CN101854131B - 一种耐高温的选择性太阳能吸收膜及其制备方法 - Google Patents

一种耐高温的选择性太阳能吸收膜及其制备方法 Download PDF

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Abstract

一种耐高温的选择性太阳能吸收膜，其特征在于：其由透明搪瓷母体和超细金属颗粒按一定比例组成；其中：超细金属颗粒具体为以下几种之一或其组合：镍基合金、铁基合金、镍、铁、铬、铝、锌、钨、钼。由本发明得到的选择性太阳能吸收膜为具有微孔结构的金属/搪瓷复合薄膜，其耐热温度达到600℃以上，太阳能吸收率达到95％及以上，红外辐射率小于5％，并具有良好的耐大气腐蚀性能。所述的制造方法可适合于批量自动化生产，可将所述吸收膜涂覆在管内壁、外壁、平板表面、规则曲面体表面等规则表面和不规则表面上。本发明具有可预见的巨大的经济价值和社会价值。

Description

一种耐高温的选择性太阳能吸收膜及其制备方法
技术领域
本发明涉及耐高温太阳能吸热膜技术领域，其特别提供了一种耐高温的选择性太阳能吸收膜及其制备方法。
背景技术
聚焦式太阳能热发电技术是目前发电成本最低的太阳能发电技术，其关键材料技术包括吸热膜、反射板和储热介质。先进的吸热膜应具有高太阳能谱吸收率、低红外发射率和良好的耐高温性能。目前采用的吸热膜包括本征吸热膜、串联半导体/金属膜、多层膜、金属/介质复合膜、粗糙表面膜(黑体+选择性透明膜)等几种类型。本征吸热膜所用材料本身具有太阳能谱选择性吸收特性。串联半导体/金属膜在短波段有良好的吸收率，因含金属层其热发射率也较低。多层膜利用层间多重反射效应提高吸收率。金属/介质复合膜(也被称为金属陶瓷膜)由陶瓷和弥散分布的超细金属颗粒组成。粗糙表面膜利用表面的针状、树枝状或多孔结构的多重反射效应提高吸收率。
进一步降低聚焦式太阳能热发电成本的方法之一是使吸收板的温度从目前的400℃提高到500℃以上。目前所用的各种太阳能吸收膜超过400℃都面临严重的功能退化问题。研究表明，功能退化的主要原因是当温度超过400℃后膜材料发生了氧化，膜逐渐变成了氧化物后失去了吸收太阳辐射的作用。例如电镀黑铬膜(铬/氧化铬复合膜)在400℃可长期保持95％以上的吸收率，在500℃时经过24小时后吸收率就降低到50％以下，其原因是在500℃时氧在氧化铬晶界的扩散速率较高，氧通过晶界扩散可快速氧化膜中的金属铬微粒。
人们渴望获得一种技术效果更好的耐高温太阳能吸热膜及其制备方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种耐高温的选择性太阳能吸收膜及其制备方法，本发明适用于各种太阳能热利用装置的吸收膜，特别是聚焦式太阳能热发电技术中的耐高温太阳能吸热膜。
一种耐高温的选择性太阳能吸收膜，其特征在于：其由透明搪瓷母体和超细金属颗粒按一定比例组成；其中：。
超细金属颗粒具体为以下几种之一或其组合：镍基合金、铁基合金、镍、铁、铬、铝、锌、钨、钼。
本发明所述耐高温的选择性太阳能吸收膜中，对透明搪瓷的要求是：软化温度大于等于700℃，可见光透过率大于等于80％。
所述耐高温的选择性太阳能吸收膜的要求如下：
50％以上超细金属颗粒的尺寸不大于0.01mm；
透明搪瓷所占的体积分数为60％～95％，超细金属颗粒所占的体积分数为5％～40％。
具体而言，所述耐高温的选择性太阳能吸收膜的制备方法依次为：粉末制备、粉层涂覆、高温处理三道工序；其中：
所述粉末制备工序的具体要求是：将金属粉末和搪瓷粉末放入球磨罐内，加入无水乙醇使粉末充分湿润，然后进行球磨处理。
具体而言，粉末制备过程依次为：根据透明搪瓷和超细金属颗粒的密度及其二者的体积分数，计算出所需要的透明搪瓷和超细金属颗粒的质量；计算出透明搪瓷和超细金属颗粒的质量比，称量出二者的粉末，放入刚玉或其他耐磨性好的球磨罐内；在球磨罐内加入耐磨球和无水乙醇；球磨50～200小时。
所述耐高温的选择性太阳能吸收膜的制备方法中，粉层涂覆工序的具体方式为以下几种之一或其组合：常温静电喷涂、空气喷涂、无气喷涂、浸挂、灌流挂、涂刷。
所述高温处理工序的要求是：使涂覆粉层的零件在800～1000℃保温5～30min进行处理。
优选的要求中，所述耐高温的选择性太阳能吸收膜的制备方法中，球磨50～200h。
由本发明得到的选择性太阳能吸收膜为具有微孔结构的金属/搪瓷复合薄膜，其耐热温度达到600℃以上，太阳能吸收率达到95％及以上，红外辐射率小于5％，并具有良好的耐大气腐蚀性能。所述的制造方法可适合于批量自动化生产，可将所述吸收膜涂覆在管内壁、外壁、平板表面、规则曲面体表面等规则表面和不规则表面上。
本发明所述金属搪瓷薄膜的典型应用是聚焦式太阳能热发电技术中的太阳能吸热膜，其长期使用温度比传统的黑铬吸热膜提高200℃以上。
本发明利用了搪瓷的良好化学稳定性和无定型态结构，可在600℃及以下温度对完全包裹在其中的超细金属颗粒予以良好的抗氧化保护作用。本发明具有可预见的巨大的经济价值和社会价值。
附图说明
下面结合附图及实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1为耐高温的选择性太阳能吸收膜微观结构示意图；
图2为耐高温的选择性太阳能吸收膜显微照片；
图3耐高温的选择性太阳能吸收膜(搪瓷+NiCrAlY)实物照片。
具体实施方式
实施例1
称取搪瓷粉的95g，NiCrAlY粉5g，酒精50g，加入玛瑙球磨罐内，球磨100h，用空气喷涂方法喷涂到不锈钢平板表面，然后在升温至950℃的马弗炉中保温10min，吸收膜的剖面显微结构形貌如图2所示，宏观照片如图3所示。测量其600℃氧化增重为0.0001mg/cm2.h，太阳能吸收率达到98％，红外辐射率1％。
实施例2
称取搪瓷粉的90g，304不锈钢粉10g，酒精50g，加入玛瑙球磨罐内，球磨100h，用静电喷涂方法喷涂到不锈钢平板表面，然后在升温至800℃的马弗炉中保温30min，测量其600℃氧化增重为0.0001mg/cm2.h，太阳能吸收率达到95％，红外辐射率4％。
实施例3
称取搪瓷粉的85g，铬粉15g，酒精80g，加入玛瑙球磨罐内，球磨200h，用无气喷涂方法喷涂到不锈钢管外表面，然后在升温至850℃的马弗炉中保温20min，测量其600℃氧化增重为0.0001mg/cm2.h，太阳能吸收率达到96％，红外辐射率4％。
实施例4
称取搪瓷粉的96g，铝粉4g，酒精150g，加入玛瑙球磨罐内，球磨50h，涂刷到不锈钢平板表面，然后在升温至810℃的马弗炉中保温20min，测量其600℃氧化增重为0.0001mg/cm2.h，太阳能吸收率达到97％，红外辐射率1％。
实施例5
称取搪瓷粉的85g，锌粉15g，酒精80g，加入玛瑙球磨罐内，球磨50h，用无气喷涂方法喷涂到不锈钢平板表面，然后在升温至850℃的马弗炉中保温20min，测量其600℃氧化增重为0.0001mg/cm2.h，太阳能吸收率达到96％，红外辐射率4％。
实施例6
称取搪瓷粉的93g，铁粉7g，酒精150g，加入玛瑙球磨罐内，球磨80h，涂刷到不锈钢不规则表面，然后在升温至810℃的马弗炉中保温20min，测量其600℃氧化增重为0.0005mg/cm2.h，太阳能吸收率达到97％，红外辐射率1％。
实施例7
称取搪瓷粉的96g，镍粉4g，酒精150g，加入玛瑙球磨罐内，球磨100h，浸涂到不锈钢平板表面，然后在升温至850℃的马弗炉中保温20min，测量其600℃氧化增重为0.0001mg/cm2.h，太阳能吸收率达到99％，红外辐射率1％。
实施例8
称取搪瓷粉的65g，钨粉35g，酒精80g，加入玛瑙球磨罐内，球磨200h，用流灌挂方法涂到石英管内表面，然后在升温至950℃的马弗炉中保温20min，测量其800℃氧化增重为0.0001mg/cm2.h，太阳能吸收率达到96％，红外辐射率4％。
实施例9
称取搪瓷粉的80g，钼粉20g，酒精150g，加入玛瑙球磨罐内，球磨180h，静电喷涂到不锈钢平板表面，然后在升温至890℃的马弗炉中保温20min，测量其600℃氧化增重为0.0001mg/cm2.h，太阳能吸收率达到95％，红外辐射率5％。

