CN109341116A - 一种Cr-Si-N-O太阳能选择性吸收涂层及其制备方法 - Google Patents
一种Cr-Si-N-O太阳能选择性吸收涂层及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109341116A CN109341116A CN201811081750.0A CN201811081750A CN109341116A CN 109341116 A CN109341116 A CN 109341116A CN 201811081750 A CN201811081750 A CN 201811081750A CN 109341116 A CN109341116 A CN 109341116A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- layer
- sub
- thickness
- infrared reflecting
- selectively absorbing
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000000576 coating method Methods 0.000 title claims abstract description 103
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 title claims abstract description 93
- 229910006293 Si—N—O Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 47
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 15
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims abstract description 47
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 33
- 229910019974 CrSi Inorganic materials 0.000 claims abstract description 25
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 23
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 29
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 claims description 19
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 claims description 13
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 8
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical group O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 6
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 5
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 5
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims description 4
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 claims description 4
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 4
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 claims description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 14
- 239000012495 reaction gas Substances 0.000 description 10
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 9
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 8
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 description 7
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 5
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 5
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 3
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 2
- -1 nitrogen (oxygen) compound Chemical class 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 2
- 229910018509 Al—N Inorganic materials 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 240000008042 Zea mays Species 0.000 description 1
- 235000005824 Zea mays ssp. parviglumis Nutrition 0.000 description 1
- 235000002017 Zea mays subsp mays Nutrition 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 239000011162 core material Substances 0.000 description 1
- 235000005822 corn Nutrition 0.000 description 1
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 1
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010612 desalination reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003599 detergent Substances 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N iron(III) oxide Inorganic materials O=[Fe]O[Fe]=O JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- DOTMOQHOJINYBL-UHFFFAOYSA-N molecular nitrogen;molecular oxygen Chemical compound N#N.O=O DOTMOQHOJINYBL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 239000013535 sea water Substances 0.000 description 1
- 229910052711 selenium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011669 selenium Substances 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000003623 transition metal compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000032258 transport Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
- C23C14/34—Sputtering
- C23C14/35—Sputtering by application of a magnetic field, e.g. magnetron sputtering
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Surface Treatment Of Glass (AREA)
Abstract
本发明提供一种Cr‑Si‑N‑O太阳能选择性吸收涂层及其制备方法。所述涂层从底层到表面依次包括基片、红外反射层、吸收层和减反层，所述吸收层包括第一亚层、第二亚层和第三亚层，所述第一亚层与红外反射层接触，所述第三亚层与减反层接触；所述第一亚层、第二亚层的材料为CrSiN；所述第三亚层的材料为CrSiNO；所述第一亚层中，其CrSi的含量大于N的含量；所述的第二亚层中，其CrSi的含量小于等于N的含量。所述涂层能够提高太阳能选择性吸收涂层的热稳定性；所述的涂层经400℃大气环境或者500℃真空环境(3.0x10‑3pa)退火2h处理之后，其吸收率均大于0.95，发射率均小于等于0.08(80℃)。
Description
技术领域
本发明属于太阳能利用技术领域，尤其涉及一种Cr-Si-N-O太阳能选择性吸收涂层及其制备方法。
背景技术
太阳能光谱选择性吸收涂层是太阳能集热器光热转换核心材料，在0.3μm-2.5μm的太阳光波段具有高吸收率，在2.5μm-50μm的红外热辐射波段具有低辐射率，可以实现对太阳能的高吸收低辐射散热，最大限度将太阳能转化为热能。选择性吸收涂层根据工作温度的不同，可分为：低温涂层(低于100℃)、中温涂层(100-400℃)与高温涂层(高于400℃)。低温涂层主要用于太阳能热水器，中温涂层主要应用于工业过程产热、海水淡化和太阳能热水器，高温涂层主要用于集中式太阳能热发电。涂层的热辐射损失与T4成正比例关系，因此涂层的热稳定性也是集热器至关重要的性能参数。
