IT202000018676A1

IT202000018676A1 - Rivestimento assorbitore solare spettralmente selettivo

Info

Publication number: IT202000018676A1
Application number: IT102020000018676A
Authority: IT
Inventors: Salvatore Esposito; Antonio D'angelo; Claudia Diletto; Giorgio Graditi; Antonio Guglielmo
Original assignee: Agenzia Naz Per Le Nuove Tecnologie Lenergia E Lo Sviluppo Economico Sostenibile Enea
Priority date: 2020-07-30
Filing date: 2020-07-30
Publication date: 2022-01-30
Also published as: IL300146A; EP4189304A1; ZA202301155B; WO2022024064A1; US20230349595A1; CN116249862A

Description

DESCRIZIONE

del brevetto per invenzione industriale dal titolo:

?RIVESTIMENTO ASSORBITORE SOLARE SPETTRALMENTE SELETTIVO?

La presente invenzione ? relativa a un rivestimento assorbitore solare spettralmente selettivo per un ricevitore di un impianto solare termico o solare termodinamico.

In particolare, la presente invenzione trova vantaggiosa, ma non esclusiva applicazione, per un ricevitore a forma di tubo, cui la descrizione che segue far? esplicito riferimento senza per questo perdere in generalit?.

Nel seguito del presente documento per materiale metallico si intende un metallo o una lega di metalli; mentre per materiale a comportamento metallico si intende un materiale, diverso da un metallo o da una lega di metalli, ma comunque caratterizzato da buona conducibilit? e alto coefficiente di assorbimento ottico; i nitruri di metalli di transizione e i nitruri di leghe di metalli di transizione, previsti in alcune forme di realizzazione dell?invenzione, sono materiali a comportamento metallico nel senso indicato.

Negli impianti solari termici e termodinamici la radiazione solare ? raccolta per mezzo di un collettore solare e convertita in calore in un elemento ricevitore, all?interno del quale scorre un fluido termovettore. Il calore, immagazzinato e trasportato dal fluido termovettore, pu? essere adoperato tal quale (impianti solari termici) eventualmente trasferendolo ad un altro fluido di processo, oppure pu? essere trasformato in energia elettrica (impianti solari termodinamici) mediante cicli termodinamici ?alimentati? dalla fonte solare.

Con particolare riferimento agli impianti solari termici e termodinamici a collettori lineari parabolici o Fresnel, il ricevitore ha geometria tubolare ed ? uno fra i componenti a pi? alto contenuto tecnologico dell?intero impianto solare. Il tubo ricevitore deve assorbire la maggiore quantit? possibile di radiazione solare su di esso concentrata e, allo stesso tempo, deve disperdere verso l?ambiente esterno la minore quantit? possibile di calore.

Una tale funzione ? svolta da un particolare rivestimento superficiale applicato sul tubo metallico (tipicamente realizzato in acciaio) entro cui scorre il fluido termovettore e indicato nel proseguo con la dicitura ?substrato?. Per assolvere efficacemente a tale funzione, il rivestimento superficiale del ricevitore deve presentare propriet? ottiche di riflettanza, assorbanza ed emissivit? che variano in funzione della lunghezza d?onda. In particolare, al fine di ottenere un ricevitore solare ad elevata efficienza foto-termica, il rivestimento deve presentare un comportamento quanto pi? prossimo a quello ideale, ovvero riflettanza nulla (assorbanza unitaria) nella regione spettrale della radiazione solare (0,3-2,0 ?m) e riflettanza unitaria (assorbanza ed emissivit? nulle) nella regione spettrale dell?infrarosso termico (2,0-40 ?m), con un passaggio (cut-off) a gradino tra le due regioni. Per quanto detto, quando ci si riferisce ai rivestimenti in oggetto ? invalso l?uso del termine ?rivestimento assorbitore spettralmente selettivo? per ricevitori solari.

Per ottenere un simile comportamento, il rivestimento assorbitore spettralmente selettivo ? generalmente formato da una complessa struttura multistrato a film sottili di materiali diversi in cui ogni strato concorre, con propriet? ottiche differenti, alle desiderate prestazioni di elevata assorbanza solare (?s) e bassa emissivit? termica alle temperature di esercizio del ricevitore (?th) ovvero, nel complesso, di elevata efficienza di conversione foto-termica (?pt) del rivestimento.

