CN101864561B

CN101864561B - 罩玻璃管内壁减反射涂层的成形工艺

Info

Publication number: CN101864561B
Application number: CN2010101915870A
Authority: CN
Inventors: 李业博; 刘希杰; 张化明; 杜勇; 裴圣盟
Original assignee: SHANDONG LINUO NEW MATERIAL CO Ltd
Current assignee: SHANDONG LINUO NEW MATERIAL CO Ltd
Priority date: 2010-06-04
Filing date: 2010-06-04
Publication date: 2011-11-16
Anticipated expiration: 2030-06-04
Also published as: CN101864561A

Abstract

本发明公开了一种罩玻璃管内壁减反射涂层的成形工艺，其包括以下步骤：清洗；烘干；抽真空；充反应气；当开始充填反应气至反应气流量达到下限流量时开启无极高频放电线圈离化反应气，电流2.3~2.7A，电压3.4~3.8kV，同时控制该线圈沿罩玻璃管轴向匀速移动，并通过透射比测量装置检测罩玻璃管的透射比，若透射比的增加达到预定值，则当前罩玻璃管增透完成；取出当前罩玻璃管，进行下一支罩玻璃管的增透。依据本发明技术方案的成形工艺，以在所获得涂层满足较高的透射率的情况下提高罩玻璃管的机械强度。

Description

罩玻璃管内壁减反射涂层的成形工艺

技术领域

本发明涉及一种罩玻璃管内壁减反射涂层的成形工艺，属于太阳能集热管涂层处理技术领域。

背景技术

众所周知，真空太阳集热管的集热效率不仅取决于内管太阳吸收比，而且也取决于罩玻璃圆管太阳透射比。目前全玻璃真空太阳集热管普遍采用的玻璃为高硼硅3.3玻璃，其太阳透射比约89％，可见通过提高罩玻璃管的太阳透射比而获得更大的光热转换效率具有较大的潜力。随着中高温应用的提出，直接应用于太阳能空调、海水淡化、工业用热、农业烘干以及光热发电等领域的中高温集热管的推广，罩玻璃管增透技术变得更加重要。

目前市场上平板增透技术比较成熟，主要有溶胶-凝胶法、酸腐蚀法、磁控溅射法、等离子增强化学气相沉积法等。综合分析以上几种增透的技术：溶胶-凝胶法在外壁的增透涂层受使用环境的影响较大，衰减率较高；酸腐蚀法则由于化学反应控制比较困难，每批的产品质量很难保证一致性；磁控溅射法不适合圆管内壁的涂层。

结合罩玻璃圆管的生产特点，中国第2008102378349号发明专利申请公开了一种基于离子增强化学气相沉积法制备太阳能集热管增透涂层的方法。该方法仅开拓性的引入离子增强化学气相沉积，没有对该方法作深入的剖析，工艺参数的选择仅存在质的选择，量的选择还不够具体，本领域的技术人员在面对具体问题时仍然需要付出较大的创造性劳动才能够获取合适的技术效果。

发明内容

因此，本发明在中国第2008102378349号发明专利申请的基础上提出一种罩玻璃管内壁减反射涂层的成形工艺，以在所获得涂层满足较高的透射率的情况下提高罩玻璃管的机械强度。

本发明采用以下技术方案：

该发明罩玻璃管内壁减反射涂层的成形工艺，其包括以下步骤：

1)清洗：清洗罩玻璃管内壁，表面无油污，之后再用去离子水冲洗罩玻璃管内壁；

2)烘干：将罩玻璃管充分烘干；

3)抽真空：将罩玻璃管连接于真空系统，并在罩玻璃管上套上无极环形高频放电线圈，之后对罩玻璃管抽真空至预定真空度；

4)充反应气：向罩玻璃管的内腔充填六甲基二硅氧烷和氧气，稳定流量前者为18～22sccm，后者为0.28～0.32slm；

5)当开始充填反应气至反应气流量达到下限流量时开启无极高频放电线圈离化反应气，电流2.3～2.7A，电压3.4～3.8kV，同时控制该线圈沿罩玻璃管轴向匀速移动，并通过透射比测量装置检测罩玻璃管的透射比，若透射比的增加达到预定值，则当前罩玻璃管增透完成；