金属氮化物或金属氮氧化物因其优异的抗氧化性、热稳定性和可调控光学性能，受到了广泛的关注和研究。中国发明专利CN8510042提出一种Al-N/Al选择性吸收涂层，吸收率可达0.93，发射率为0.06(100℃)，且用单个金属Al靶制备，工艺简单，成本低，在中低温太阳能集热管上得到了广泛应用。但涂层热稳定性差，在较高温度下吸收层易氧化和相互扩散，影响涂层使用寿命。中国发明专利CN105222381.A提出一种Cr-N-O体系选择性吸收涂层，吸收率达到0.90，发射率仅为0.025，但是涂层只能用于中低温。
发明内容
本发明的主要目的在于，提供一种Cr-Si-N-O太阳能选择性吸收涂层及其制备方法，所要解决的技术问题是提高金属氮(氧)化物吸收的光谱选择性吸收涂层的热稳定性，从而更加适于中高温领域。
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。
依据本发明提出的一种Cr-Si-N-O太阳能选择性吸收涂层，所述的涂层从底层到表面依次包括基片、红外反射层、吸收层和减反层，所述的吸收层包括第一亚层、第二亚层和第三亚层，所述的第一亚层与红外反射层接触，所述的第三亚层与减反层接触；所述的第一亚层、第二亚层的材料为CrSiN；所述的第三亚层的材料为CrSiNO。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
优选的，前述的Cr-Si-N-O太阳能选择性吸收涂层，其中所述的第一亚层中，以原子个数计，其CrSi的含量大于N的含量；所述的第二亚层中，以原子个数计，其CrSi的含量小于等于N的含量；所述的第三亚层中，以原子个数计，其CrSi的含量小于等于N和O含量之和。
优选的，前述的Cr-Si-N-O太阳能选择性吸收涂层，其中所述的基片为Cu、Al、不锈钢或玻璃的一种或两种以上的组合；所述的红外反射层为Cu、W或Mo中的一种或两种以上的组合；所述的减反层为SiO2。
优选的，前述的Cr-Si-N-O太阳能选择性吸收涂层，其中所述的基片的厚度为0.3-10mm；所述的红外反射层、吸收层和减反层的总厚度为245-545nm。
优选的，前述的Cr-Si-N-O太阳能选择性吸收涂层，其中所述的红外反射层的厚度为120-300nm；所述的吸收层的厚度为75-155nm；所述的减反层的厚度为50-90nm。
优选的，前述的Cr-Si-N-O太阳能选择性吸收涂层，其中所述的第一亚层的厚度为20-40nm；所述的第二亚层厚度为40-65nm；所述的第三亚层厚度为15-50nm。
优选的，前述的Cr-Si-N-O太阳能选择性吸收涂层，其中所述的红外反射层的厚度为120-220nm；所述的第一亚层的厚度为30nm；所述的第二亚层厚度为40-50nm；所述的第三亚层厚度为35-50nm；所述的减反层的厚度为50-75nm；所述的红外反射层为Cu片。
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种Cr-Si-N-O太阳能选择性吸收涂层的制备方法，所述方法包括以下步骤：将红外反射层沉积于所述的基片上；将吸收层沉积于所述的红外反射层上；将减反层沉积于所述的吸收层上；所述的吸收层由第一亚层、第二亚层和第三亚层组成；所述的第一亚层、第二亚层的材料为CrSiN；所述的第三亚层的材料为CrSiNO。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
优选的，前述的Cr-Si-N-O太阳能选择性吸收涂层的制备方法，包括：在惰性气体条件下，采用脉冲直流磁控溅射法，将所述的红外反射层沉积于所述的基片上；在惰性气体条件下，通入氮气，采用脉冲直流磁控溅射法，将所述的吸收层的第一亚层沉积于所述的红外反射层上；在惰性气体条件下，通入氮气，采用脉冲直流磁控溅射法，将所述的吸收层的第二亚层沉积于所述的第一亚层上；在惰性气体条件下，通入氮气和氧气，采用脉冲直流磁控溅射法，将所述的吸收层的第三亚层沉积于所述的第二亚层上；在惰性气体条件下，通入氧气，采用脉冲直流磁控溅射法，将所述的减反层沉积于所述的第三亚层上；所述的红外反射层的靶材为Cu、W和Mo中的一种或两种以上的组合；所述的红外反射层的厚度为120-300nm；所述的吸收层的靶材为CrSi靶材，其中，Cr和Si的原子个数比为7:3；所述的第一亚层的厚度为20-40nm；所述的第二亚层厚度为40-65nm；所述的第三亚层厚度为15-50nm；所述的吸收层在沉积时的工作气压为5mTorr；所述的减反层的靶材为SiAl靶材，其中，Si和Al的质量比为7:3；所述减反层的厚度为50-90nm。
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种Cr-Si-N-O太阳能选择性吸收涂层的热稳定性能评价方法，包括：对所述的涂层进行退火处理；分别测定所述的涂层未经退火处理与退火处理后的涂层吸收率和发射率，计算其退火处理之后与未经退火处理时的吸收率的变化和发射率的变化；所述的吸收率的变化越小、发射率的变化越小，表示所述的涂层的热稳定性能越好；所述的退火处理的退火条件如下：A、将所述的涂层在大气环境、温度400℃的条件下退火2h；B、将所述的涂层在真空度3.0x10-3pa、温度500℃的条件下退火2h；同一件样品，选择退火条件A或B进行退火处理；且，同一批样品，选择退火条件A和B进行退火处理。
借由上述技术方案，本发明的优点在于：