Generalmente, la struttura multistrato spettralmente selettiva ? a ?tecnologia cermet?. L?acronimo cermet identifica una classe di materiali compositi costituiti, prevalentemente, da una fase ceramica e da una fase metallica nanodisperse l?una nell?altra. La fase metallica pu? essere costituita da un metallo o da un materiale a comportamento metallico. La particolare struttura dei materiali cermet conferisce loro delle propriet? ottiche di elevato assorbimento nella regione spettrale della radiazione solare (0,3-2,0 ?m) e una buona trasparenza nella regione spettrale dell?infrarosso termico (4,0-40 ?m). Tali propriet? ottiche conferiscono, pertanto, un comportamento prossimo a quello ideale sopra descritto.

Generalmente, un rivestimento assorbitore solare a tecnologia cermet comprende un primo strato, costituito da un materiale con un?alta riflettanza nella regione spettrale dell?infrarosso, e uno o pi? strati costituiti da un materiale cermet che assorbe la radiazione solare incidente sul ricevitore e, allo stesso tempo, che sia trasparente alla radiazione nell?infrarosso per non interferire con la funzione riflettente nell?infrarosso del primo strato.

Nel contesto della presente invenzione, ? riportata di seguito una suddivisione dei metalli in funzione del loro potere riflettente nell?infrarosso:

- metalli ad alta riflettanza: Au, Ag, Cu e Al;

- metalli a medio-alta riflettanza: Mo, ?-W

- metalli a media riflettanza: Ti, V, Cr, Zr, Nb, Hf, Ta, ?-W; lega binaria o ternaria di Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, W; nitruri di Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, W; nitruri di leghe binarie e ternarie di Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, W.

Il primo strato ha la funzione di assicurare un basso valore di emissivit? del rivestimento solare in modo tale da minimizzare le perdite termiche per irraggiamento del ricevitore. I materiali adatti a questo scopo sono i metalli i quali, tuttavia, hanno un comportamento alto riflettente anche nella regione dello spettro solare. Per questo motivo sul primo strato metallico si applicano gli strati realizzati in materiale cermet che, come sopra anticipato, assorbono la radiazione solare.

Il comportamento degli strati realizzati in materiale cermet varia al variare del contenuto della componente metallica nel cermet. Infatti, all?aumentare della componente metallica il potere assorbente del cermet cresce ma, allo stesso tempo, diminuisce la sua trasparenza nella regione dell?infrarosso. Per questo motivo in fase di realizzazione dello strato assorbitore del rivestimento solare, gli spessori e il contenuto metallico dei cermet devono essere scelti in modo da sfruttare al meglio il potere riflettente del riflettore ad IR e, allo stesso tempo di avere una transizione ripida dalla regione dello spettro solare alla regione dell'infrarosso. Per assolvere al meglio questa funzione, gli strati assorbitori cermet hanno tipicamente un contenuto della componente metallica decrescente allontanandosi dal riflettore infrarosso.

Infine, il rivestimento solare termina con uno o pi? strati con funzione di filtro antiriflesso, trasparenti nella regione dell?infrarosso, la cui funzione ? di minimizzare la radiazione solare riflessa dal ricevitore.

In estrema sintesi, i rivestimenti assorbitori per tubi ricevitori d?impianti solari termici e termodinamici sono, generalmente, costituiti da una struttura multistrato comprendente:

-uno strato metallico con funzione di riflettore infrarosso del rivestimento assorbitore;

-uno o pi? strati cermet applicati sullo strato metallico, con funzione di assorbitore solare;

-uno o pi? strati tipicamente ceramici, applicati sugli strati cermet, con funzione di filtro antiriflesso.

Lo strato metallico con funzione di riflettere infrarosso, oltre ad avere la funzione di riflettere nell?infrarosso, deve anche possedere una buona stabilit? strutturale e chimico-fisica, buone propriet? di adesione sul substrato su cui si applica, basso coefficiente di diffusione elementale all?interno degli strati sovrastanti e, infine, buone capacit? di bloccare la diffusione di elementi migranti dal substrato su cui ? applicato.

I materiali che soddisfano i requisiti di cui sopra comprendono quelli che sopra sono stati definiti a media riflettanza, quali ad esempio Ti, V, Cr, Zr, Nb, Hf, Ta, W; lega binaria o ternaria di Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, W; nitruri di Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, W; nitruri di leghe binarie e ternarie di Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, W.

