DE102012110565B9

DE102012110565B9 - Laser weldable composite material

Info

Publication number: DE102012110565B9
Application number: DE102012110565.0A
Authority: DE
Inventors: Dimitrios PEROS; Frank Templin
Original assignee: Alanod GmbH and Co KG
Current assignee: Alanod GmbH and Co KG
Priority date: 2011-11-10
Filing date: 2012-11-05
Publication date: 2020-05-28
Anticipated expiration: 2032-11-06
Also published as: DE202011051927U1; CN103101249B; TW201328862A; DE102012110565A1; DE102012110565B4; TWI487618B; CN103101249A

Abstract

Laserschweißbares Verbundmaterial (V), insbesondere für ein Solarkollektorelement, umfassend einen bandförmigen, aus einem Metall mit hoher Reflektivität, d. h. mit einer Reflektivität von minimal 85 Prozent, für Laserstrahlung bestehenden Träger (1), der eine erste Seite (A) und eine zweite Seite (B) aufweist, wobei sich zumindest auf der ersten Seite (A) eine keramische Beschichtung (7) befindet, dadurch gekennzeichnet, dass sich vom Träger (1) aus gesehen über der keramischen Beschichtung (7) eine metallische Schicht (8) befindet und dass eine Dicke (D) der keramischen Beschichtung (7) und eine Dicke (D) der metallischen Schicht derart dimensioniert sind, dass ein nach DIN 5036, Teil 3 bestimmter Gesamtreflexionsgrad (R) bei einem Einstrahlungswinkel (α) im Bereich von 65° bis 80° eines einfallenden Laserlichtstrahls (L) mit einer Wellenlänge (λ) von 1064 nm auf der ersten Seite (A) des Trägers (1) weniger als 60 Prozent beträgt.Laser-weldable composite material (V), in particular for a solar collector element, comprising a band-shaped, made of a metal with high reflectivity, i. H. with a reflectivity of at least 85 percent, a carrier (1) for laser radiation, which has a first side (A) and a second side (B), a ceramic coating (7) being at least on the first side (A), characterized in that, seen from the carrier (1), there is a metallic layer (8) above the ceramic coating (7) and that a thickness (D) of the ceramic coating (7) and a thickness (D) of the metallic layer are dimensioned in this way are that a total reflectance (R) determined according to DIN 5036, Part 3 at an angle of incidence (α) in the range from 65 ° to 80 ° of an incident laser light beam (L) with a wavelength (λ) of 1064 nm on the first side (A ) of the carrier (1) is less than 60 percent.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein laserschweißbares Verbundmaterial, insbesondere für ein Solarkollektorelement, umfassend einen bandförmigen, aus einem Metall mit hoher Reflektivität für Laserstrahlung bestehenden Träger, der eine erste Seite und eine zweite Seite aufweist, wobei sich zumindest auf der ersten Seite eine keramische Beschichtung befindet.The present invention relates to a laser-weldable composite material, in particular for a solar collector element, comprising a band-shaped carrier consisting of a metal with high reflectivity for laser radiation, which has a first side and a second side, a ceramic coating being located at least on the first side.

Ein solches Verbundmaterial ist aus der EP 2 239 086 A1 bekannt. Dieses Dokument beschreibt ein bekanntes Verfahren zum Laserverschweißen eines Verbundmaterials mit einem Bauteil, insbesondere zur Herstellung eines Solarkollektorelements, wobei das Verbundmaterial einen bandförmigen, aus einem Metall mit hoher Reflektivität für Laserstrahlung bestehenden Träger umfasst, der eine erste Seite und eine zweite Seite aufweist, wobei sich zumindest auf der ersten Seite eine keramische Beschichtung befindet, und wobei zur Herstellung einer Schweißnaht ein Laserstrahl in einem spitzem Orientierungswinkel zumindest auf die mit der keramischen Beschichtung versehene erste Seite des Trägers projiziert wird. Außerdem beschreibt das Dokument ein laserschweißbares Verbundmaterial, das der Verwendung in einem derartigen Verfahren dient. Um bei hoher Funktionalität und bei möglichst aufwandsarmer Herstellbarkeit des Verbundmaterials gegenüber aus der EP 1 217 315 B1 , der US 300 591 B1 , der DE 38 27 297 A1 und der US 4 023 005 A vorbekannten Verfahren, die in der EP 2 239 086 A1 gewürdigt sind, eine erhöhte Effizienz des Schweißprozesses zu erzielen, ist dabei vorgesehen, dass die keramische Beschichtung eine Dicke im Bereich von 140 nm bis 210 nm aufweist und der Laserstrahl unter einem Orientierungswinkel im Bereich von 2° bis 50° eingestrahlt wird, derart, dass die eingestrahlte Energie des Laserstrahls zu mindestens 15 Prozent absorbiert wird.Such a composite material is from the EP 2 239 086 A1 known. This document describes a known method for laser welding a composite material to a component, in particular for producing a solar collector element, the composite material comprising a band-shaped carrier consisting of a metal with high reflectivity for laser radiation, which has a first side and a second side, wherein a ceramic coating is located at least on the first side, and a laser beam is projected at an acute orientation angle at least onto the first side of the carrier provided with the ceramic coating in order to produce a weld seam. The document also describes a laser weldable composite material which is used in such a method. In order to be able to produce the composite material with high functionality and with as little effort as possible compared to the EP 1 217 315 B1 , the US 300 591 B1 , the DE 38 27 297 A1 and the US 4,023,005A previously known processes in the EP 2 239 086 A1 are appreciated to achieve increased efficiency of the welding process, it is provided that the ceramic coating has a thickness in the range from 140 nm to 210 nm and the laser beam is irradiated at an orientation angle in the range from 2 ° to 50 °, such that at least 15 percent of the radiated energy of the laser beam is absorbed.

Hierbei ist zu beachten, dass sich allgemein bei einem Objekt, auf das eine Strahlung auftrifft, wie dies bei der Oberfläche des Verbundmaterials beim Laserschweißen geschieht - diese Strahlung in einen reflektierten, einen absorbierten und einen transmittierten Anteil aufteilt. Hierfür sind sowohl auf der ersten Seite, als auch auf der zweiten Seite des Verbundmaterials ein Reflexionsgrad (Reflexionsvermögen), ein Absorptionsgrad (Absorptionsvermögen) und ein Transmissionsgrad (Transmissionsvermögen) des Verbundmaterials charakteristisch. Reflexionsvermögen, Absorptionsvermögen und Transmissionsvermögen sind optische Eigenschaften, die je nach der Wellenlänge einer einfallenden Strahlung (z. B. im Ultraviolett-Bereich, im Bereich des sichtbaren Lichts, im Infrarot-Bereich und im Bereich der Wärmestrahlung) für ein- und dasselbe Material unterschiedliche Werte annehmen können. Zur Gewährleistung einer hocheffektiven Energieausnutzung wird für das Material im Wellenlängenbereich der Laserstrahlung (charakteristischerweise 1,06 µm, genauer 1064 nm) auf der ersten Seite ein maximaler Absorptionsgrad gefordert. Geht man davon aus, dass die Transmission durch das Verbundmaterial gleich Null ist, dann ergänzen sich der Reflexionsgrad und der Absorptionsgrad jeweils zu 100 Prozent. Der Reflexionsgrad des aus der EP 2 239 086 A1 bekannten Verbundmaterials liegt auf der ersten Seite folglich bei minimal 85 Prozent.It should be noted here that, in general, for an object that is struck by radiation, as is the case with the surface of the composite material during laser welding, this radiation is divided into a reflected, an absorbed and a transmitted portion. For this, both on the first side and on the second side of the composite material, a reflectance (reflectivity), an absorption level (absorption capacity) and a transmittance (transmittance) of the composite material are characteristic. Reflectivity, absorptivity and transmittance are optical properties which, depending on the wavelength of an incident radiation (e.g. in the ultraviolet range, in the range of visible light, in the infrared range and in the range of thermal radiation), differ for one and the same material Can assume values. To ensure highly effective energy utilization, a maximum degree of absorption is required for the material in the wavelength range of the laser radiation (typically 1.06 µm, more precisely 1064 nm). If one assumes that the transmission through the composite material is zero, then the degree of reflection and the degree of absorption each add up to 100 percent. The reflectance of the from the EP 2 239 086 A1 known composite material is therefore at least 85 percent on the first page.