1、本发明提供的Cr-Si-N-O太阳能选型吸收涂层有红外反射层、硅掺杂过渡金属的氮化物和氮氧化物吸收层、减反射层组成，从吸收层到表面减反射层材料的折射率逐渐递减，形成梯度渐变，使本发明吸收涂层在太阳能光谱范围0.3μm-2.5μm具有较高的吸收率，在热辐射红外区域2.5μm-48μm具有低的辐射率。由于硅掺杂过渡金属的氮化物和氮氧化物具有优异的高温稳定性，使得吸收涂层在400℃大气环境和500℃真空环境退火后，仍保持良好的热稳定性。
2、与采用单金属Cr-N-O、Al-N-O体系吸收涂层相比，本发明吸收涂层有更高的热稳定性，更适用于中高温吸收涂层领域。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1本发明所述的Cr-Si-N-O太阳能选择性吸收涂层的结构示意图。
图2本发明所述的Cr-Si-N-O太阳能选择性吸收涂层的制备方法流程图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的一种Cr-Si-N-O太阳能选择性吸收涂层及其制备方法，其具体实施方式、结构、特征，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构或特点可由任何合适形式组合。
本发明提供一种Cr-Si-N-O太阳能选择性吸收涂层，如图1所示，所述的涂层从底层到表面依次包括基片1、红外反射层2、吸收层3和减反层4，所述的吸收层3包括第一亚层31、第二亚层32和第三亚层33，所述的第一亚层31与红外反射层2接触，所述的第三亚层33与减反层接触4；所述的第一亚层31、第二亚层31的材料为CrSiN；所述的第三亚层33的材料为CrSiNO。
优选的，前述的Cr-Si-N-O太阳能选择性吸收涂层，其中所述的第一亚层31中，以原子个数计，其CrSi的含量大于N的含量；所述的第二亚层32中，以原子个数计，其CrSi的含量小于等于N的含量；所述的第三亚层33中，以原子个数计，其CrSi的含量小于等于N和O含量之和。
优选的，前述的Cr-Si-N-O太阳能选择性吸收涂层，其中所述的基片1为Cu、Al、不锈钢或玻璃的一种或两种以上的组合；所述的红外反射层2为Cu、W或Mo中的一种或两种以上的组合；所述的减反层为SiO2。
优选的，前述的Cr-Si-N-O太阳能选择性吸收涂层，其中所述的基片的厚度为0.3-10mm；所述的红外反射层、吸收层和减反层的总厚度为245-545nm。
优选的，前述的Cr-Si-N-O太阳能选择性吸收涂层，其中所述的红外反射层2的厚度为120-300nm；所述的吸收层3的厚度为75-155nm；所述的减反层4的厚度为50-90nm。
优选的，前述的Cr-Si-N-O太阳能选择性吸收涂层，其中所述的第一亚层31的厚度为20-40nm；所述的第二亚层32厚度为40-65nm；所述的第三亚层33厚度为15-50nm。
优选的，前述的Cr-Si-N-O太阳能选择性吸收涂层，其中所述的红外反射层2的厚度为120-220nm；所述的第一亚层31的厚度为30nm；所述的第二亚层32厚度为40-50nm；所述的第三亚层33厚度为35-50nm；所述的减反层4的厚度为50-75nm；所述的红外反射层为Cu片。
本发明还提供一种Cr-Si-N-O太阳能选择性吸收涂层的制备方法，所述方法包括以下步骤：将红外反射层2沉积于所述的基片1上；将吸收层3沉积于所述的红外反射层2上；将减反层4沉积于所述的吸收层3上；所述的吸收层3由第一亚层31、第二亚层32和第三亚层33组成；所述的第一亚层31、第二亚层32的材料为CrSiN；所述的第三亚层33的材料为CrSiNO。
优选的，前述的Cr-Si-N-O太阳能选择性吸收涂层的制备方法，包括：在惰性气体条件下，采用脉冲直流磁控溅射法，将所述的红外反射层2沉积于所述的基片1上；在惰性气体条件下，通入氮气，采用脉冲直流磁控溅射法，将所述的吸收层3的第一亚层31沉积于所述的红外反射层上；在惰性气体条件下，通入氮气，采用脉冲直流磁控溅射法，将所述的吸收层3的第二亚层32沉积于所述的第一亚层31上；在惰性气体条件下，通入氮气和氧气，采用脉冲直流磁控溅射法，将所述的吸收层3的第三亚层33沉积于所述的第二亚层32上；在惰性气体条件下，通入氧气，采用脉冲直流磁控溅射法，将所述的减反层4沉积于所述的第三亚层33上；所述的红外反射层2的靶材为Cu、W和Mo中的一种或两种以上的组合；所述的红外反射层2的厚度为120-300nm；所述的吸收层3的靶材为CrSi靶材，其中，Cr和Si的原子个数比为7:3；所述的第一亚层31的厚度为20-40nm；所述的第二亚层32的厚度为40-65nm；所述的第三亚层33的厚度为15-50nm；所述的吸收层3在沉积时的工作气压为5mTorr；所述的减反层4的靶材为SiAl靶材，其中，Si和Al的质量比为7:3；所述减反层4的厚度为50-90nm。
本发明提供的Cr-Si-N-O太阳能选择性吸收涂层：所述涂层吸收率大于0.95，发射率小于0.07(80℃)。经400℃大气环境退火2h后，吸收率大于0.94，发射率小于等于0.08(80℃)，在3.0x10-3pa真空度下，经500℃退火时间为2h后，吸收率大于0.95，发射率小于等于0.07(80℃)。
本发明提出的一种Cr-Si-N-O太阳能选择性吸收涂层的制备方法，如图2所示，包括以下步骤：
(1)基片的预处理：