Differentemente, i metalli definiti ad alta riflettanza, quali ad esempio Au, Ag, Cu, Al, nonostante offrano le migliori prestazioni in termini di alta riflettanza spettrale, tuttavia trovano una difficile applicazione a causa delle loro scarse propriet? in termini di stabilit? strutturale e chimico-fisica, nonch? di adesione sul substrato, diffusione elementale e barriera. La scarsa capacit? di comportarsi da strato di adesione e da strato barriera, rende problematico l?utilizzo affidabile di Au, Ag, Cu e Al in qualit? di strato metallico con funzione di riflettere infrarosso di un rivestimento assorbitore solare per applicazioni a medio-alta e alta temperatura, anche tenuto conto che tale comportamento peggiora sensibilmente all?aumentare della temperatura.

A tale riguardo era sentita l?esigenza di disporre di un rivestimento assorbitore solare che permettesse l?utilizzo dei suddetti metalli ad alta o medio-alta riflettanza a pi? elevate temperature di esercizio al fine di migliorare, a queste temperature, le prestazioni fototermiche del rivestimento.

Inoltre, era sentita l?ulteriore esigenza d?incrementare la stabilit? di un rivestimento assorbitore solare realizzato con i suddetti metalli ad alta o medioalta riflettanza per poter garantire un minor degrado delle prestazioni durante tutta la vita di esercizio del ricevitore ovvero un tempo di vita maggiore del componente.

Gli inventori della presente invenzione hanno realizzato un rivestimento assorbitore solare in grado di soddisfare entrambe le suddette esigenze. Le caratteristiche tecniche del rivestimento della presente invenzione sono tali da aumentare la stabilit? strutturale dei suddetti metalli ad alta o medio-alta riflettanza, una volta che questi siano inseriti all?interno del rivestimento multistrato.

Un tale aumento di stabilit? strutturale si traduce, rispetto all?arte nota, in pi? elevate temperature di utilizzo dei suddetti metalli ad alta o medio-alta riflettanza con ottenimento di un rivestimento assorbitore solare con prestazioni foto-termiche migliorate a queste temperature.

Inoltre, tale aumento di stabilit? strutturale consente l?ottenimento di un rivestimento assorbitore, realizzato con i suddetti metalli ad alta o medio-alta riflettanza, soggetto a minor degrado delle prestazioni durante tutta la vita di esercizio del ricevitore ovvero con un tempo di vita maggiore del componente.

Infine, il rivestimento assorbitore solare oggetto della presente invenzione offre anche l?importante vantaggio di risultare versatile per l?efficace utilizzo sia in ?tubi ricevitori di tipo evacuato?, operanti fino ad almeno 550 ?C, che in ?tubi ricevitori di tipo non evacuato? o in ?tubi ricevitori operanti in aria?, fino ad almeno 300 ?C.

Oggetto della presente invenzione ? un rivestimento assorbitore solare per un elemento ricevitore di un impianto solare termico e termodinamico le cui caratteristiche essenziali sono riportate nella rivendicazione 1, e le cui caratteristiche preferite e/o ausiliari sono riportate nelle rivendicazioni da 2 a 12.

Un ulteriore oggetto dell?invenzione ? un ricevitore per impianti solari termici e termodinamici comprendente un rivestimento secondo la presente invenzione. Pi? in particolare, il ricevitore ? un tubo ricevitore di tipo evacuato o di tipo non evacuato o operante in aria.

Per tubo ricevitore di tipo evacuato si intende un ricevitore costituito da: un tubo interno (generalmente di acciaio) sulla cui superficie esterna ? applicato un rivestimento assorbitore, un tubo esterno di vetro con trattamento antiriflesso, due giunzioni vetro-metallo a tenuta di vuoto ed elementi compensatori (soffietti) delle dilatazioni termiche differenziali fra tubo interno e tubo di vetro. All?interno dell?intercapedine realizzata fra il tubo interno e il tubo esterno di vetro ? realizzata una depressione preferibilmente inferiore a 1x10<-4 >mbar.

Per tubo ricevitore di tipo non evacuato si intende un ricevitore costituito come il tubo ricevitore di tipo evacuato, con la differenza che nell?intercapedine realizzata fra il tubo interno e il tubo esterno di vetro non ? realizzata la depressione.

Per tubo ricevitore operante in aria si intende un ricevitore costituito dal solo tubo di acciaio sulla cui superficie esterna ? applicato il rivestimento assorbitore.

Nel caso d?impianti solari, in particolare solari termici operanti fino a 300 ?C tipicamente adoperati per la produzione di calore di processo, la soluzione del tubo non evacuato o del tubo operante in aria pu? risultare fortemente attrattiva. Infatti, a fronte di una ridotta efficienza del campo solare dovuta a maggiori perdite termiche del ricevitore, la soluzione del tubo non evacuato o, in particolare, del tubo operante in aria risulta vantaggiosa per un deciso abbattimento del costo d?impianto e una struttura semplice e robusta del componente.