Damit wird also bekanntermaßen bereits eine erhöhte, jedoch noch verbesserungswürdige Effizienz des Laserschweißverfahrens gegenüber anderen gleichartigen Verfahren erreicht. Sowohl auf dem Markt befindliches Rohaluminium, als auch passiviertes Aluminium für Solarabsorber reflektieren bei einer Wellenlänge des Laserstrahls von 1,06 µm, die für nahezu alle zurzeit praktizierten Verfahren unter Anwendung von CO₂- und Nd:YAG-Lasersystemen charakteristisch ist, welches auch in der EP 2 239 086 A1 beschrieben wird, nämlich nur ca. 90 Prozent der einfallenden Laserenergie.As is well known, this increases the efficiency of the laser welding process compared to other similar processes, but it still needs improvement. Both raw aluminum on the market and passivated aluminum for solar absorbers reflect at a wavelength of the laser beam of 1.06 µm, which is characteristic of almost all currently practiced processes using CO ₂ and Nd: YAG laser systems, which is also in the EP 2 239 086 A1 is described, namely only about 90 percent of the incident laser energy.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verbundmaterial der eingangs beschriebenen Art, insbesondere zur Verwendung in einem Solarkollektorelement, zu schaffen, das bei hoher Funktionalität und bei möglichst aufwandsarmer Herstellbarkeit eine noch weiter erhöhte Verfahrenseffizienz gewährleistet, wenn das Material mittels eines Lasers verschweißt wird.The present invention is based on the object of creating a composite material of the type described in the introduction, in particular for use in a solar collector element, which, with high functionality and with the least possible manufacturing effort, ensures an even greater process efficiency when the material is welded by means of a laser.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass sich vom Träger aus gesehen über der keramischen Beschichtung eine metallische Schicht befindet und dass eine Dicke der keramischen Beschichtung und eine Dicke der metallischen Schicht derart dimensioniert sind, dass ein nach DIN 5036, Teil 3 bestimmter Gesamtreflexionsgrad bei einem Einstrahlungswinkel im Bereich von 65° bis 80° eines einfallenden Laserlichtstrahls mit einer Wellenlänge von 1064 nm auf der ersten Seite des Trägers weniger als 60 Prozent beträgt.According to the invention, this is achieved in that, seen from the support, there is a metallic layer above the ceramic coating and that a thickness of the ceramic coating and a thickness of the metallic layer are dimensioned such that a total reflectance determined according to DIN 5036, Part 3 at an angle of incidence in the range of 65 ° to 80 ° of an incident laser light beam with a wavelength of 1064 nm on the first side of the carrier is less than 60 percent.

Überraschenderweise wurde gefunden, dass im Vergleich mit den bekannten Verbundmaterialien durch den Einsatz eines Verbundmaterials mit dem erfindungsgemäßen Schichtsystem eine Vervielfachung der beim Laserschweißen absorbierten Energie möglich ist.Surprisingly, it was found that, in comparison with the known composite materials, the use of a composite material with the layer system according to the invention enables the energy absorbed during laser welding to be multiplied.

Insbesondere kann dazu die keramische Beschichtung auf der ersten Seite des Trägers eine Dicke im Bereich von 20 nm bis 135 nm und die sich über dieser keramischen Beschichtung befindliche metallische Schicht eine Dicke im Bereich von 5 nm bis 25 nm aufweisen.In particular, the ceramic coating on the first side of the carrier can have a thickness in the range from 20 nm to 135 nm and the metallic layer located above this ceramic coating can have a thickness in the range from 5 nm to 25 nm.

In bevorzugter Weise kann so bei entsprechender Dimensionierung der Schichten im genannten Bereich ein nach DIN 5036, Teil 3 bestimmter Gesamtreflexionsgrad einer Laserstrahlung mit einer Wellenlänge von 1064 nm auf der ersten Seite des Trägers weniger als 50 Prozent, besonders bevorzugt 40 Prozent, betragen. D. h., der Absorptionsgrad für die Laserstrahlung beträgt dann vorteilhafterweise mindestens 50 Prozent bzw. 60 Prozent. Durch geringfügige Veränderungen der Schichtdicken im erfindungsgemäßen Bereich ist es dabei möglich, auch bei anderen Wellenlängen - falls beispielsweise beim gewünschten Einsatz eines anderen Lasers, wie eines Argon-Lasers (Wellenlänge 488 nm bzw. 515 nm) oder eines Holmium:YAG-Lasers (Wellenlänge 2123 nm), erforderlich - die Absorption in gleicher Weise zu maximieren. With appropriate dimensioning of the layers in the area mentioned, a total reflectance of laser radiation with a wavelength of 1064 nm on the first side of the carrier, determined according to DIN 5036, Part 3, can thus preferably be less than 50 percent, particularly preferably 40 percent. In other words, the degree of absorption for the laser radiation is then advantageously at least 50 percent or 60 percent. By slightly changing the layer thicknesses in the range according to the invention, it is also possible to use other wavelengths - if, for example, the desired use of another laser, such as an argon laser (wavelength 488 nm or 515 nm) or a holmium: YAG laser (wavelength 2123 nm) required - to maximize absorption in the same way.

In bevorzugter Ausführung kann vorgesehen sein, dass die keramische Beschichtung im Wesentlichen aus Aluminiumoxid besteht. Wenn auch der Träger des Verbundmaterials aus Aluminium besteht, kann dabei das Aluminiumoxid der keramischen Beschichtung in technologisch vorteilhafter Weise insbesondere aus dem anodisch oxidierten oder elektrolytisch geglänzten und anodisch oxidierten Aluminium des Trägers gebildet sein.In a preferred embodiment it can be provided that the ceramic coating consists essentially of aluminum oxide. If the carrier of the composite material also consists of aluminum, the aluminum oxide of the ceramic coating can be formed in a technologically advantageous manner in particular from the anodized or electrolytically polished and anodized aluminum of the carrier.

Die metallische Schicht kann bevorzugt Chrom und/oder Titan enthalten oder vollständig aus diesen Materialien bestehen. Eine bevorzugte Dicke der Schicht kann dabei im Bereich von 10 nm bis 20 nm liegen und insbesondere 15 nm betragen. Die metallische Schicht kann in technologisch vorteilhafter Weise in einem kontinuierlichen Vakuum-Bandbeschichtungsprozess auf die keramische Beschichtung aufgebracht werden.The metallic layer can preferably contain chromium and / or titanium or consist entirely of these materials. A preferred thickness of the layer can be in the range from 10 nm to 20 nm and in particular 15 nm. The metallic layer can be applied to the ceramic coating in a technologically advantageous manner in a continuous vacuum coil coating process.

Das erfindungsgemäße Verbundmaterial kann somit eine Ausbildung als Coil, insbesondere mit einer Breite bis zu 1600 mm und mit einer Dicke im Bereich von etwa 0,1 mm bis 1,5 mm, vorzugsweise im Bereich von etwa 0,2 bis 0,8 mm, besitzen und mit allen seinen Schichten in einem kontinuierlich ablaufenden Prozess von Rolle zu Rolle (Coil-to-coil) gefertigt werden.The composite material according to the invention can thus be designed as a coil, in particular with a width of up to 1600 mm and a thickness in the range from approximately 0.1 mm to 1.5 mm, preferably in the range from approximately 0.2 to 0.8 mm. own and are manufactured with all its layers in a continuous process from roll to roll (coil-to-coil).

Dabei kann das erfindungsgemäße Verbundmaterial, insbesondere wenn es zur Herstellung eines Solarkollektorelementes eingesetzt werden soll, auf der zweiten Seite des Trägers ein optisch wirksames Mehrschichtsystem aufweisen, das aus mindestens zwei Schichten, vorzugsweise aus mindestens drei Schichten, besteht.The composite material according to the invention, in particular if it is to be used to produce a solar collector element, can have an optically effective multilayer system on the second side of the carrier, which consists of at least two layers, preferably at least three layers.