先采用中性洗涤液和去离子水对所述基片1进行初步清洗，之后在镀膜设备进片室通过射频离子源轰击所述基片1表面进行二次清洗，得到预处理后的基片；工艺参数设置如下：射频电源溅射功率为200w，工作气体为纯度为99.99％的Ar，流量为45sccm，工作气压为9.8×10-2mTorr，溅射时间为360s。
(2)在基片1上沉积红外反射层2：
选取纯度为99.95％的金属Cu靶或W靶或Mo靶，通入纯度为99.99％工作气体Ar，采用脉冲直流磁控溅射法，实现在所述基片1上沉积Cu层或W层或Mo层作为红外反射层2。工艺参数设置如下：脉冲直流电源溅射功率为1200w，Ar工作气体的流量为50sccm，工作气压为5mTorr，基片1在靶材下方往返运动(称为第一运动)，基片1的温度为室温。
(3)在红外反射层2上沉积第一亚层31：
选取纯度为99.7％的CrSi(7:3，at％)靶材，先后通入纯度均为99.99％惰性工作气体Ar、第一反应气体N2，采用脉冲直流电源磁控溅射法通过轰击CrSi靶，红外反射层2上沉积所述第一亚层31所述第一亚层31的材料为CrSiN，其中以原子个数计，其CrSi的含量大于N的含量，标记为CrSiN(H)。
所述第一亚层31沉积的工艺参数设置为：脉冲直流电源溅射功率为1500w，工作气压为5mTorr，工作气体Ar的流量为50sccm，第一反应气体N2的流量为15sccm，红外反射层2/基片1在CrSi靶材下方往返运动(称为第二运动)，温度为室温。
(4)在第一亚层31上沉积第二亚层32：
选取纯度为99.7％的CrSi(7:3，at％)靶材，先后通入纯度均为99.99％惰性工作气体Ar、第一反应气体N2，采用脉冲直流电源磁控溅射法通过轰击CrSi靶，在第一亚层31上沉积第二亚层32；所述第二亚层32的材料为CrSiN，其中以原子个数计，其CrSi的含量小于等于N的含量，标记为CrSiN(L)。
所述第二亚层32沉积的工艺参数设置为：脉冲直流电源溅射功率为1500w，工作气压为5mTorr，工作气体Ar的流量为50sccm，第一反应气体N2的流量为50sccm，第一亚层31/红外反射层2/基片1在CrSi靶材下方往返运动(称为第三运动)，温度为室温。
(5)在第二亚层32上沉积第三亚层33：
选取纯度为99.7％的CrSi(7:3，at％)靶材，先后通入纯度均为99.99％惰性工作气体Ar、第一反应气体N2、第二反应气体O2，采用脉冲直流电源磁控溅射法通过轰击CrSi靶，在第二亚层32上沉积第三亚层33；所述第三亚层33的材料为CrSiNO。
所述第三亚层33沉积的工艺参数设置为：脉冲直流电源溅射功率为1500w，工作气压为5mTorr，工作气体Ar的流量为50sccm，第一反应气体N2的流量为50sccm，第二反应气体O2的流量为10sccm，第二亚层32/第一亚层31/红外反射层2/基片1在CrSi靶材下方往返运动(称为第四运动)，温度为室温。
(6)在第三亚层33上沉积减反层4：
选取纯度为99.7％的SiAl靶材(7:3，wt％)，通入纯度为99.99％惰性工作气体Ar和第二反应气体O2，采用脉冲直流电源磁控溅射法通过轰击SiAl靶材，在第三亚层33/第二亚层32/第一亚层31/红外反射层2/基片1沉积SiO2作为所述减反层4。
所述减反层4沉积的工艺参数设置如下：脉冲直流电源溅射功率为2000w，工作气压为5mTorr，所述工作气体的流量为30sccm，所述第二反应气体O2的流量为14sccm，第三亚层33/第二亚层32/第一亚层31/红外反射层2/基片1在SiAl靶材下方往返运动(称为第五运动)，温度为室温。
本发明提供的Cr-Si-N-O太阳能选择性吸收涂层的热稳定性的评价方法如下：
将按照上述方法所制得的Cr-Si-N-O太阳能选择性吸收涂层的样品冷却20min，出片，停机；然后，对所述的涂层进行退火处理；再测定所述涂层的吸收率和发射率，观察经过高温处理之后的涂层的吸收率和发射率与未经退火处理的涂层的吸收率和发射率的变化。
所述的吸收率的变化越小、发射率的变化越小，表示所述的涂层的热稳定性能越好。
所述的退火处理的退火条件如下：
A、将冷却后的样品在大气环境、温度400℃的条件下退火2h；
B、将冷却后的样品在真空度3.0x10-3pa、温度500℃的条件下退火2h；
同一件样品，选择退火条件A或B进行退火处理；且，同一批样品，需选取多件样品，选择退火条件A和B进行退火处理。
对所述的涂层进行退火处理；分别测定所述的涂层未经退火处理与退火处理后的涂层吸收率和发射率，计算其退火处理之后与未经退火处理时的吸收率的变化和发射率的变化；所述的吸收率的变化越小、发射率的变化越小表示所述的涂层的热稳定性能越好。
实施例1-5
按照上述的Cr-Si-N-O太阳能选择性吸收涂层的制备方法的步骤(1)-(6)制备所述的Cr-Si-N-O太阳能选择性吸收涂层。
按照上述的Cr-Si-N-O太阳能选择性吸收涂层的热稳定性的评价方法评价其热稳定性。
所述实施例1-5的材料、工艺参数以及性能见表一。
表一 实施例1-5的材料、工艺参数以及性能表
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 | |
| 基片材质 | 玻璃基片 | 玻璃基片 | 铝片 | 不锈钢片 | 铜片 |
| 基片厚度，mm | 6 | 10 | 0.4 | 2 | 0.3 |
| 红外反射层靶材 | Mo | Mo | Cu | Cu | W |
| 红外反射层厚度，nm | 200 | 160 | 120 | 220 | 300 |