L?invenzione verr? ora descritta secondo degli esempi di realizzazione a scopo esplicativo e non limitativo con l?ausilio delle figure allegate in cui:

?la FIG. 1 illustra schematicamente una vista in sezione di un rivestimento assorbitore spettralmente selettivo secondo una forma di realizzazione generale dell?invenzione, applicato sulla superficie di un substrato; e

?la FIG. 2 illustra schematicamente una vista in sezione della struttura multifunzione di un rivestimento assorbitore spettralmente selettivo secondo una forma di realizzazione generale dell?invenzione;

Di seguito si riporta la lista delle parti indicate nelle figure allegate:

1 Substrato;

2 Rivestimento assorbitore solare spettralmente selettivo;

21 Strato base riflettente nell?infrarosso;

22 Struttura multifunzione;

22a Strato supplementare riflettente nell?infrarosso; 22b Strato stabilizzante;

23 Struttura multistrato cermet assorbente;

24 Struttura multistrato antiriflesso

3 Fluido termovettore

Nelle figure allegate, per una pi? semplice e chiara rappresentazione, gli elementi mostrati non sono stati disegnati necessariamente in scala. Ad esempio, per chiarezza, le dimensioni di alcuni degli elementi possono risultare ingrandite o ridotte rispetto ad altri elementi. In particolare, gli spessori dei singoli strati e delle strutture multistrato del rivestimento assorbitore solare spettralmente selettivo oggetto dell?invenzione, sono ingranditi e non necessariamente in scala; inoltre, nelle figure allegate, anche lo spessore del substrato 1 ? rappresentato non in scala rispetto agli elementi (strati, strutture multistrato) del rivestimento assorbitore solare spettralmente selettivo 2.

Infine, ove ritenuto conveniente, i numeri di riferimento possono essere ripetuti tra le figure e in una stessa figura per indicare elementi corrispondenti o analoghi. A titolo di esempio, in FIG. 2, i numeri di riferimento 22a e 22b sono ripetuti pi? volte e indicano elementi della struttura multifunzione 22 analoghi (per funzione) ma non necessariamente identici (per materiali costituenti e spessori). Gli strati 22a sono tutti strati supplementari riflettenti nell?infrarosso, ma ogni strato 22a della FIG. 2 pu? essere diverso per tipo di metallo costituente e per spessore dello strato. Gli strati stabilizzanti 22b possono essere ceramici o cermet o metallici o a comportamento metallico; ogni singolo strato stabilizzante 22b della FIG. 2, indipendentemente dagli altri strati stabilizzanti 22b, pu? essere ceramico o cermet o metallico o a comportamento metallico e, all?interno di una stessa classe di materiali (es. classe dei materiali ceramici), pu? essere costituito da un materiale diverso; anche gli spessori dei vari strati stabilizzanti 22b possono essere diversi fra loro.

Con riferimento alle figure allegate, la FIG. 1 illustra schematicamente una vista in sezione di un rivestimento assorbitore solare spettralmente selettivo 2 secondo una forma di realizzazione dell?invenzione; in FIG. 1, il rivestimento 2 dell?invenzione ? applicato sulla superficie di un substrato 1 tubolare e comprende, applicati in sequenza: una struttura multistrato riflettente nell?infrarosso comprendente uno strato base riflettente nell?infrarosso 21 e una struttura multifunzione 22, una struttura multistrato cermet assorbente 23 e una struttura multistrato antiriflesso 24. All?interno del tubo ricevitore scorre un fluido termovettore 3.

La FIG. 2 illustra schematicamente una vista in sezione della struttura multifunzione 22.

In FIG. 2, la struttura multifunzione 22 ? costituita da alcuni strati supplementari riflettenti nell?infrarosso 22a e da alcuni strati stabilizzanti 22b che possono essere ceramici e/o cermet e/o metallici e/o a comportamento metallico.

In FIG. 2, in accordo con la precedente FIG. 1 e con quanto previsto dall?invenzione, la struttura multifunzione ? compresa fra lo strato base riflettente nell?infrarosso 21 e la struttura multistrato cermet assorbente 23.

Strato base riflettente nell?infrarosso 21 Come evidenziato in precedenza, nell?invenzione lo strato base riflettente nell?infrarosso 21 ha la funzione di riflettore infrarosso del rivestimento assorbitore 2, di strato barriera e di strato di adesione per la sovrastante struttura multifunzione 22. In alcune forme di realizzazione dell?invenzione, una funzione potrebbe essere prevalente rispetto alle altre.