Unter dem optischen Mehrschichtsystem kann auf dem Träger eine Zwischenschicht vorgesehen sein, die einerseits einen mechanischen und korrosionshemmenden Schutz für den Träger und andererseits eine hohe Haftung für das optische Mehrschichtsystem gewährleistet. Hierbei kann es sich ebenfalls um eine keramische Beschichtung handeln, die sich jedoch auf der zweiten Seite des Trägers befindet und insbesondere gleichartig wie die auf der ersten Seite des Trägers befindliche keramische Beschichtung hergestellt ist.Under the optical multilayer system, an intermediate layer can be provided on the carrier, which on the one hand ensures mechanical and corrosion-inhibiting protection for the carrier and on the other hand high adhesion for the optical multilayer system. This can also be a ceramic coating, which, however, is located on the second side of the carrier and in particular is produced in the same way as the ceramic coating on the first side of the carrier.

Bei Vorhandensein eines aus mindestens drei Schichten bestehenden optisch wirksamen Mehrschichtsystems kann die oberste Schicht eine dielektrische Schicht sein, die mittlere Schicht eine überwiegend absorptiv für sichtbares Licht wirkende, vorzugsweise chromoxidhaltige, Schicht, und die unterste Schicht kann aus Gold, Silber, Kupfer, Chrom, Aluminium und/oder Molybdän bestehen. Ein solches Schichtsystem auf einem Aluminiumträger ist unter dem Namen mirotherm® bekannt und kann durch die Erfindung ohne Beeinträchtigung seiner exzellenten optischen Eigenschaften eine signifikante Verbesserung seiner Laserschweißbarkeit erfahren.If there is an optically effective multilayer system consisting of at least three layers, the top layer can be a dielectric layer, the middle layer a layer that acts predominantly absorptively for visible light, preferably a layer containing chromium oxide, and the bottom layer can be made of gold, silver, copper, chromium, Aluminum and / or molybdenum exist. Such a layer system on an aluminum support is known under the name mirotherm® and can experience a significant improvement in its laser weldability without impairing its excellent optical properties.

Zur Herstellung eines Solarkollektorelementes bzw. eines Absorberteils können das erfindungsgemäße Verbundmaterial mit einem beispielsweise aus Aluminium bestehenden Trägermaterial - bei Vorhandensein einer aus Aluminiumoxid bestehenden keramischen Schicht sowie der Metallschicht auf der ersten Trägerseite - und beispielsweise ein Rohr aus Kupfer durch Laserschweißen miteinander verbunden werden. Dabei kommt es zu einer stoffschlüssigen Verbindung, die einerseits durch beim Schmelzprozess geschmolzenes und wiedererstarrtes Aluminium gebildet wird und andererseits durch eine Migration des Aluminiums in das Kupfer entsteht. Zum Verschweißen kann beispielsweise Strahlung eines CO₂- oder Nd-YAG-Lasers mit hinreichender Leistung eingesetzt werden.To produce a solar collector element or an absorber part, the composite material according to the invention can be connected to one another by means of a support material consisting of aluminum, for example, in the presence of a ceramic layer consisting of aluminum oxide and the metal layer on the first support side, and a tube made of copper by laser welding. This leads to a material connection that is formed on the one hand by aluminum melted and re-solidified during the melting process and on the other hand by the aluminum migrating into the copper. For welding, for example, radiation from a CO ₂ or Nd-YAG laser with sufficient power can be used.

Insbesondere können dabei das Rohr und das Absorberteil längs ihrer Stoßstelle durch beidseitig des Rohres verlaufende, durch ein Impuls-Schweißverfahren erzeugte Punkt-Schweißnähte verbunden sein. Dabei ist bei der Festlegung der Laserleistung und Impulsfrequenz zu beachten, dass die Schweißpunktabmessungen in erster Linie von der Wärmeleitung abhängig sind, wobei Oberflächentemperatur, Bestrahlungszeit, Dicke des Absorberteils und Werkstoffart sich gegenseitig beeinflussende Faktoren darstellen. Zwischen der Aufschmelztiefe und der gemittelten Laserleistung besteht Proportionalität. Gegenüber dem an sich dabei im Wesentlichen bekannten Verfahren, wozu in vollem Umfang auf die EP 2 239 086 A1 und auf die EP 1 217 315 B1 verwiesen wird, tritt dabei aufgrund der erhöhten Absorptionsfähigkeit des erfindungsgemäßen Verbundmaterials eine erhebliche Leistungseinsparung beim Schweißen ein.In particular, the tube and the absorber part can be connected along their joint by spot welds running on both sides of the tube and produced by an impulse welding process. When determining the laser power and pulse frequency, it should be noted that the weld spot dimensions are primarily dependent on the heat conduction, whereby the surface temperature, irradiation time, thickness of the absorber part and type of material are mutually influencing factors. There is proportionality between the melting depth and the average laser power. Compared to the process essentially known per se, for which purpose in full on the EP 2 239 086 A1 and on the EP 1 217 315 B1 is referred to, due to the increased absorbency of the composite material according to the invention, a considerable saving in performance occurs during welding.

Weitere vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und in der nachfolgenden detaillierten Beschreibung enthalten. Further advantageous embodiments of the invention are contained in the subclaims and in the detailed description below.

Anhand zweier durch die beiliegende Zeichnung veranschaulichter Ausführungsbeispiele wird die Erfindung näher erläutert. Dabei zeigen:

1 eine prinzipielle Schnittdarstellung durch eine erste Ausführung eines erfindungsgemäßen laserschweißbaren Verbundmaterials,
2 eine prinzipielle Schnittdarstellung durch eine zweite Ausführung eines erfindungsgemäßen laserschweißbaren Verbundmaterials,
3 die Abhängigkeit des Reflexionsgrades einer dritten Ausführung eines erfindungsgemäßen laserschweißbaren Verbundmaterials von der Wellenlänge eines einfallenden Lichtstrahls in Gegenüberstellung zu einem bekannten, nicht erfindungsgemäßen Vergleichsmaterial,
4 die Abhängigkeit des Reflexionsgrades einer vierten Ausführung eines erfindungsgemäßen laserschweißbaren Verbundmaterials von der Wellenlänge eines einfallenden Lichtstrahls in Gegenüberstellung zu einem bekannten, nicht erfindungsgemäßen Vergleichsmaterial,
5 die Abhängigkeit des Reflexionsgrades der dritten Ausführung eines erfindungsgemäßen laserschweißbaren Verbundmaterials vom Einfallswinkel eines einfallenden Lichtstrahls.

The invention is explained in more detail with reference to two exemplary embodiments illustrated by the accompanying drawing. Show:

1 2 shows a basic sectional illustration through a first embodiment of a laser-weldable composite material according to the invention,
2nd 2 shows a basic sectional view through a second embodiment of a laser-weldable composite material according to the invention,
3rd the dependence of the degree of reflection of a third embodiment of a laser-weldable composite material according to the invention on the wavelength of an incident light beam in comparison to a known comparison material not according to the invention,
4th the dependence of the degree of reflection of a fourth embodiment of a laser-weldable composite material according to the invention on the wavelength of an incident light beam in comparison to a known comparison material not according to the invention,
5 the dependence of the degree of reflection of the third embodiment of a laser-weldable composite material according to the invention on the angle of incidence of an incident light beam.

Zu der anschließenden Beschreibung wird ausdrücklich betont, dass die Erfindung nicht auf die Ausführungsbeispiele und dabei auch nicht auf alle oder mehrere Merkmale von beschriebenen Merkmalskombinationen beschränkt ist, vielmehr kann jedes einzelne Teilmerkmal jedes Ausführungsbeispiels auch losgelöst von allen anderen im Zusammenhang damit beschriebenen Teilmerkmalen für sich und auch in Kombination mit beliebigen Merkmalen eines anderen Ausführungsbeispiels eine erfinderische Bedeutung haben.For the following description, it is expressly emphasized that the invention is not limited to the exemplary embodiments and not to all or more features of the described combinations of features, but each individual partial feature of each embodiment can also be detached from all other partial features described in connection with it and also have an inventive meaning in combination with any features of another exemplary embodiment.