6)取出当前罩玻璃管，进行下一支罩玻璃管的增透。

依据本发明技术方案的罩玻璃管内壁减反射涂层的成形工艺引入减反射膜沉积原理，该原理《功能材料与器件学报》第14卷第1期中“PECVD淀积SiO₂的应用”详细介绍等离子增强化学气相沉积原理(PECVD)，由于硼硅玻璃的主要成分或者主要成分之一也是二氧化硅，二氧化硅的沉积有助于修复罩玻璃管表面的微裂纹，据试验验证，通过本工艺处理的罩玻璃管，在满足了沉积减反射涂层的条件下，提高罩玻璃管的抗机械冲击强度1~3倍，使罩玻璃管的机械性能大大提高。

关于无极高频放电线圈的放电时机，通过长期的研究发现，在反应气充入初期，气流不稳定，速度也偏快，且分布不均匀，当反应气恰好达到下限流量值，开启预定电流和电压的无极高频放电线圈使反应气维持在一个相对动态平衡的状态，使其流量基本稳定在选定的范围内，从而，保证了所镀制涂层的均匀性和同规格罩玻璃管减反射涂层的一致性。

某一对象透射率(也叫透射比)的动态考察是目前成熟的技术，本方案引用之，主要目的在于动态的考察罩玻璃管在镀制减反射涂层时透射率，当然，本方案的基本目的是减反射涂层的均匀性，不可能一点达到要求即停止处理，此处本领域的技术人员也容易想到一种做法是动态扫描一点。放电线圈适时开启放电，匀速运行到终了位置时停止放电后返回，若达到透射率要求，则结束当前罩玻璃管减反射涂层的制作。这里重点说明的是预定透射率的引入，发明人认为在透射率增加到一定程度之后再想增加透射率是非常困难的，制作成本大大提高，因此，必须设定一个预定的透射率作参考值，以提高效费比。

关于罩玻璃管的先期处理，需要用去离子水清洗干净才能够保证减反射涂层的附着力，使其使用寿命延长。烘干亦是必要的，防止水蒸气影响抽真空的效果，尤其是高真空(规范上指真空度在1×10^-3到1×10^-6毫米汞柱为高真空)条件下的抽真空效果。

上述成形工艺，所述选定波长的光的波长为550nm。

上述成形工艺，所述步骤5)采用以罩玻璃管的轴线为对称轴线对称地设置卤素灯光源和光照度计形成所述透射比测量装置。

上述成形工艺，所述步骤2)所示的烘干是将罩玻璃管置于烘箱中于120℃的高温下烘干30分钟。

上述成形工艺，所述预定真空度为1×10^-3Pa。

上述成形工艺，还包括设定无极高频放电线圈行走速度的步骤：在反应气设定流量和无极高频放电线圈设定电磁参数条件下，无极高频放电线圈往复一次即恰好达到透射比增加到预定值的行走速度，设定为当前罩玻璃管同规格玻璃管的无极高频放电线圈的行走速度。

上述成形工艺，还包括判断所述行走速度合理性的步骤：若所述行走速度小于20mm/s，调整反应气的设定流量以对行走速度再行设定，直至行走速度达到20mm/s。

所述六甲基二硅氧烷的存储条件为无阳光直射，容器选用棕色玻璃瓶，并单独将该棕色玻璃瓶固定于小室内。

所述无极环形高频放电线圈的放电频率优选200kHz。

所述无极环形高频放电线圈采用去离子水冷却。

附图说明

图1为罩玻璃管横截面图结构示意图。

图中：1、罩玻璃管管体，2、减反射涂层，3、内腔。

具体实施方式

一种罩玻璃管内壁减反射涂层的成形工艺，其包括以下步骤：

2)烘干：将罩玻璃管充分烘干；

3)抽真空：将罩玻璃管连接于真空系统，并在罩玻璃管上套上无极环形高频放电线圈，该线圈通过控制装置控制以沿罩玻璃管的轴向匀速移动；之后对罩玻璃管抽真空至预定真空度；