Si elencano di seguito in termini generali le caratteristiche fondamentali di un materiale riflettente nell?infrarosso candidabile ad essere adoperato in un rivestimento assorbitore che deve operare in vuoto ad alta temperatura (T ? 550 ?C) e in aria a media temperatura (T ? 300 ?C):

a. alta riflettanza spettrale nell?intervallo 2,0 ? 40 ?m;

b. stabilit? strutturale e chimico-fisica in vuoto (in genere a p ? 1x10-4 mbar), alla temperatura di esercizio del rivestimento assorbitore di almeno 550 ?C;

c. stabilit? strutturale e chimico-fisica in aria, alla temperatura di esercizio del rivestimento assorbitore di almeno 300 ?C;

d. propriet? di adesione sul substrato;

e. basso coefficiente di diffusione elementale del materiale che costituisce il riflettore infrarosso all?interno degli strati sovrastanti, alla temperatura di esercizio del rivestimento assorbitore;

f.capacit? di comportarsi da strato barriera, alla temperatura di esercizio del rivestimento assorbitore, per fenomeni di diffusione di elementi migranti dal substrato su cui ? applicato il rivestimento assorbitore.

Tra i materiali metallici e i materiali a comportamento metallico ve ne sono molti in grado di soddisfare la maggior parte delle caratteristiche sopra elencate, tuttavia nessuno di essi ? in grado di soddisfarle tutte contemporaneamente; di qui la scelta di individuare innanzitutto, come strato base riflettente nell?infrarosso, materiali metallici o materiali a comportamento metallico in grado di assicurare stabilit? strutturale e chimico-fisica all?intero rivestimento assorbitore nelle condizioni di funzionamento previste dall?applicazione di destinazione. In altre parole, tali materiali metallici o materiali a comportamento metallico devono avere, nelle condizioni operative del rivestimento assorbitore, una buona stabilit? strutturale e chimico-fisica, buone propriet? di adesione sul substrato su cui si applicano, basso coefficiente di diffusione elementale all?interno degli strati sovrastanti e, infine, buone capacit? di bloccare la diffusione di elementi migranti dal substrato su cui il materiale metallico o il materiale a comportamento metallico ? applicato. Molti metalli di transizione e loro leghe binarie e ternarie posseggono le caratteristiche appena indicate; in particolare, come strato base riflettente nell?infrarosso, si pu? scegliere uno tra i seguenti metalli di transizione Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, W oppure una lega binaria o ternaria dei suddetti metalli di transizione. Anche i nitruri di Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, W cos? come i nitruri delle loro leghe binarie e ternarie sono materiali che hanno caratteristiche tali da poter essere impiegati come strato base riflettente nell?infrarosso.

Il W presenta due fasi cristalline: il W in fase ? pu? essere inserito fra i materiali a medio-alta riflettanza mentre il W in fase ? fra i materiali a media riflettanza.

Ti, Zr, Mo, W, TiN e ZrN sono i candidati preferiti per costituire lo strato base riflettente nell?infrarosso 21 dell?invenzione. Infatti, tali materiali possono svolgere efficacemente le funzioni di primo riflettore infrarosso, di strato barriera e di strato di adesione. Inoltre, essi posseggono un?ottima stabilit? strutturale e chimico-fisica ad alta temperatura di funzionamento e sono caratterizzati da bassi coefficienti di diffusione elementale.

Riassumendo, l?invenzione prevede che lo strato base riflettente nell?infrarosso 21 sia costituito da un metallo di transizione selezionato fra Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, W oppure da una lega binaria o ternaria dei suddetti metalli di transizione oppure da un nitruro di uno dei suddetti metalli di transizione oppure da un nitruro di una lega binaria o ternaria dei suddetti metalli di transizione.

Lo spessore dello strato base riflettente nell?infrarosso 21 ? compreso fra 1 e 250 nm, preferibilmente compreso fra 90 e 150 nm. In questo modo si garantisce che lo strato possa efficacemente assolvere alle funzioni di primo riflettore infrarosso, di strato barriera e di strato di adesione.

Secondo alcune forme di realizzazione preferite dell?invenzione, lo strato base riflettente nell?infrarosso 21 ? costituito da: Ti, Zr, Mo, W, TiN e ZrN.