In den verschiedenen Figuren der Zeichnung sind gleiche Teile bzw. insbesondere auch funktionsgleiche Schichten stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden daher im Folgenden in der Regel jeweils auch nur einmal beschrieben.In the various figures of the drawing, the same parts or, in particular, layers with the same function are always provided with the same reference numerals and are therefore generally only described once below in the following.

Wie zunächst 1 zeigt, umfasst eine erste Ausführung eines erfindungsgemäßen laserschweißbaren Verbundmaterials V, das insbesondere zur Herstellung eines Solarkollektorelementes einsetzbar ist, einen bandförmigen metallischen Träger 1. Der Träger weist eine erste Seite A und eine zweite Seite B auf.As at first 1 shows comprises a first embodiment of a laser-weldable composite material according to the invention V , which can be used in particular for producing a solar collector element, a band-shaped metallic carrier 1 . The carrier has a first side A and a second page B on.

Auf der zweiten Seite B des Trägers 1 befindet sich eine optional vorhandene Zwischenschicht 2 und ein auf die Zwischenschicht 2 aufgebrachtes, optional vorhandenes optisches Mehrschichtsystem 3, das mindestens drei Schichten 4, 5, 6 umfasst. In dem optisch wirksamen Mehrschichtsystem 3 ist eine oberste Schicht 4 eine dielektrische Schicht, eine mittlere Schicht 5 ist eine überwiegend absorptiv für sichtbares Licht wirkende Schicht, und eine unterste Schicht 6 ist eine metallische Infrarot-Reflexionsschicht.On the second page B of the carrier 1 there is an optional intermediate layer 2nd and one on the intermediate layer 2nd applied, optionally available optical multilayer system 3rd that have at least three layers 4th , 5 , 6 includes. In the optically effective multilayer system 3rd is a top layer 4th a dielectric layer, a middle layer 5 is a layer that is predominantly absorptive for visible light, and a bottom layer 6 is a metallic infrared reflective layer.

Die oberste Schicht 4 kann insbesondere eine oxidische, fluoridische, sulfidische, nitridische, oxynitridische und/oder carboxynitridische Schicht mit einem Brechungsindex n < 1,8 sein. Sie kann insbesondere eine oxidische Schicht des Titans, Siliciums oder Zinns der chemischen Zusammensetzung TiOz, SiOw oder SnOv sein, wobei die Indizes v, w und z ein stöchiometrisches oder nichtstöchiometrisches Verhältnis in der oxidischen Zusammensetzung bezeichnen und im Bereich 1 < v und/oder w und/oder z ≤ 2, vorzugsweise im Bereich 1,9 ≤ v und/oder w und/oder z ≤ 2 liegen. Vorzugsweise kann es sich um eine siliciumoxidische Schicht der chemischen Zusammensetzung SiO_w handeln, wobei der Index w den Wert 2 annimmt. Die obere Schicht 4 kann bevorzugt eine Dicke D₄ im Bereich von 3 nm bis 500 nm aufweisen.The top layer 4th can in particular be an oxidic, fluoridic, sulfidic, nitridic, oxynitridic and / or carboxynitridic layer with a refractive index n <1.8. In particular, it can be an oxide layer of titanium, silicon or tin with the chemical composition TiOz, SiOw or SnOv, the indices v, w and z denoting a stoichiometric or non-stoichiometric ratio in the oxide composition and in the range 1 <v and / or w and / or z 2 2, preferably in the range 1.9 v v and / or w and / or z 2 2. It can preferably be a silicon oxide layer with the chemical composition SiO _w , the index w being the value 2nd assumes. The top layer 4th can preferably be a thickness D ₄ have in the range of 3 nm to 500 nm.

Die mittlere, überwiegend absorptiv für sichtbares Licht wirkende Schicht 5 kann insbesondere Chromoxid der chemischen Zusammensetzung CrOr und/oder Chromnitrid der chemischen Zusammensetzung CrNs und/oder Chromoxynitrid der chemischen Zusammensetzung CrOrNs enthalten, wobei die Indizes r und s jeweils ein stöchiometrisches oder nichtstöchiometrisches Verhältnis bezeichnen und im Bereich 0 < r und/oder s < 3 liegen. Auch diese Schicht 5 kann optional Fluoride, Sulfide, Nitride, Oxynitride und/oder Carboxynitride auch anderer Metalle als Chrom enthalten. Sie kann insbesondere eine Dicke D₅ im Bereich von 0,01 µm bis etwa 1 µm aufweisen.The middle layer, which acts predominantly absorptively for visible light 5 can contain in particular chromium oxide with the chemical composition CrOr and / or chromium nitride with the chemical composition CrNs and / or chromium oxynitride with the chemical composition CrOrNs, the indices r and s each denoting a stoichiometric or non-stoichiometric ratio and in the range 0 <r and / or s <3 lie. This layer too 5 can optionally contain fluorides, sulfides, nitrides, oxynitrides and / or carboxynitrides of metals other than chromium. In particular, it can have a thickness D ₅ have in the range of 0.01 microns to about 1 micron.

Die unterste Schicht 6 des optischen Mehrschichtsystems 3 kann vorzugsweise aus Gold, Silber, Kupfer, Chrom, Aluminium und/oder Molybdän bestehen. Sie kann insbesondere eine Dicke D₆ von mindestens 3 nm und maximal von etwa 500 nm aufweisen.The bottom layer 6 of the optical multilayer system 3rd can preferably consist of gold, silver, copper, chromium, aluminum and / or molybdenum. In particular, it can have a thickness D ₆ of at least 3 nm and a maximum of about 500 nm.

Auf der ersten Seite A des Trägers 1 befindet sich eine keramische Beschichtung 7, die erfindungsgemäß eine Dicke D₇ im Bereich von 20 nm bis 135 nm aufweist, wobei gleichzeitig vorgesehen ist, dass sich auf der dem Träger 1 abgewandten Seite über der keramischen Beschichtung 7 (in der figürlichen Darstellung darunter) eine metallische Schicht 8 mit einer Dicke D₈ von 5 nm bis 25 nm befindet.On the first page A of the carrier 1 there is a ceramic coating 7 according to the invention a thickness D ₇ in the range from 20 nm to 135 nm, it being simultaneously provided that on the carrier 1 opposite side over the ceramic coating 7 (in the figure below) a metallic layer 8th with a thickness D ₈ from 5 nm to 25 nm.

Die keramische Beschichtung 7 kann bevorzugt eine Dicke D₇ im Bereich von 40 nm bis 95 nm aufweisen, während die metallische Schicht 8 eine bevorzugte Dicke D₈ im Bereich von 10 nm bis 20 nm, besonders bevorzugt von 15 nm, aufweisen kann. Die metallische Schicht 8 kann Chrom und/oder Titan enthalten oder vollständig aus diesen Materialien bestehen. The ceramic coating 7 can preferably be a thickness D ₇ have in the range of 40 nm to 95 nm, while the metallic layer 8th a preferred thickness D ₈ in the range from 10 nm to 20 nm, particularly preferably from 15 nm. The metallic layer 8th may contain chromium and / or titanium or consist entirely of these materials.

Die keramische Beschichtung 7 auf der ersten Seite A des Trägers kann im Wesentlichen aus Aluminiumoxid bestehen, wobei der Träger 1 des erfindungsgemäßen Verbundmaterials V aus Aluminium besteht. So ist es in bevorzugter Weise möglich, dass das Aluminiumoxid der keramischen Beschichtung 7 aus anodisch oxidiertem oder elektrolytisch geglänztem und anodisch oxidiertem Aluminium des Trägers 1 besteht.The ceramic coating 7 on the first page A the carrier may consist essentially of aluminum oxide, the carrier 1 of the composite material according to the invention V made of aluminum. So it is preferably possible that the aluminum oxide of the ceramic coating 7 made of anodized or electrolytically polished and anodized aluminum of the carrier 1 consists.