4)充反应气：向罩玻璃管的内腔3充填六甲基二硅氧烷和氧气，稳定流量前者为18～22sccm，后者为0.28～0.32slm。

5)当开始充填反应气至反应气流量达到下限流量值时开启无极高频放电线圈离化反应气，电流2.3～2.7A，电压3.4～3.8kV，并通过透射比测量装置检测罩玻璃管的透射比，若透射比的增加达到预定值，则当前罩玻璃管增透完成；

6)取出当前罩玻璃管，进行下一支罩玻璃管的增透。

涂层固化后对其增透性能影响的研究：通过大量实验来验证增透涂层在高温排气的过程中性质是否发生变化，是否对内管涂层造成影响。其中夹层真空度反应了集热管真空寿命的长短；内管吸收比为单位太阳辐射吸收的比例；内管发射比为单位太阳辐射发射的比例。采用GB/T17049-2005的测试方法进行测试。

将减反射罩玻璃圆管做成集热管进行排气试验：

实验条件	升温阶段室温-380°	保温阶段380°	降温阶段380°-室温	真空度Pa
					数据	20分钟	60分钟	20分钟	6*10-3

试验后与不带增透膜的集热管各项性能进行对比如下表：

项目	夹层真空度	内管吸收比	内管发射比	太阳透射比
					带增透	6.0*10^-2pa	0.935	0.051	0.943
普通管	6.2*10^-2pa	0.933	0.049	0.892

通过实验对比发现带减反射涂层的集热管的各项性能均没有恶化，故可以证明该减反射膜层对集热管性能没有影响。

我们设想采用单层或多层SiO₂光谱选择性减反射膜系来实现对300-2500nm太阳辐射光的高透过率，如果膜层对该波段的中心波长具有零反射，那么可以认为该膜层是处于一种理想的状况，优选地，所述选定波长的光的波长为550nm，基本上满足队上述波段的较高的透过率。

另外需要注意，反映气的流量在本方案中在一定程度上可以认为是工艺过程中的动态流量，当然动态幅度不会那么大。这里主要把它作为一个调整以选定波长为对象的参数，具体的，当选定波长为550nm，那么理想的反应气流量为：六甲基硅二氧烷20sccm，氧气0.3slm；若选定波长为500nm，则对应反应气理想流量为六甲基硅二氧烷18sccm，氧气0.28slm；若选定波长为600nm，则六甲基硅二氧烷22sccm，氧气0.32slm，对于后者，建议最好不要采用，一个是选定波长并非理想波长，再就是成本偏高。

关于反应气的两种气体的充填顺序，理想状态下，应当先连通六甲基硅氧烷通气，然后马上通氧气，时间间隔控制在0.1~0.5s，以提高充气的安全性。

优选地，所述步骤5)透射比的增加所达到的预定值为5％，根据当前罩玻璃管的材质的折射率，选定该预定值是基于本方案的成型工艺具有较高的效费比。

所述步骤5)采用以罩玻璃管的轴线为对称轴线对称地设置卤素灯光源和光照度计形成所述透射比测量装置。

关于透射率提高值的测量，由于生产设备与专业检测设备的差异，故本方法很难做到同专业检测透过率的方法一致，该发明人想到利用卤素灯光源及测量光强度的光照度计模拟测量透射率的提高值。光源的照射路径正好通过罩玻璃管，在放入罩玻璃管前，光源的强度被测定为I₀，放入罩玻璃管及涂层完成后，光源强度被测定为I₁、I₂，经计算得到透射率提高值，后经分光光度计测量后对系数进行校定，保证了数据的正确性。