| 第一运动速度，m/min | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
| 第一运动往返次数，次 | 10 | 8 | 6 | 11 | 12 |
| 第一亚层厚度，nm | 30 | 40 | 30 | 30 | 20 |
| 第二运动速度，m/min | 1 | 2.1 | 1 | 1 | 2.1 |
| 第二运动往返次数，次 | 2 | 6 | 2 | 2 | 3 |
| 第二亚层厚度，nm | 60 | 65 | 50 | 40 | 60 |
| 第三运动速度，m/min | 1 | 2 | 1 | 1 | 1 |
| 第三运动往返次数，次 | 6 | 13 | 5 | 4 | 6 |
| 第三亚层厚度，nm | 25 | 15 | 35 | 50 | 20 |
| 第四运动速度，m/min | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
| 第四运动往返次数，次 | 5 | 3 | 6 | 10 | 3 |
| 减反层厚度，nm | 60 | 90 | 70 | 50 | 65 |
| 第五运动速度，m/min | 1 | 1 | 1 | 1 | 2 |
| 第五运动往返次数，次 | 6 | 9 | 7 | 5 | 13 |
| 未退火涂层吸收率 | 0.953 | 0.955 | 0.959 | 0.954 | 0.955 |
| 未退火涂层发射率 | 0.06 | 0.06 | 0.05 | 0.05 | 0.06 |
| 400℃退火吸收率 | 0.949 | 0.954 | 0.955 | 0.95 | 0.953 |
| 400℃退火发射率 | 0.06 | 0.06 | 0.05 | 0.05 | 0.07 |
| 400℃退火吸收率变化 | -0.004 | -0.001 | -0.004 | -0.004 | -0.002 |
| 400℃退火发射率变化 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0.01 |
| 500℃退火吸收率 | 0.952 | 0.954 | 0.957 | 0.952 | 0.952 |
| 500℃退火发射率 | 0.07 | 0.07 | 0.05 | 0.05 | 0.07 |
| 500℃退火吸收率变化 | -0.001 | -0.001 | -0.002 | -0.002 | -0.003 |
| 500℃退火发射率变化 | 0.01 | 0.01 | 0 | 0 | 0.01 |
根据表一所列的靶材的材质、沉积的工艺参数以及所获得吸收涂层的热稳定性能的数据可见：
实施例1-5所制备的Cr-Si-N-O太阳能选择性吸收涂层在大气环境、温度400℃退火处理2h后，其性能变化很小：1)其涂层吸收率仅有很小的衰减，其衰减小于等于0.4％；2)其涂层发射率仅有很小的提高，其变化小于等于1％；表现出了很好的热稳定性。
实施例1-5所制备的Cr-Si-N-O太阳能选择性吸收涂层在真空度3.0x10-3pa的真空环境、温度500℃退火处理2h后，其性能变化很小：1)其涂层吸收率仅有很小的衰减，其衰减小于等于0.3％；2)其涂层发射率仅有很小的提高，其变化小于等于1％；表现出了很好的热稳定性。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (10)
1.一种Cr‐Si‐N‐O太阳能选择性吸收涂层，所述的涂层从底层到表面依次包括基片、红外反射层、吸收层和减反层，所述的吸收层包括第一亚层、第二亚层和第三亚层，所述的第一亚层与红外反射层接触，所述的第三亚层与减反层接触，其特征在于：
所述的第一亚层、第二亚层的材料为CrSiN；
所述的第三亚层的材料为CrSiNO。
2.根据权利要求1所述的Cr‐Si‐N‐O太阳能选择性吸收涂层，其特征在于：
所述的第一亚层中，以原子个数计，其CrSi的含量大于N的含量；
所述的第二亚层中，以原子个数计，其CrSi的含量小于等于N的含量；
所述的第三亚层中，以原子个数计，其CrSi的含量小于等于N和O含量之和。
3.根据权利要求1所述的Cr‐Si‐N‐O太阳能选择性吸收涂层，其特征在于：
所述的基片为Cu、Al、不锈钢或玻璃的一种或两种以上的组合；
所述的红外反射层为Cu、W或Mo中的一种或两种以上的组合；
所述的减反层为SiO2。
4.根据权利要求1所述的Cr‐Si‐N‐O太阳能选择性吸收涂层，其特征在于：
所述的基片的厚度为0.3‐10mm；
所述的红外反射层、吸收层和减反层的总厚度为245‐545nm。
5.根据权利要求1所述的Cr‐Si‐N‐O太阳能选择性吸收涂层，其特征在于：
所述的红外反射层的厚度为120‐300nm；
所述的吸收层的厚度为75‐155nm；
所述的减反层的厚度为50‐90nm。
6.根据权利要求1所述的Cr‐Si‐N‐O太阳能选择性吸收涂层，其特征在于：
所述的第一亚层的厚度为20‐40nm；
所述的第二亚层厚度为40‐65nm；
所述的第三亚层厚度为15‐50nm。
7.根据权利要求2所述的Cr‐Si‐N‐O太阳能选择性吸收涂层，其特征在于：
所述的红外反射层的厚度为120‐220nm；
所述的第一亚层的厚度为30nm；
所述的第二亚层厚度为40‐50nm；
所述的第三亚层厚度为35‐50nm；
所述的减反层的厚度为50‐75nm；
所述的红外反射层为Cu片。
8.一种Cr‐Si‐N‐O太阳能选择性吸收涂层的制备方法，其特征在于：