Struttura multifunzione 22

Come evidenziato in precedenza, nell?invenzione ? previsto che sullo strato base riflettente nell?infrarosso 21 sia applicata una struttura multifunzione 22.

Tale struttura multifunzione 22 ? costituita da uno o pi? strati supplementari riflettenti nell?infrarosso 22a e da almeno uno o pi? strati stabilizzanti 22b costituiti da materiale ceramico o cermet o metallico o a comportamento metallico o da una combinazione degli stessi strati.

Gli strati supplementari riflettenti nell?infrarosso 22a hanno la funzione d?incrementare la riflettanza nell?infrarosso dello strato base riflettente nell?infrarosso 21 e, di conseguenza, dell?intero rivestimento assorbitore 2, ovvero di migliorarne l?emissivit? termica. Alla luce di quanto gi? precedentemente discusso, i metalli candidabili ad assolvere alla funzione d?incrementare la riflettanza nell?infrarosso del rivestimento assorbitore 2, sono quelli:

a. ad alta riflettanza (Au, Ag, Cu e Al), laddove lo strato base riflettente nell?infrarosso 21 sia costituito da un materiale a media o a medio-alta riflettanza;

b. a medio-alta riflettanza (Mo, ?-W), laddove lo strato base riflettente nell?infrarosso 21 sia costituito da un materiale a media riflettanza.

Con riferimento ai metalli ad alta riflettanza, Au, Ag, Cu e Al hanno valori di riflettanza molto alti gi? a partire dal vicino infrarosso (1,0 ? 2,0 ?m) e ci? consente un ?cutoff? ottico a risalita molto ripida nel passaggio dalla zona di assorbanza solare a quella di emissivit? termica; tale comportamento ? vantaggioso dal punto di vista della selettivit? spettrale del rivestimento assorbitore consentendo bassi valori di emissivit? anche in presenza di alte temperature di esercizio. Inoltre, l?impiego di Au, Ag, Cu e Al rimane vantaggioso per le limitate variazioni dell?indice di rifrazione (n) e del coefficiente d?estinzione (k) di questi metalli all?aumentare della temperatura, con conseguente ridotto abbassamento della riflettanza spettrale nell?infrarosso e contenuto peggioramento dell?emissivit? termica anche ad alte temperature di esercizio.

Per quanto detto, dal punto di vista delle propriet? ottiche Au, Ag, Cu e Al sono i metalli d?elezione per incrementare la riflettanza nell?infrarosso di un rivestimento assorbitore ovvero migliorarne l?emissivit? termica.

A fronte del vantaggioso comportamento ottico di Au, Ag, Cu e Al, questi metalli presentano:

- propriet? di adesione superficiale molto scadenti sul materiale tipicamente adoperato per la parte del ricevitore solare che funge da substrato per il rivestimento assorbitore, e in particolare scarsa adesione su acciaio;

- scarsa capacit? di comportarsi da strato barriera rispetto a fenomeni di diffusione di elementi migranti dal substrato su cui ? applicato il rivestimento assorbitore, e in particolare degli alliganti dell?acciaio.

La scarsa capacit? di comportarsi da strato di adesione e da strato barriera, impedisce l?utilizzo di Au, Ag, Cu e Al in qualit? di primo strato di un rivestimento assorbitore solare per applicazioni a medio-alta e alta temperatura, anche tenuto conto che tale comportamento peggiora sensibilmente all?aumentare della temperatura.

In base a quanto detto, l?impiego di Ag, Al, Cu, Au nella struttura multifunzione 22, al fine d?incrementare le prestazioni termiche basso-emissive del rivestimento assorbitore solare spettralmente selettivo 2, richiede sempre la presenza di uno strato sottostante che operi da strato di adesione e da strato barriera: l?invenzione prevede espressamente che questa funzione sia svolta dallo strato base riflettente nell?infrarosso 21 costituito da materiali opportunamente selezionati allo scopo. In altri termini, l?interposizione dello strato base riflettente nell?infrarosso 21, di materiale opportunamente selezionato, fra il substrato 1 e la struttura multifunzione 22 migliora l?adesione sull?acciaio (o su altro materiale che costituisce il substrato) e provvede ad un efficace effetto barriera nei confronti della diffusione degli elementi provenienti dal materiale del substrato.

Oltre ai problemi gi? evidenziati, Au, Ag, Cu e Al sono soggetti ad una serie di fenomeni intrinseci fortemente dipendenti dalla temperatura, quali riorientamento cristallino e variazione della dimensione del grano cristallino:

- Au, Ag, Cu e Al, depositati in forma di film sottile, presentano ?as-grown? una orientazione cristallina preferenziale e una serie di orientazioni secondarie; ad alta temperatura tali metalli possono subire fenomeni di riorientamento cristallino, ovvero ricristallizzazione, con modifica strutturale del film depositato.