Auch die auf der zweiten Seite B des Trägers 1 befindliche Zwischenschicht 2 kann bevorzugt eine keramische Beschichtung 2 sein, die insbesondere gleichartig wie die auf der ersten Seite A des Trägers 1 befindliche keramische Beschichtung 7 hergestellt ist. In dem vorstehend genannten Fall, dass die keramische Beschichtung 7 auf der ersten Seite A des Trägers aus Aluminiumoxid besteht, das durch anodische Oxidation oder durch elektrolytisches Glänzen und anodische Oxidation aus dem Aluminium des Trägers 1 gebildet wird, kann so vorteilhafterweise gleichzeitig und in einem Prozess mit der Bildung der keramischen Beschichtung 7 auf der ersten Seite A des Trägers 1 die Bildung der keramischen Beschichtung 2 auf der zweiten Seite B des Trägers 1 erfolgen. Die keramische Beschichtung 2 auf der zweiten Seite B des Trägers kann insbesondere eine Dicke D2 von weniger als 135 nm, insbesondere im Bereich 3 von bis 95 nm, bevorzugt im Bereich von 15 nm bis 45 nm, aufweisen.Also on the second page B of the carrier 1 located intermediate layer 2nd can preferably be a ceramic coating 2nd be in particular the same as that on the first page A of the carrier 1 ceramic coating 7 is made. In the above case that the ceramic coating 7 on the first page A of the carrier consists of aluminum oxide, which by anodic oxidation or by electrolytic shining and anodic oxidation from the aluminum of the carrier 1 can advantageously be formed simultaneously and in one process with the formation of the ceramic coating 7 on the first page A of the carrier 1 the formation of the ceramic coating 2nd on the second page B of the carrier 1 respectively. The ceramic coating 2nd on the second page B of the carrier can in particular be a thickness D2 of less than 135 nm, especially in the range 3rd from to 95 nm, preferably in the range from 15 nm to 45 nm.

Wie des Weiteren 2 zeigt, umfasst eine zweite Ausführung eines erfindungsgemäßen laserschweißbaren Verbundmaterials V ebenfalls einen bandförmigen metallischen Träger 1, der eine erste Seite A mit einer keramischen Beschichtung 7 und eine zweite Seite B aufweist. Auch hier ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die keramische Beschichtung 7 auf der ersten Seite A des Trägers 1 eine Dicke D₇ im Bereich von 20 nm bis 135 nm aufweist und dass sich auf der dem Träger 1 abgewandten Seite über dieser keramischen Beschichtung 7 eine metallische Schicht 8 mit einer Dicke D₈ von 5 nm bis 25 nm befindet.As further 2nd shows comprises a second embodiment of a laser-weldable composite material according to the invention V also a ribbon-shaped metallic support 1 which is a first page A with a ceramic coating 7 and a second page B having. It is also provided according to the invention that the ceramic coating 7 on the first page A of the carrier 1 a thickness D ₇ in the range from 20 nm to 135 nm and that on the carrier 1 opposite side over this ceramic coating 7 a metallic layer 8th with a thickness D ₈ from 5 nm to 25 nm.

Des Weiteren ist in Übereinstimmung mit der ersten Ausführung der Erfindung vorgesehen, dass sich auch auf der zweiten Seite B des Trägers 1 eine keramische Beschichtung 2 befindet, die insbesondere eine Zwischenschicht 2 bildet, und dass sich darüber auf der zweiten Seite B des Trägers 1 ein optisch wirksames Mehrschichtsystem 3 befindet, das jedoch nur aus mindestens zwei Schichten 4, 5 besteht.Furthermore, it is provided in accordance with the first embodiment of the invention that also on the second side B of the carrier 1 a ceramic coating 2nd located, in particular an intermediate layer 2nd forms, and that about it on the second page B of the carrier 1 an optically effective multilayer system 3rd located, but only from at least two layers 4th , 5 consists.

Es handelt sich dabei wiederum um eine obere Schicht 4, die eine oxidische, fluoridische, sulfidische, nitridische, oxynitridische und/oder carboxynitridische Schicht mit einem Brechungsindex n < 1,8 sein kann, und eine darunter liegende, überwiegend absorptiv für sichtbares Licht wirkende Schicht 5, die in diesem Fall die unterste Schicht bildet. Diese Schicht 5 kann insbesondere ein Titan-Aluminium-Mischoxid TiAlqOx und/oder ein Titan-Aluminium-Mischnitrid TiAlqNy und/oder ein Titan-Aluminium-Mischoxynitrid TiAlqOxNy enthalten, wobei die Indizes q, x und y jeweils ein stöchiometrisches oder nichtstöchiometrisches Verhältnis bezeichnen und im Bereich 0 < q und/oder x und/oder y < 3 liegen. Auch mit einer solchen Schicht kann - wie auch mit einer chromhaltigen Schicht 5 gemäß der ersten Ausführung der Erfindung - ein Verbundmaterial mit einer besonderen Eignung für Solarabsorber geschaffen werden, das sich durch eine vereinfachte Herstellung auszeichnet und eine hohe spektrale Selektivität aufweist.Again, this is an upper layer 4th , which can be an oxidic, fluoridic, sulfidic, nitridic, oxynitridic and / or carboxynitridic layer with a refractive index n <1.8, and an underlying layer, which acts predominantly absorptively for visible light 5 , which in this case forms the bottom layer. This layer 5 can in particular contain a titanium-aluminum mixed oxide TiAlqOx and / or a titanium-aluminum mixed nitride TiAlqNy and / or a titanium-aluminum mixed oxynitride TiAlqOxNy, the indices q, x and y each denoting a stoichiometric or non-stoichiometric ratio and in the range 0 <q and / or x and / or y <3. Even with such a layer - as with a chromium-containing layer 5 According to the first embodiment of the invention - a composite material with a particular suitability for solar absorbers can be created, which is characterized by a simplified production and has a high spectral selectivity.

Sowohl die metallische Schicht 8 auf der ersten Seite A des Trägers 1, als auch alle Schichten des optischen Mehrschichtsystems 3 auf der anderen Trägerseite B können bei beiden Ausführungen bevorzugt Sputterschichten, insbesondere durch Reaktivsputtern erzeugte Schichten, CVD- oder PECVD-Schichten oder durch Verdampfen, insbesondere durch Elektronenbombardement oder aus thermischen Quellen, erzeugte Schichten sein und bevorzugt in Vakuumfolge in einem kontinuierlichen Verfahren erzeugt und insbesondere auf die keramische Beschichtung 2, 7 aufgebracht werden. Das Aufbringen einer metallischen Ti/Cr-Schicht 8 kann beispielsweise bevorzugt unter Einsatz von maximal zweier planarer Magnetrone erfolgen.Both the metallic layer 8th on the first page A of the carrier 1 , as well as all layers of the optical multilayer system 3rd on the other side B can be sputter layers in both versions, in particular layers produced by reactive sputtering, CVD or PECVD layers or layers produced by evaporation, in particular by electron bombardment or from thermal sources, and preferably produced in a vacuum sequence in a continuous process and in particular on the ceramic coating 2nd , 7 be applied. The application of a metallic Ti / Cr layer 8th can, for example, preferably be carried out using a maximum of two planar magnetrons.

Im Hinblick auf die auch bei der zweiten Ausführung der Erfindung vorhandene Zwischenschicht 2 zwischen dem Träger 1 und dem optisch wirksamen Mehrschichtsystem 3 ist speziell Folgendes festzustellen: Wenn diese Zwischenschicht 2 auf einem Aluminiumträger liegt und aus Aluminiumoxid besteht, ist - unabhängig davon, ob die untere, lichtabsorbierende Schicht ein Titan-Aluminium-Mischoxid TiAlqOx und/oder ein Titan-Aluminium-Mischnitrid TiAlqNy und/oder ein Titan-Aluminium-Mischoxynitrid TiAlqOxNy enthält, und ob die obere Schicht eine oxidische Schicht des Titans, Siliciums oder Zinns der chemischen Zusammensetzung TiOz, SiOw oder SnOv ist - das Merkmal von Bedeutung sein, dass die Dicke D2 der Zwischenschicht nicht größer als 30 nm ist. Es genügt hier, dass die obere Schicht eine dielektrische Schicht mit einem Brechungsindex von weniger als 1,7 ist. Dieser kann jedoch auch höher liegen, wie z. B. im Falle einer Zinnoxidschicht bei etwa 1,9 oder bei einer Titandioxidschicht bei etwa 2,55 (Anatas) bzw. 2,75 (Rutil).With regard to the intermediate layer also present in the second embodiment of the invention 2nd between the carrier 1 and the optically effective multilayer system 3rd The following is particularly noticeable: If this intermediate layer 2nd lies on an aluminum support and consists of aluminum oxide, regardless of whether the lower, light-absorbing layer contains a titanium-aluminum mixed oxide TiAlqOx and / or a titanium-aluminum mixed nitride TiAlqNy and / or a titanium-aluminum mixed oxynitride TiAlqOxNy, and whether the top layer is an oxide layer of titanium, silicon or tin with the chemical composition TiOz, SiOw or SnOv - the feature to be important is the thickness D2 the intermediate layer is not larger than 30 nm. It is sufficient here that the upper layer is a dielectric layer with a refractive index of less than 1.7. This can but are also higher, such as B. in the case of a tin oxide layer at about 1.9 or in a titanium dioxide layer at about 2.55 (anatase) or 2.75 (rutile).