Claims (5)

1.一种耐高温的选择性太阳能吸收膜，其特征在于：其由透明搪瓷母体和超细金属颗粒按一定比例组成；其中：超细金属颗粒具体为以下几种之一或其组合：镍基合金、铁基合金、镍、铁、铬、铝、锌、钨、钼；
对透明搪瓷的要求是：软化温度大于等于700℃，可见光透过率大于等于80％，
所述耐高温的选择性太阳能吸收膜的要求如下：
50％以上超细金属颗粒的尺寸不大于0.01mm；
透明搪瓷所占的体积分数为60％～95％，超细金属颗粒所占的体积分数为5％～40％。
2.权利要求1所述耐高温的选择性太阳能吸收膜的制备方法，其特征在于：所述耐高温的选择性太阳能吸收膜的制备方法依次为：粉末制备、粉层涂覆、高温处理三道工序；其中：
所述粉末制备工序的具体要求是：将金属粉末和搪瓷粉末放入球磨罐内，加入无水乙醇使粉末充分湿润，然后进行球磨处理。
3.按照权利要求2所述耐高温的选择性太阳能吸收膜的制备方法，其特征在于：所述耐高温的选择性太阳能吸收膜的制备方法中，
粉层涂覆工序的具体方式为以下几种之一：常温静电喷涂、空气喷涂、无气喷涂、浸挂、灌流挂、涂刷。
4.按照权利要求3所述耐高温的选择性太阳能吸收膜的制备方法，其特征在于：所述耐高温的选择性太阳能吸收膜的制备方法中，
所述高温处理工序的要求是：使涂覆粉层的零件在800～1000℃保温 5～30min进行处理。
5.按照权利要求3～4其中之一所述耐高温的选择性太阳能吸收膜的制备方法，其特征在于：所述耐高温的选择性太阳能吸收膜的制备方法中，球磨50～200h。 
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