CN104894519B - 一种太阳能用耐高温低发射膜层及制作方法 - Google Patents

一种太阳能用耐高温低发射膜层及制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明的第一个目的在于提供一种太阳能用耐高温膜层，包括基体、粘结层、金属层、高吸收层、低吸收层及减反层。粘结层均匀的覆盖在基体上，金属层均匀的覆盖在粘结层上，高吸收层均匀的覆盖在金属层上，低吸收层均匀的覆盖在高吸收层上，减反层均匀的覆盖在低吸收层上。本发明的第二个目的在于提供一种上述太阳能用耐高温膜层的生产方法。本发明采用磁控溅射镀膜技术，采用四靶镀膜，包括铝靶、铜靶和镍靶,通过在氩气和氮气中溅射形成干涉膜层。所形成的膜层可耐高温500℃，在500℃下衰减2000h不超过4％，吸收最高为96％，发射最低为5％，该种膜层可应用到太阳能中高温中槽式真空管和镀膜钢管上。

Description

一种太阳能用耐高温低发射膜层及制作方法
技术领域：
本发明涉及一种太阳能用耐高温低发射膜层及制作方法，属太阳能镀膜技术领域。
背景技术：
目前常用的太阳能膜层技术主要应用到太阳能热水器上，由于其温度不超过150℃，这种膜层不能够支持长时间高温工作，不耐老化及高温。目前太阳能中高温应用技术蓬勃发展，包括目前槽式太阳能发电技术及菲涅尔太阳能发电技术，它要求膜层必须耐350℃-600℃高温。
发明内容：
本发明的第一个目的在于提供一种太阳能用耐高温膜层，本发明的第二个目的在于提供一种上述太阳能用耐高温膜层的生产方法。
本发明的第一个目的通过以下技术方案予以实现：
一种太阳能用耐高温低发射膜层，包括基体、粘结层、金属层、高吸收层、低吸收层及减反层。粘结层均匀的覆盖在基体上，金属层均匀的覆盖在粘结层上，高吸收层均匀的覆盖在金属层上，低吸收层均匀的覆盖在高吸收层上，减反层均匀的覆盖在低吸收层上。
进一步的，所述基体为耐高温金属基体。
进一步的，所述粘结层为陶瓷层，所述金属层为铜金属层。
进一步的，所述高吸收层为氮化铝与镍混合机膜层；低吸收层为氮化铝与镍混合机膜层；减反层为氮化铝膜层。
进一步的，所述粘结层厚度为10-30nm, 金属层厚度为80-150nm；
进一步的，所述高吸收层厚度为80-120nm,低吸收层为100-140nm，减反层为80-140nm。
本发明的第二个目的通过以下技术方案予以实现：
A．对不锈钢基体进行抛光处理：用抛光机进行抛光处理，去除表面凹坑及划伤，粗糙度达到镜面；
B．对不锈钢基体进行清洁处理：利用超声波清洗机，加入去离子水进行超声波清洗，去除表面油污及附着在表面的灰尘；
C．对不锈钢基体进行去水：利用无水乙醇擦拭不锈钢基体表面，快速去除表面残留水；
D．对不锈钢基体进行氧化处理：将去水后的钢基体放入烘干箱，并在400 摄氏度下保温2-3 小时，使钢基片表面生成一层微金黄色的氧化层；
E．对不锈钢基体进行镀膜：将烘干好的不锈钢基体放入磁控溅射镀膜机内；将磁控溅射镀膜机的镀膜室真空度抽至真空状态度；
F．镀粘结层；真空度稳定后，冲入氩气和氮气让压强保持在2.0-1pa，转架转速每分钟2-3转，起铝靶，开中频电源，在恒流模式下电流为35-45A，时间1-3 min；
G．镀金属层：镀膜室充入氩气，起铜靶，开直流电源，电流35-45A，时间5-10min，压强2.0-1pa，转架转速2-3分钟一转；
H．镀高吸收层：将氩气和氮气充入镀膜室内，使镀膜室压强保持在4.0-1pa ，起铝靶，起镍靶，起中频电源，起直流电源，铝靶电流35-45A，镍靶电流在15-25A，时间3-8min，转架转速一分钟2-3转；
I．镀低吸收层：将氩气和氮气充入镀膜室内，使镀膜室压强保持在4.0-1pa ，起铝靶，起镍靶，起中频电源，起直流电源，铝靶电流30-50A，镍靶电流在8-10A，时间5-8min，转架转速一分钟1-3转；
J．镀减反层：将氩气和氮气充入镀膜室内，使镀膜室压强保持在4.0-1pa ，起铝靶，起中频电源，铝靶电流30-50A，时间为10-15min。
本发明的优点是：与现有技术相比，本发明的一种太阳能用耐高温膜层，采用磁控溅射镀膜技术，四靶在氩气和氮气中反应溅射沉积到抛光处理过金属基体形成的氮化铝、镍复合陶瓷干涉膜层，由它们生成的膜层吸收好，发射较低，吸收效果α可达到0.96，红外发射率ε最低可到4，膜层为蓝色为主，样品在大气状态下高温500 度烘烤300小时膜层不脱落，不变色，耐高温耐氧化，衰减小，适用于太阳能中高温使用，适用于槽式集热真空管，适用于菲涅尔式镀膜钢管。
附图说明
图1 是本发明的结构示意图。
图中：1不锈钢基体、2粘结层、3金属层、4高吸收层、5低吸收层、6减反层。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明。
实施例一