Es wurde nämlich gefunden, dass die Zwischenschicht 2, wenn sie aus Aluminiumoxid besteht, das nur eine extrem geringe Dicke im Bereich von nicht mehr als 30 nm, insbesondere eine Dicke von mindestens 3 nm, bevorzugt eine Dicke im Bereich von 15 nm bis 25 nm, aufweist, nicht nur die bekannte Wirkung des mechanischen und korrosionshemmenden Schutzes für den Träger 1 bewahrt und eine hohe Haftung für das darüber liegende optische Mehrschichtsystem 3 gewährleistet, sondern dass die Zwischenschicht 2 und der Träger 1 dadurch auch selbst optisch wirksam werden. Die Zwischenschicht 2 besitzt dann vorteilhafterweise ein derartig hohes Transmissionsvermögen und der Träger 1 ein derartig hohes, durch die Transmission der Zwischenschicht 2 wirksam werdendes Reflexionsvermögen, dass auf die unterste metallische Schicht 6 des optischen Mehrschichtsystems 3 der ersten Ausführung ohne Effizienzeinbuße verzichtet werden kann. Damit entfällt einerseits der technologische Schritt der Auftragung einer Schicht und andererseits tritt außerdem eine Materialersparnis ein, insbesondere an den für die bekanntermaßen für die unterste metallische Schicht bevorzugt eingesetzten Edelmetallen Gold und Silber bzw. auch für das ebenfalls kostenintensive Molybdän.It was found that the intermediate layer 2nd if it consists of aluminum oxide, which has an extremely small thickness in the range of not more than 30 nm, in particular a thickness of at least 3 nm, preferably a thickness in the range of 15 nm to 25 nm, not only the known effect of mechanical and anti-corrosion protection for the wearer 1 preserves and high liability for the optical multilayer system above 3rd ensures but that the intermediate layer 2nd and the carrier 1 thereby also become optically effective. The intermediate layer 2nd then advantageously has such a high transmittance and the carrier 1 such a high one, due to the transmission of the intermediate layer 2nd reflectivity that becomes effective on the bottom metallic layer 6 of the optical multilayer system 3rd the first version without sacrificing efficiency. On the one hand, this eliminates the technological step of applying a layer and, on the other hand, saves material, in particular on the precious metals gold and silver that are known to be preferred for the lowest metallic layer or also on the likewise cost-intensive molybdenum.

Beispielsweise mit den beiden beschriebenen Ausführungen des optisch wirksamen Mehrschichtsystems 3 ist es möglich, ein erfindungsgemäßes Verbundmaterial V herzustellen, bei dem ein nach DIN 5036, Teil 3 bestimmter Absorptionsgrad auf der zweiten Seite B des Trägers 1 im Wellenlängenbereich von etwa 300 bis 2500 nm Maximalwerte von mehr als 90 Prozent und im Wellenlängenbereich über 2500 nm Minimalwerte von weniger als 15 Prozent aufweist. Ein nach DIN 5036, Teil 3 bestimmter Licht-Gesamtreflexionsgrad kann auf der zweiten Seite B des optischen Mehrschichtsystems 3 bei weniger als 5 Prozent liegen.For example, with the two versions of the optically effective multilayer system described 3rd it is possible to use a composite material according to the invention V to produce, in which a degree of absorption determined according to DIN 5036, Part 3 on the second side B of the carrier 1 has maximum values of more than 90 percent in the wavelength range from approximately 300 to 2500 nm and minimum values of less than 15 percent in the wavelength range above 2500 nm. A total light reflectance determined according to DIN 5036, Part 3 can be found on the second page B of the optical multilayer system 3rd are less than 5 percent.

In den in 3 und 4 dargestellten Grafiken, die die Abhängigkeit des Reflexionsgrades R einer dritten und einer vierten Ausführung eines erfindungsgemäßen laserschweißbaren Verbundmaterials V von der Wellenlänge eines einfallenden Lichtstrahls L in Gegenüberstellung zu einem bekannten nicht erfindungsgemäßen Vergleichsmaterial wiedergeben, bezeichnet die Kurve RV jeweils den Reflexionsgrad R des erfindungsgemäßen Verbundmaterials V und die Kurve R0 den Reflexionsgrad R des Vergleichsmaterials.In the in 3rd and 4th illustrated graphics depicting the dependence of the reflectance R a third and a fourth embodiment of a laser-weldable composite material according to the invention V on the wavelength of an incident light beam L reproduce in comparison to a known comparison material not according to the invention, denotes the curve RV each reflectance R of the composite material according to the invention V and the curve R0 the reflectance R of the comparison material.

Bei dem erfindungsgemäßen Verbundmaterial V gemäß der dritten Ausführung handelt es sich um ein solches, bei dem auf einem Träger 1 aus Aluminium auf der ersten Seite A eine keramische Schicht 7 aus Al₂O₃ mit einer Dicke D₇ von 95 nm und unmittelbar darüber eine metallische Schicht 8 aus Chrom mit einer Dicke D8 von 10 nm abgeschieden wurde. Bei dem erfindungsgemäßen Verbundmaterial V gemäß der vierten Ausführung handelt es sich um ein solches, bei dem auf einem Träger 1 aus Aluminium auf der ersten Seite A eine keramische Schicht 7 aus Al₂O₃ mit einer Dicke D₇ von 40 nm und unmittelbar darüber eine metallische Schicht 8 aus Chrom mit einer Dicke D8 von 20 nm abgeschieden wurde. Bei dem Vergleichsmaterial war auf einem Träger 1 aus Aluminium auf der ersten Seite A eine keramische Schicht 7 aus Al₂O₃ mit einer Dicke D₇ von 95 nm abgeschieden.In the composite material according to the invention V according to the third embodiment, it is one on a carrier 1 made of aluminum on the first page A a ceramic layer 7 made of Al ₂ O ₃ with a thickness D ₇ of 95 nm and immediately above a metallic layer 8th made of chrome with a thickness D8 of 10 nm was deposited. In the composite material according to the invention V according to the fourth embodiment, it is one on a carrier 1 made of aluminum on the first page A a ceramic layer 7 made of Al ₂ O ₃ with a thickness D ₇ of 40 nm and immediately above a metallic layer 8th made of chrome with a thickness D8 of 20 nm was deposited. The reference material was on a support 1 made of aluminum on the first page A a ceramic layer 7 made of Al ₂ O ₃ with a thickness D ₇ deposited from 95 nm.

Der Einfallswinkel α des einfallenden Lichtstrahls L wurde dabei gemessen - wie dies den zeichnerischen Darstellungen zu entnehmen ist - als der Winkel α, der von dem Laserlichtstrahl L und einem auf die Oberfäche des Trägers1 gefälltem Lot, dem Normalenvektor N, eingeschlossen wird. Der Einstrahlungswinkel α des Laserlichtstrahls L lag in allen Fällen bei 75°.The angle of incidence α of the incident light beam L was measured - as can be seen in the graphic representations - as the angle α by the laser light beam L and a solder precipitated onto the surface of the carrier 1, the normal vector N , is included. The angle of incidence α of the laser light beam L was 75 ° in all cases.