所述方法包括以下步骤：
将红外反射层沉积于所述的基片上；
将吸收层沉积于所述的红外反射层上；
将减反层沉积于所述的吸收层上；
所述的吸收层由第一亚层、第二亚层和第三亚层组成；所述的第一亚层、第二亚层的材料为CrSiN；所述的第三亚层的材料为CrSiNO。
9.根据权利要求8所述的Cr‐Si‐N‐O太阳能选择性吸收涂层的制备方法，包括：
在惰性气体条件下，采用脉冲直流磁控溅射法，将所述的红外反射层沉积于所述的基片上；
在惰性气体条件下，通入氮气，采用脉冲直流磁控溅射法，将所述的吸收层的第一亚层沉积于所述的红外反射层上；
在惰性气体条件下，通入氮气，采用脉冲直流磁控溅射法，将所述的吸收层的第二亚层沉积于所述的第一亚层上；
在惰性气体条件下，通入氮气和氧气，采用脉冲直流磁控溅射法，将所述的吸收层的第三亚层沉积于所述的第二亚层上；
在惰性气体条件下，通入氧气，采用脉冲直流磁控溅射法，将所述的减反层沉积于所述的第三亚层上；其特征在于：
所述的红外反射层的靶材为Cu、W和Mo中的一种或两种以上的组合；所述的红外反射层的厚度为120‐300nm；
所述的吸收层的靶材为CrSi靶材，其中，Cr和Si的原子个数比为7:3；所述的第一亚层的厚度为20‐40nm；所述的第二亚层厚度为40‐65nm；所述的第三亚层厚度为15‐50nm；
所述的吸收层在沉积时的工作气压为5mTorr；
所述的减反层的靶材为SiAl靶材，其中，Si和Al的质量比为7:3；所述减反层的厚度为50‐90nm。
10.一种Cr‐Si‐N‐O太阳能选择性吸收涂层的热稳定性能评价方法，其特征在于：
对所述的涂层进行退火处理；
分别测定所述的涂层未经退火处理与退火处理后的涂层吸收率和发射率，计算其退火处理之后与未经退火处理时的吸收率的变化和发射率的变化；所述的吸收率的变化越小、发射率的变化越小，表示所述的涂层的热稳定性能越好；
所述的退火处理的退火条件如下：
A、将所述的涂层在大气环境、温度400℃的条件下退火2h；
B、将所述的涂层在真空度3.0x10‐3pa、温度500℃的条件下退火2h；
同一件样品，选择退火条件A或B进行退火处理；且，
同一批样品，选择退火条件A和B进行退火处理。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811081750.0A CN109341116B (zh) | 2018-09-17 | 2018-09-17 | 一种Cr-Si-N-O太阳能选择性吸收涂层及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811081750.0A CN109341116B (zh) | 2018-09-17 | 2018-09-17 | 一种Cr-Si-N-O太阳能选择性吸收涂层及其制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN109341116A true CN109341116A (zh) | 2019-02-15 |
| CN109341116B CN109341116B (zh) | 2024-02-13 |
Family
ID=65305249
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201811081750.0A Active CN109341116B (zh) | 2018-09-17 | 2018-09-17 | 一种Cr-Si-N-O太阳能选择性吸收涂层及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN109341116B (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110701803A (zh) * | 2019-10-11 | 2020-01-17 | 中国科学院兰州化学物理研究所 | 一种彩色太阳能吸收涂层及其制备方法 |
| CN110806028A (zh) * | 2019-10-30 | 2020-02-18 | 合肥埃能捷节能科技有限公司 | 一种太阳能选择性吸热涂层 |
| CN111663100A (zh) * | 2020-06-15 | 2020-09-15 | 福建新越金属材料科技有限公司 | 一种不锈钢基材的装饰性涂层 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102501459A (zh) * | 2011-10-26 | 2012-06-20 | 东莞市康达机电工程有限公司 | 一种中高温太阳能选择性吸收涂层的制备方法 |
| CN102534497A (zh) * | 2012-03-29 | 2012-07-04 | 德州金亨新能源有限公司 | 基于不锈钢材料的高温选择性吸收涂层及其制备方法 |
| CN105222381A (zh) * | 2014-11-28 | 2016-01-06 | 中国建筑材料科学研究总院 | 一种双吸收层太阳光谱选择性吸收涂层及其制备方法 |
| CN106288462A (zh) * | 2016-08-26 | 2017-01-04 | 中国建筑材料科学研究总院 | 一种太阳能选择性吸收涂层及其制备方法 |
-
2018