如图1所示，一种太阳能用耐高温低发射膜层，它包括不锈钢基体（1）、粘结层（2）、金属层（3）、高吸收层（4）、低吸收层（5）和减反层（6），所述金属层（3）均匀覆盖在不锈钢基体（1） 表面上，粘结层（2）均匀覆盖在金属层（3）的上面，高吸收层（4）均匀覆盖在粘结层（2）的上面，低吸收层（5）均匀覆盖在高吸收层（4）的上面，减反层（6）均匀覆盖在低吸收层（5）的上面。所述基体（1）为不锈钢基体（1），所述粘结层（2）为陶瓷层，所述金属层（3）为铜金属层，所述高吸收层（4）为氮化铝与镍的混合基膜层，所述低吸收层（5）为氮化铝与镍的混合基膜层，所述减反层（6）为氮化铝膜层。所述粘结层（2）厚度为20nm，金属层厚度为120nm，高吸收层（4）厚度为90nm，低吸收层（5）为110nm，减反层（6）为100nm。
本发明还提供了一种太阳能用耐高温膜层的生产方法是，它包括以下步骤：
A．对不锈钢基体（1）进行抛光处理：用抛光机进行抛光处理，去除表面凹坑及划伤，粗糙度达到达到镜面；
B．对不锈钢基体（1）进行清洁处理：利用超声波清洗机，加入去离子水进行超声波清洗，去除表面油污及附着在表面的灰尘；
C．对不锈钢基体（1）进行去水：利用无水乙醇擦拭不锈钢基体（1）表面，快速去除表面残留水；
D．对不锈钢基体（1）进行氧化处理：将去水后的钢基体（1）放入烘干箱，并在400摄氏度下保温3 小时，使钢基片表面生成一层微金黄色的氧化层；
E．对不锈钢基体（1）进行镀膜：将烘干好的不锈钢基体（1）放入磁控溅射镀膜机内；将磁控溅射镀膜机的镀膜室真空度抽至30pa；
F．镀金属层（3）：真空度稳定后，冲入氩气和氮气让压强保持在2.5pa，转架转速每分钟2.5转，起铝靶，开中频电源，在恒流模式下电流为40A，时间1分钟；
G．镀粘结层（2）：镀膜室充入氩气，起铜靶，开直流电源，电流40A，时间8min，压强1.5pa，转架转速2.5 分钟一转；
H．镀高吸收层（4）：将氩气和氮气充入镀膜室内，使镀膜室压强保持在3pa ，起铝靶，起镍靶，起中频电源，起直流电源，铝靶电流40A，镍靶电流在20A，时间5min，转架转速一分钟2.5转；
I．镀低吸收层（5）：将氩气和氮气充入镀膜室内，使镀膜室压强保持在4pa ，起铝靶，起镍靶，起中频电源，起直流电源，铝靶电流40A，镍靶电流在9A，时间7min，转架转速一分钟2.5转；
J．镀减反层（6）：将氩气和氮气充入镀膜室内，使镀膜室压强保持在3pa ，起铝靶，起中频电源，铝靶电流40A，时间为12min。
实施例二
如图1所示结构是本实施例的一种多靶太阳能吸收膜层的结构示意图，它包括不锈钢基体（1）、粘结层（2）、金属层（3）、高吸收层（4）、低吸收层（5）和减反层（6），所述金属层（3）均匀覆盖在不锈钢基体（1） 表面上，粘结层（2）均匀覆盖在金属层（3）的上面，高吸收层（4）均匀覆盖在粘结层（2）的上面，低吸收层（5）均匀覆盖在高吸收层（4）的上面，减反层（6）均匀覆盖在低吸收层（5）的上面。所述基体（1）为不锈钢基体（1），所述粘结层（2）为陶瓷层，所述金属层（3）为铜金属层，所述高吸收层（4）为氮化铝与镍的混合基膜层，所述低吸收层（5）为氮化铝与镍的混合基膜层，所述减反层（6）为氮化铝膜层。所述粘结层（2）厚度为15nm，金属层厚度为130nm，高吸收层（4）厚度为100nm，低吸收层（5）为130nm，减反层（6）为120nm。
该一种太阳能用耐高温膜层的生产方法是，它包括以下步骤：
A．对不锈钢基体（1）进行抛光处理：用抛光机进行抛光处理，去除表面凹坑及划伤，粗糙度达到达到镜面；
B．对不锈钢基体（1）进行清洁处理：利用超声波清洗机，加入去离子水进行超声波清洗，去除表面油污及附着在表面的灰尘；
C．对不锈钢基体（1）进行去水：利用无水乙醇擦拭不锈钢基体（1）表面，快速去除表面残留水；
D．对不锈钢基体（1）进行氧化处理：将去水后的钢基体（1）放入烘干箱，并在400摄氏度下保温2.5小时，使钢基片表面生成一层微金黄色的氧化层；
E．对不锈钢基体（1）进行镀膜：将烘干好的不锈钢基体（1）放入磁控溅射镀膜机内；将磁控溅射镀膜机的镀膜室抽至真空；
F．镀金属层（3）：真空度稳定后，冲入氩气和氮气让压强保持在2pa，转架转速每分钟2转，起铝靶，开中频电源，在恒流模式下电流为35A，时间2分钟；
G．镀粘结层（2）：镀膜室充入氩气，起铜靶，开直流电源，电流45A，时间6min，压强2pa，转架转速2 分钟一转；
H．镀高吸收层（4）：将氩气和氮气充入镀膜室内，使镀膜室压强保持在4pa ，起铝靶，起镍靶，起中频电源，起直流电源，铝靶电流45A，镍靶电流在25A，时间4min，转架转速一分钟2转；
I．镀低吸收层（5）：将氩气和氮气充入镀膜室内，使镀膜室压强保持在3pa ，起铝靶，起镍靶，起中频电源，起直流电源，铝靶电流45A，镍靶电流在10A，时间6min，转架转速一分钟2转；
J．镀减反层（6）：将氩气和氮气充入镀膜室内，使镀膜室压强保持在2pa ，起铝靶，起中频电源，铝靶电流35A，时间为15min。
本发明采用磁控溅射镀膜技术，采用四靶镀膜，包括铝靶、铜靶和镍靶,通过在氩气和氮气中溅射形成干涉膜层。所形成的膜层可耐高温500℃，在500℃下衰减2000h不超过4％，吸收最高为96％，发射最低为5％，该种膜层可应用到太阳能中高温中槽式真空管和镀膜钢管上。
本发明并不限于以上实施方式，只要是本说明书及权利要求书中提及的方案匀是可以实施的，如基体可选择不锈钢基体（1），也可以选择各种硬度较高、表面光滑、耐高温、耐腐蚀、耐氧化的材料作为基片，例如玻璃、铜、铝、碳钢等等。

Claims (1)

1.一种太阳能用耐高温低发射膜层，它包括基体、粘结层、金属层、高吸收层、低吸收层及减反层，粘结层均匀的覆盖在基体上，金属层均匀的覆盖在粘结层上，高吸收层均匀的覆盖在金属层上，低吸收层均匀的覆盖在高吸收层上，减反层均匀的覆盖在低吸收层上，基体为耐高温金属基体，粘结层为陶瓷层，所述金属层为铜金属层，高吸收层为氮化铝与镍混合机膜层，低吸收层为氮化铝与镍混合机膜层，减反层为氮化铝膜层，其特征在于：所述太阳能用耐高温低发射膜层的生产方法包括以下步骤：
A．对耐高温金属基体进行抛光处理：用抛光机进行抛光处理，去除表面凹坑及划伤，粗糙度达到镜面；
B．对耐高温金属基体进行清洁处理：利用超声波清洗机，加入去离子水进行超声波清洗，去除表面油污及附着在表面的灰尘；
C．对耐高温金属基体进行去水：利用无水乙醇擦拭不锈钢基体表面，快速去除表面残留水；
D．对耐高温金属基体进行氧化处理：将去水后的不锈钢基体放入烘干箱，并在400 摄氏度下保温2～3 小时，使耐高温金属基体表面生成一层微金黄色的氧化层；
E．对耐高温金属基体进行镀膜：将烘干好的耐高温金属基体放入磁控溅射镀膜机内；将磁控溅射镀膜机的镀膜室真空度抽至4.0×10-3pa；
F．镀粘结层；真空度稳定后，冲入氩气和氮气让压强保持在2.0-1pa，转架转速每分钟2.5转，起铝靶，开中频电源，在恒流模式下电流为40A，时间1分钟；
G．镀金属层：镀膜室充入氩气，起铜靶，开直流电源，电流39 ～ 42A，时间8min，压强2.0 -1pa，转架转速2.5 分钟一转；
H．镀高吸收层：将氩气和氮气充入镀膜室内，使镀膜室压强保持在4.0-1pa ，起铝靶，起镍靶，起中频电源，起直流电源，铝靶电流40A，镍靶电流在18 ～21A，时间5min，转架转速一分钟2.5转；
I．镀低吸收层：将氩气和氮气充入镀膜室内，使镀膜室压强保持在4.0-1pa ，起铝靶，起镍靶，起中频电源，起直流电源，铝靶电流40A，镍靶电流在8 ～10A，时间7min，转架转速一分钟2.5转；
J．镀减反层：将氩气和氮气充入镀膜室内，使镀膜室压强保持在4.0-1pa ，起铝靶，起中频电源，铝靶电流40A，时间为12 ～14min。
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