Es ist zu erkennen, dass bei dem erfindungsgemäßen Verbundmaterial V gemäß 3 ein nach DIN 5036, Teil 3 bestimmter Gesamtreflexionsgrad R einer Laserstrahlung L mit einer Wellenlänge λ von 1064 nm auf der ersten Seite A des Trägers 1 weniger als 50 Prozent beträgt, wobei er insbesondere etwa bei 40 Prozent liegt. Der Reflexionsgrad R des Vergleichsmaterials liegt unter den gleichen Bedingungen um etwa 50 Prozent höher, bei etwa 90 Prozent. Im gesamten untersuchten Bereich der Wellenlänge λ bewegt sich der Reflexionsgrad R des erfindungsgemäßen Verbundmaterials V - wie 3 zu entnehmen ist - zwischen etwa 48 Prozent bei 500 nm und 42 Prozent bei etwa 1200 nm, wobei ein Minimum des Reflexionsgrades R von 40 Prozent etwa bei einer Wellenlänge λ von 1000 nm liegt.It can be seen that in the composite material according to the invention V according to 3rd one according to DIN 5036, part 3rd certain total reflectance R a laser radiation L with a wavelength λ of 1064 nm on the first page A of the carrier 1 is less than 50 percent, in particular around 40 percent. The reflectance R of the comparison material is about 50 percent higher under the same conditions, at about 90 percent. In the entire range of wavelengths examined λ the reflectance moves R of the composite material according to the invention V - how 3rd can be seen - between about 48 percent at 500 nm and 42 percent at about 1200 nm, with a minimum of the reflectance R of about 40 percent at one wavelength λ of 1000 nm.

Bei dem erfindungsgemäßen Verbundmaterial V gemäß 4 liegt ein nach DIN 5036, Teil 3 bestimmter Gesamtreflexionsgrad R einer Laserstrahlung mit einer Wellenlänge λ von 1064 nm auf der ersten Seite A des Trägers 1 ebenfalls bei weniger als 50 Prozent, ist jedoch im Durchschnitt im Wellenlängenbereich von 500 nm bis 1200 nm um etwa 5 Prozent bis 8 Prozent höher als bei der Ausführung nach 3.In the composite material according to the invention V according to 4th is in accordance with DIN 5036, part 3rd certain total reflectance R a laser radiation with a wavelength λ of 1064 nm on the first page A of the carrier 1 likewise at less than 50 percent, but is on average in the wavelength range from 500 nm to 1200 nm about 5 percent to 8 percent higher than in the embodiment according to 3rd .

Die in 5 dargestellte Abhängigkeit des Reflexionsgrades R der dritten Ausführung des erfindungsgemäßen laserschweißbaren Verbundmaterials V vom Einfallswinkel α eines einfallenden Laserlichtstrahls L wurde für eine Wellenlänge λ von 1064 nm bestimmt. Der durch einen Kreis markierte Wert des Reflexionsgrades R in 5 ist folglich identisch mit dem ebenso markierten Wert in 3. Im Winkelbereich α von 65° bis 80° steigt der Reflexionsgrad R stetig von etwa 30 Prozent auf etwa 40 Prozent an. Die in 4 dargestellte Probe zeigt bezüglich der Winkelabhängigkeit ein gleichartiges Verhalten, wobei der Wert des Reflexionsgrades R - wie vorstehend erwähnt - um weniger als 10 Prozent nach oben verschoben ist.In the 5 dependence of the reflectance shown R the third embodiment of the laser-weldable composite material according to the invention V from the angle of incidence α of an incident laser light beam L was for a wavelength λ determined from 1064 nm. The reflectivity value marked by a circle R in 5 is consequently identical to the value also marked in 3rd . In the angular range α the reflectance increases from 65 ° to 80 ° R steadily from about 30 percent to about 40 percent. In the 4th The sample shown shows a similar behavior with respect to the angle dependency, the value of the reflectance R - as mentioned above - is shifted upwards by less than 10 percent.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern umfasst alle im Sinne der Erfindung gleichwirkenden Mittel und Maßnahmen. So ist es beispielsweise auch möglich, die keramische Beschichtung der Zwischenschicht 2 aus einem anderen Material als Aluminiumoxid herzustellen. Was die im Rahmen der Erfindung vorteilhaft mögliche Ausbildung des optischen Mehrschichtsystems 3 und die optimale technologische Verfahrensführung bei der Laserverschweißung des erfindungsgemäßen Verbundmaterials V betrifft, wird hinsichtlich weiterer Details in vollem Umfang auf die Dokumente EP 1 217 394 B1 , EP 1 217 315 B1 , EP 2 239 086 A1 , EP 2 336 811 und WO 2011/076448 A1 verwiesen.The present invention is not limited to the exemplary embodiments shown, but rather includes all means and measures having the same effect in the sense of the invention. So it is also possible, for example, the ceramic coating of the intermediate layer 2nd to manufacture from a material other than aluminum oxide. As for the advantageous possible formation of the optical multilayer system within the scope of the invention 3rd and the optimal technological process control in the laser welding of the composite material according to the invention V is concerned with full details of the documents for further details EP 1 217 394 B1 , EP 1 217 315 B1 , EP 2 239 086 A1 , EP 2 336 811 and WO 2011/076448 A1 referred.

Ferner ist die Erfindung nicht auf die im Anspruch 1 definierte Merkmalskombination beschränkt, sondern kann auch durch jede beliebige andere Kombination von bestimmten Merkmalen aller insgesamt offenbarten Einzelmerkmale definiert sein. Dies bedeutet, dass grundsätzlich praktisch jedes Einzelmerkmal des Anspruchs 1 weggelassen bzw. durch mindestens ein an anderer Stelle der Anmeldung offenbartes Einzelmerkmal ersetzt werden kann. Was insbesondere die im erfindungsgemäßen Verbundmaterial vorhandenen Schichten betrifft, so schließt die exemplarisch beschriebene Schichtfolge, bei der die Schichten unmittelbar aneinander grenzen und materialeinheitlich aufgebaut sind, nicht aus, dass in dem Schichtsystem noch weitere Zwischen-, Ober- und/oder Unterschichten vorgesehen sein können bzw. dass die Schichten und/oder Teilschichten, insbesondere die metallische Schicht 8 auf der ersten Seite A des Trägers 1 sowie die Infrarot-Reflexionsschicht 4 und die überwiegend absorptiv für sichtbares Licht wirkende Schicht 5 auf der zweiten Seite B des Trägers 1, selbst wiederum als Multilayer (mehrschichtig) aufgebaut sind. Insofern ist der Anspruch 1 lediglich als ein erster Formulierungsversuch für eine Erfindung zu verstehen.Furthermore, the invention is not limited to the combination of features defined in claim 1, but can also be defined by any other combination of certain features of all the individual features disclosed overall. This means that in principle practically every individual feature of claim 1 can be omitted or replaced by at least one individual feature disclosed elsewhere in the application. As regards in particular the layers present in the composite material according to the invention, the layer sequence described by way of example, in which the layers adjoin one another directly and are constructed from the same material, does not exclude that further intermediate, upper and / or lower layers can be provided in the layer system or that the layers and / or partial layers, in particular the metallic layer 8th on the first page A of the carrier 1 as well as the infrared reflection layer 4th and the layer, which acts predominantly absorptively for visible light 5 on the second page B of the carrier 1 , themselves are constructed as multilayers. In this respect, claim 1 is only to be understood as a first attempt at formulation for an invention.