- 2018-09-17 CN CN201811081750.0A patent/CN109341116B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102501459A (zh) * | 2011-10-26 | 2012-06-20 | 东莞市康达机电工程有限公司 | 一种中高温太阳能选择性吸收涂层的制备方法 |
| CN102534497A (zh) * | 2012-03-29 | 2012-07-04 | 德州金亨新能源有限公司 | 基于不锈钢材料的高温选择性吸收涂层及其制备方法 |
| CN105222381A (zh) * | 2014-11-28 | 2016-01-06 | 中国建筑材料科学研究总院 | 一种双吸收层太阳光谱选择性吸收涂层及其制备方法 |
| CN106288462A (zh) * | 2016-08-26 | 2017-01-04 | 中国建筑材料科学研究总院 | 一种太阳能选择性吸收涂层及其制备方法 |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110701803A (zh) * | 2019-10-11 | 2020-01-17 | 中国科学院兰州化学物理研究所 | 一种彩色太阳能吸收涂层及其制备方法 |
| CN110701803B (zh) * | 2019-10-11 | 2021-03-23 | 中国科学院兰州化学物理研究所 | 一种彩色太阳能吸收涂层及其制备方法 |
| CN110806028A (zh) * | 2019-10-30 | 2020-02-18 | 合肥埃能捷节能科技有限公司 | 一种太阳能选择性吸热涂层 |
| CN110806028B (zh) * | 2019-10-30 | 2021-08-31 | 合肥埃能捷节能科技有限公司 | 一种太阳能选择性吸热涂层 |
| CN111663100A (zh) * | 2020-06-15 | 2020-09-15 | 福建新越金属材料科技有限公司 | 一种不锈钢基材的装饰性涂层 |
| CN111663100B (zh) * | 2020-06-15 | 2022-05-31 | 福建新越金属材料科技有限公司 | 一种不锈钢基材的装饰性涂层 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN109341116B (zh) | 2024-02-13 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103398483B (zh) | 一种吸收层由含硼化合物构成的太阳能中高温选择性吸收涂层及其制备方法 | |
| CN106288462B (zh) | 一种太阳能选择性吸收涂层及其制备方法 | |
| CN105299935B (zh) | 一种太阳光谱选择性吸收涂层及其制备方法和集热器 | |
| CN105091377B (zh) | 一种太阳能选择性吸收涂层及其制备方法 | |
| CN201218622Y (zh) | 一种太阳能选择性吸收涂层 | |
| CN106884145B (zh) | 一种太阳光谱选择性吸收涂层及其制备方法 | |
| CN105222381B (zh) | 一种双吸收层太阳光谱选择性吸收涂层及其制备方法 | |
| CN101886847B (zh) | 中高温太阳能集热管 | |
| CN109341116A (zh) | 一种Cr-Si-N-O太阳能选择性吸收涂层及其制备方法 | |
| CN102501459B (zh) | 一种中高温太阳能选择性吸收涂层的制备方法 | |
| US20140261390A1 (en) | High temperature radiation-selective coating and related apparatus | |
| CN102122006A (zh) | 太阳光谱选择性吸收涂层及其制备方法 | |
| CN103383155A (zh) | Ti合金氮化物选择性吸收膜系及其制备方法 | |
| CN107588569A (zh) | 双吸收层光谱选择性吸收涂层及其制备方法 | |
| CN103808048A (zh) | 一种高温太阳光谱选择性吸收涂层 | |
| CN204535163U (zh) | 一种太阳光谱选择性吸收涂层和集热器 | |
| CN108917210A (zh) | 一种自掺杂纳米复合光热转换涂层及其制备方法 | |
| CN109338297B (zh) | 一种二硼化铪-二硼化锆基高温太阳能吸收涂层及其制备方法 | |
| CN204478557U (zh) | 一种双吸收层太阳光谱选择性吸收涂层 | |
| CN109457219B (zh) | 一种中低温太阳光谱选择性吸收涂层及其制备方法 | |
| CN106966608A (zh) | 一种高透光率低辐射镀膜玻璃的制作方法 | |
| CN106500374A (zh) | 一种双相纳米复合太阳能吸收涂层及制造方法 | |
| CN206222719U (zh) | 一种太阳能选择性吸收涂层 | |
| CN209484869U (zh) | 双过渡层复合吸收型太阳光谱选择性吸收涂层 | |
| CN201273736Y (zh) | 一种太阳能集热管 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |