空腔体，当真空度低于1.0×10‑3Pa时，充入高纯氩气Ar反应气体氮气N2；工作方式是：打开机械泵、预抽阀和机械泵角阀，通过机械泵将真空室气压抽至5.0Pa以下，关闭机械泵角阀和预抽阀，打开前级阀和分子泵，至分子泵转速超过100L/s时，打开分子泵闸板阀开始抽高真空，利用分子泵将气压抽至低于1.0×10‑3Pa；步骤四：调节闸板阀和充入气体流速调节工作气压0.2～1.0Pa，预溅射5～15min以去除靶材表面污染物；步骤五：转动样品台，开始镀膜溅射，溅射时间为10～45min，最终得到NbTiAlSi四元高熵合金氮化物陶瓷薄膜；粉末冶金法制备NbTiAlSi四元高熵合金靶材的方法是：根据设计成分将摩尔比换算成质量比分别称取各金属元素的粉末；将各金属元素的粉末按等原子比研磨混合均匀，热等静压成形烧结获得所需的溅射靶材。