优选地，所述步骤2)所示的烘干是将罩玻璃管置于烘箱中于120℃的高温下烘干30分钟，似乎本领域的技术人员认为此处所选择的烘干温度和烘干时间都偏保守，但该选定的温度和时间是经过重复试验得出的，若时间太短或者温度偏低，很难蒸散掉多余的水，玻璃管上仍然会有少量吸附，影像抽真空效果。

进一步地，所述预定真空度为1×10^-3Pa，甚至来说，这应当是一个下限值，当然，比这再高的真空度需要对真空系统有更高的要求，成本偏高，不实用，偏低也不能达到所需要的技术效果。

本方案还包括设定无极高频放电线圈行走速度的步骤：在反应气设定流量和无极高频放电线圈设定电磁参数条件下，无极高频放电线圈往复一次即恰好达到透射比增加到预定值的行走速度，设定为当前罩玻璃管同规格玻璃管的无极高频放电线圈的行走速度，满足正常的使用要求和放电线圈的行程控制。

进一步地，为了提高效费比，本方案还包括判断所述行走速度合理性的步骤：若所述行走速度小于20mm/s，调整反应气的设定流量以对行走速度再行设定，直至行走速度达到20mm/s。

优选地，所述六甲基二硅氧烷的存储条件为无阳光直射，容器选用棕色玻璃瓶，并单独将该棕色玻璃瓶固定于小室内，以保证使用的安全性。

优选地，所述无极环形高频放电线圈的放电频率优选200kHz。

所述无极环形高频放电线圈采用去离子水冷却，以提高使用的安全性和效果的良好性。

Claims

1.一种罩玻璃管内壁减反射涂层的成形工艺，其特征在于其包括以下步骤：

2)烘干：将罩玻璃管充分烘干；

4)充反应气：向罩玻璃管的内腔(3)充填六甲基二硅氧烷和氧气，稳定流量前者为18～22sccm，后者为0.28～0.32slm；

5)当开始充填反应气至反应气流量达到下限流量值时开启无极环形高频放电线圈离化反应气，电流2.3～2.7A，电压3.4～3.8kV，同时控制该线圈沿罩玻璃管轴向匀速移动，并通过透射比测量装置检测罩玻璃管的透射比，若透射比的增加达到预定值，则当前罩玻璃管增透完成；

6)取出当前罩玻璃管，进行下一支罩玻璃管的增透。

2.根据权利要求1所述的成形工艺，其特征在于：所述透射比测量装置选定波长的光的波长为550nm。

3.根据权利要求1或2所述的成形工艺，其特征在于：所述步骤5)透射比的增加所达到的预定值为5％。

4.根据权利要求1所述的成形工艺，其特征在于：所述步骤5)采用以罩玻璃管的轴线为对称轴线对称地设置卤素灯光源和光照度计形成所述透射比测量装置。

5.根据权利要求1所述的成形工艺，其特征在于：所述步骤2)的烘干是将罩玻璃管置于烘箱中于120℃的高温下烘干30分钟。

6.根据权利要求1所述的成形工艺，其特征在于：所述预定真空度为1×10^-3Pa。

7.根据权利要求1所述的成形工艺，其特征在于：还包括设定无极高频放电线圈行走速度的步骤：在反应气设定流量和无极高频放电线圈设定电磁参数条件下，无极高频放电线圈往复一次即恰好达到透射比增加到预定值的行走速度，设定为当前罩玻璃管同规格玻璃管的无极高频放电线圈的行走速度。

8.根据权利要求7所述的成形工艺，其特征在于：还包括判断所述行走速度合理性的步骤：若所述行走速度小于20mm/s，调整反应气的设定流量以对行走速度再行设定，直至行走速度达到20mm/s。

9.根据权利要求1所述的成形工艺，其特征在于：所述六甲基二硅氧烷的存储条件为无阳光直射，容器选用棕色玻璃瓶，并单独将该棕色玻璃瓶固定于小室内。

10.根据权利要求1所述的成型工艺，其特征在于：所述无极环形高频放电线圈的放电频率优选200kHz；所述无极环形高频放电线圈采用去离子水冷却。