BezugszeichenlisteReference symbol list

11: Trägercarrier
22nd: Zwischenschicht auf 1, keramische Schicht auf Seite B Intermediate layer on 1 , ceramic layer on hand B
33rd: optisch wirkendes Mehrschichtsystemoptically effective multi-layer system
44th: Infrarot-Reflexionsschicht von 3 Infrared reflective layer from 3rd
55: absorptiv für sichtbares Licht wirkende Schicht von 3 absorptive layer of visible light 3rd
66: obere Schicht von 3 top layer of 3rd
77: keramische Schicht auf 1 (Seite A)ceramic layer 1 (Page A )
88th: metallische Schicht auf 7 (Seite A) metallic layer 7 (Page A )
AA: erste Seite von 1 (mit 7, 8)first page of 1 (With 7 , 8th )
BB: zweite Seite von 1 (mit 2, 3)second page of 1 (With 2nd , 3rd )
DD: (Gesamt-)Dicke von V (Total) thickness of V
D₁ D ₁: Dicke von 1 Thickness of 1
D₂ D ₂: Dicke von 2 Thickness of 2nd
D₃ D ₃: Dicke von 3 Thickness of 3rd
D₄ D ₄: Dicke von 4 Thickness of 4th
D₅ D ₅: Dicke von 5 Thickness of 5
D₆ D ₆: Dicke von 6 Thickness of 6
D₇ D ₇: Dicke von 7 Thickness of 7
D₈ D ₈: Dicke von 8 Thickness of 8th
LL: LaserlichtstrahlLaser light beam
NN: Normalenvektor auf V Normal vector on V
RR: ReflexionsgradReflectance
R0R0: Kurve von R für VergleichsmaterialCurve of R for comparative material
RVRV: Kurve von R für V Curve of R For V
VV: VerbundmaterialComposite material
αα: EinfallswinkelAngle of incidence
λλ: Wellenlängewavelength

Claims

Laser-weldable composite material (V), in particular for a solar collector element, comprising a band-shaped carrier (1), consisting of a metal with high reflectivity, ie with a reflectivity of at least 85 percent, for laser radiation, which has a first side (A) and a second side (B), at least on the first side (A) of which there is a ceramic coating (7), characterized in that, seen from the carrier (1), there is a metallic layer (8) above the ceramic coating (7) and that a thickness (D ₇ ) of the ceramic coating (7) and a thickness (D ₈ ) of the metallic layer are dimensioned such that an overall reflectance (R) determined according to DIN 5036, Part 3 at an angle of incidence (α) in the range of 65 ° to 80 ° of an incident laser light beam (L) with a wavelength (λ) of 1064 nm on the first side (A) of the carrier (1) is less than 60 percent.

Composite material (V) after Claim 1 , characterized in that the ceramic coating (7) on the first side (A) of the support (1) has a thickness (D ₇ ) in the range from 20 nm to 135 nm, preferably in the range from 40 nm to 95 nm.

Composite material (V) after Claim 1 or 2nd , characterized in that the metallic layer (8) on the first side (A) of the carrier (1) has a thickness (D ₈ ) in the range from 5 nm to 25 nm, preferably in the range from 10 nm to 20 nm, particularly preferred of 15 nm.

Composite material (V) according to one of the Claims 1 to 3rd , characterized in that the ceramic coating (7) on the first side (A) of the carrier (1) consists of aluminum oxide.

Composite material (V) according to one of the Claims 1 to 4th , characterized in that the carrier (1) of the composite material consists of aluminum.

Composite material (V) according to the Claims 4 and 5 , characterized in that the aluminum oxide of the ceramic coating (7) on the first side (A) of the carrier (1) consists of anodically oxidized or electrolytically polished and anodically oxidized aluminum of the carrier (1).

Composite material (V) according to one of the Claims 1 to 6 , characterized in that the metallic layer (8) on the first side (A) of the carrier (1) contains chromium and / or titanium or consists entirely of these materials.

Composite material (V) according to one of the Claims 1 to 7 , characterized in that the thickness (D ₇ ) of the ceramic coating (7) and the thickness (D ₈ ) of the metallic layer are dimensioned such that the total reflectance (R) determined according to DIN 5036, Part 3 at the angle of incidence (α) in the range of 65 ° to 80 ° of the incident laser light beam (L) with the wavelength (λ) of 1064 nm on the first side (A) of the carrier (1) is less than 50 percent, preferably less than 40 percent.

Composite material (V) according to one of the Claims 1 to 8th , characterized in that there is a ceramic coating (2) on the second side (B) of the carrier (1), which in particular forms an intermediate layer (2).

Composite material (V) after Claim 9 , characterized in that the ceramic coating (2) on the second side (B) of the carrier (1) is produced in the same way as the ceramic coating (7) on the first side (A) of the carrier (1).

Composite material (V) according to one of the Claims 1 to 10th , characterized in that on the second side (B) of the carrier (1) there is an optically effective multilayer system (3) consisting of at least two layers (4, 5), preferably of at least three layers (4, 5, 6) , consists.

Composite material (V) according to one of the Claims 1 to 11 , characterized in that the metallic layer (8) and / or optionally the optically effective multilayer system (3), at least partially, is applied in a continuous vacuum coil coating process to the ceramic coating (7, 2), which is on the first side (A) and optionally on the second side (B) of the carrier (1).

Composite material (V) after Claim 11 or 12 , characterized in that the optically effective multilayer system (3) comprises two dielectric and / or oxide layers (4, 5), an upper layer (4) which also has an oxide, fluoride, sulfide, nitride, oxynitride and / or carboxynitride layer a refractive index n <1.8, and an underlying layer (5) that acts predominantly absorptively for visible light.

Composite material according to one of the Claims 11 to 13 , characterized in that the optically effective multilayer system (3) comprises three layers (4, 5, 6), one / the upper layer (4) being a dielectric and / or oxide layer, one / which is predominantly absorptive for visible light acting layer (5) forms a middle layer, and a lowermost layer (6) is a metallic infrared reflection layer, which preferably consists of gold, silver, copper, chromium, aluminum and / or molybdenum.

Composite material (V) after Claim 14 , characterized in that the lowermost layer (6) has a thickness (D ₆ ) in the range from 3 nm to 500 nm.

Composite material (V) according to one of the Claims 13 to 15 , characterized in that the layer (5) acting predominantly absorptively for visible light contains a titanium-aluminum mixed oxide TiAlqOx and / or a titanium-aluminum mixed nitride TiAlqNy and / or a titanium-aluminum mixed oxynitride TiAlqOxNy, the indices q, x and y each denote a stoichiometric or non-stoichiometric ratio and lie in the range 0 <q and / or x and / or y <3.

Composite material (V) according to one of the Claims 13 to 16 , characterized in that the layer (5) which acts predominantly absorptively for visible light and has chromium oxide of the chemical composition CrOr and / or chromium nitride of the chemical composition CrNs and / or chromium oxynitride of the chemical composition CrOrNs contains, where the indices r and s each denote a stoichiometric or non-stoichiometric ratio and are in the range 0 <r and / or s <3.

Composite material (V) according to one of the Claims 13 to 17th , characterized in that the upper layer (4) is an oxide layer of titanium, silicon or tin with the chemical composition TiOz, SiOw or SnOv, the indices v, w and z denoting a stoichiometric or non-stoichiometric ratio in the oxide composition and in Range 1 <v and / or w and / or z ≤ 2, preferably in the range 1.9 ≤ v and / or w and / or z ≤ 2.

Composite material (V) after Claim 9 or 10th and after one of the Claims 11 to 18th , characterized in that the ceramic coating (2) on the second side (B) of the carrier (1) consists of anodically oxidized or electrolytically polished and anodically oxidized aluminum of the carrier (1), and under the optically effective multilayer system (3) the carrier (1) forms an intermediate layer (2), which in particular has a thickness (D2) of less than 135 nm, preferably in the range 3 from to 95 nm, particularly preferably in the range from 15 nm to 45 nm, or in particular less than 30 nm, preferably in the range from 15 nm to 25 nm.

Composite material (V) according to one of the Claims 13 to 19th , characterized in that the upper layer (4) of the optical multilayer system (3) has a thickness (D ₄ ) in the range from 3 nm to 500 nm.

Composite material (V) according to one of the Claims 13 to 20th , characterized in that the layer (5) of the optical multilayer system (3) which acts predominantly absorptively for visible light has a thickness (D ₅ ) in the range from 0.01 µm to 1.00 µm.

Composite material (V) according to one of the Claims 13 to 21st , characterized in that a degree of absorption determined according to DIN 5036, Part 3 on the second side (B) of the carrier (1) in the wavelength range from approximately 300 to 2500 nm maximum values of more than 90 percent and in the wavelength range above 2500 nm minimum values of less than 15 percent.

Composite material (V) according to one of the Claims 13 to 22 , characterized in that a total light reflectance determined according to DIN 5036, Part 3 on the second side (B) of the optical multilayer system (3) is less than 5 percent.

Composite material according to one of the Claims 1 to 23 , characterized by a design as a coil with a width of up to 1600 mm and a thickness in the range from approximately 0.1 mm to 1.5 mm, preferably in the range from approximately 0.2 to 0.8 mm.