- Au, Ag, Cu e Al, depositati in forma di film sottile, presentano ?as-grown? grani di una certa dimensione; ad alta temperatura sono possibili fenomeni di aggregazione, ovvero coalescenza, con accrescimento della dimensione del grano cristallino e conseguente modifica strutturale del film depositato.

I fenomeni intrinseci di riorientameno e di coalescenza comportano che uno strato metallico alto riflettente costituito da uno fra Au, Ag, Cu e Al, non essendo esso stesso stabile strutturalmente, pu? compromettere la stabilit? strutturale dell?intero rivestimento in cui ? inserito.

Un ulteriore problema connesso all?impiego di Au, Ag, Cu e Al in un rivestimento assorbitore solare ? l?elevato coefficiente di diffusione di questi metalli in un?ampia classe di materiali tipicamente impiegati nei rivestimenti assorbitori per ricevitori solari. Tale comportamento alto diffusivo di Au, Ag, Cu e Al peggiora significativamente all?aumentare della temperatura. Nella fattispecie, la diffusione all?interfaccia fra metallo (Au, Ag, Cu e Al) e cermet assorbitore comporta modifiche della composizione degli strati adiacenti e possibili reazioni chimiche fra i diversi materiali degli strati, con conseguente scadimento delle propriet? del riflettore infrarosso e delle propriet? assorbenti del cermet. La scarsa stabilit? chimico-fisica del rivestimento assorbitore, dovuta alla variazione della stechiometria o della composizione degli strati cermet e del riflettore infrarosso, ? esaltata ad elevata temperatura e su lunghi tempi operativi.

Riassumendo, all?aumentare della temperatura operativa di un rivestimento assorbitore solare, l?impiego di metalli ad alta riflettanza (quali Au, Ag, Cu e Al) a fronte del potenziale miglioramento della riflettanza nell?infrarosso del rivestimento, comporta instabilit? strutturale e chimico-fisica del rivestimento con degrado delle prestazioni foto-termiche nel tempo.

Pertanto l?impiego di Au, Ag, Cu e Al in un rivestimento assorbitore solare che risulti, oltre che ad alta efficienza foto-termica, anche di elevata durabilit?, implica la necessit? di ?stabilizzare? questi metalli alto riflettenti ovvero di mitigare le problematiche connesse al riorientamento cristallino, alla coalescenza e all?elevato coefficiente di diffusione.

Per ovviare ai problemi connessi all?impiego di Au, Ag, Cu e Al in qualit? di strato supplementare riflettente nell?infrarosso 22a, l?invenzione prevede tutta una serie d?innovazioni che si concretizzano in una struttura multifunzione 22 applicata sullo strato base riflettente nell?infrarosso 21. Tale struttura multifunzione 22 ? costituita da uno o pi? strati riflettenti definiti come strati supplementari riflettenti nell?infrarosso 22a e realizzati con metalli selezionati fra Au, Ag, Cu e Al e da uno o pi? strati stabilizzanti 22b di materiali opportunamente selezionati per assolvere ad una o pi? funzioni quali migliorare la stabilit? strutturale intrinseca degli strati supplementari riflettenti nell?infrarosso 22a, fungere da barriera rispetto alla diffusione dei metalli che compongono gli strati supplementari riflettenti nell?infrarosso 22a migliorando, cos?, la stabilit? chimico-fisica dell?intero rivestimento assorbitore 2 e fungere da strato di adesione per la sovrastante struttura multistrato cermet assorbente 23. Da cui la struttura multistrato 22 dell?invenzione ? definita ?struttura multifunzione? 22.

Nella fattispecie, quanto sopra si realizza con le innovazioni di seguito illustrate.

L?invenzione prevede di adottare strati supplementari riflettenti nell?infrarosso 22a di spessore sufficientemente grande da garantire prestazioni ottiche prossime a quelle del materiale ?bulk?, ma sufficientemente piccolo da mitigare i fenomeni intrinseci di riorientamento cristallino e coalescenza.

Nel solo caso di strati supplementari riflettenti nell?infrarosso 22a costituiti da Ag, l?invenzione prevede di migliorare la stabilit? intrinseca del materiale fabbricandolo mediante processi di sputtering ad alta potenza condotti in atmosfera di gas argon azoto, in luogo dell?atmosfera di solo gas argon tipica della deposizione dei metalli. L?alta potenza consente di avere atomi di Ag molto energetici (elevata mobilit?) in grado di partecipare alla crescita dello strato di Ag ma, allo stesso tempo, l?immissione addizionale di azoto consente solo agli atomi pi? energetici di partecipare alla crescita del film. In pratica, il processo di crescita sar? ad alta energia e a bassa velocit? di crescita, condizione preferenziale per la formazione di una struttura cristallina del film di Ag prossima alla condizione ideale di formazione di un monocristallo (che presenta fenomeni intrinseci di ricristallizzazione e coalescenza virtualmente assenti).

Come pocanzi illustrato, con particolare riferimento alle forme di realizzazione in cui lo strato o gli strati supplementari riflettenti nell?infrarosso 22a sono costituiti da Au, Ag, Cu e Al, l?invenzione prevede che lo strato o gli strati stabilizzanti 22b della struttura multifunzione 22 possano assolvere ad una o pi? funzioni quali:

-migliorare la stabilit? strutturale intrinseca dello strato o degli strati metallici alto riflettenti 22a; -fungere da barriera rispetto alla diffusione dei metalli alto riflettenti;

-fungere da strato di adesione per la sovrastante struttura multistrato cermet assorbente 23.

Per assolvere a queste funzioni, i materiali costituenti lo strato o gli strati stabilizzanti 22b della struttura multistrato multifunzione 22 devono essere:

- ad alta temperatura, stabili e chimicamente inerti nei confronti dei metalli che costituiscono lo strato o gli strati supplementari riflettenti nell?infrarosso 22a;

- trasparenti nella regione spettrale dell?infrarosso o applicati in forma di film sufficientemente sottile, al fine di non compromettere il comportamento ottico alto riflettente dell?intera struttura multifunzione 22;

- sufficientemente compatti e, una volta applicati sullo strato supplementare riflettente nell?infrarosso 22a, tali da garantirne una copertura conformale;

- in grado di formare forti legami all?interfaccia con il metallo dello strato supplementare riflettente nell?infrarosso 22a in modo da ottenere una forte adesione fra strati 22a e 22b attigui.

Inoltre, per una forte adesione fra struttura multifunzione 22 e struttura multistrato cermet assorbente 23, il solo materiale costituente l?ultimo strato della struttura multifunzione 22 deve essere in grado di formare forti legami all?interfaccia con il materiale cermet della sovrastante struttura multistrato cermet assorbente 23.

Si evidenzia che materiali con tali caratteristiche, sono potenzialmente in grado di migliorare la stabilit? strutturale intrinseca di Au, Ag, Cu e Al e di svolgere un?efficace funzione di blocco dei processi di diffusione di tali metalli alto riflettenti.

L?invenzione individua i materiali candidabili ad assolvere ad una o pi? funzioni quali migliorare la stabilit? strutturale intrinseca dei metalli degli strati supplementari riflettenti nell?infrarosso 22a, fungere da barriera rispetto alla diffusione dei metalli degli strati supplementari riflettenti nell?infrarosso 22a, migliorando la stabilit? chimico-fisica dell?intero rivestimento assorbitore 2 e fungere da strato di adesione per la sovrastante struttura multistrato cermet assorbente 23.

L?invenzione raggruppa i suddetti materiali nelle seguenti categorie: ossidi ceramici, nitruri ceramici, cermet a base di ossidi, cermet a base di nitruri, metalli di transizione e loro leghe, nitruri a comportamento metallico.

Con riferimento ai materiali che costituiscono gli strati metallici degli strati supplementari riflettenti nell?infrarosso 22a, nell?ambito dell?invenzione ? possibile l?impiego di metalli a medio-alta riflettanza (Mo e ?-W) laddove il sottostante strato base riflettente nell?infrarosso 21 sia costituito da un materiale a media riflettanza.

L?ottima stabilit? strutturale e chimico-fisica e il basso coefficiente di diffusione di Mo e W possono essere ulteriormente migliorati alternando, all?interno di una struttura multifunzione 22, questi materiali in forma di sottili strati supplementari riflettenti nell?infrarosso 22a a strati stabilizzanti 22b ceramici, cermet, metallici o a comportamento metallico.

L?impiego di questi metalli a medio-alta riflettanza ? preferibile laddove si voglia raggiugere lo scopo di rendere disponibile un rivestimento assorbitore spettralmente selettivo 2 per ricevitori solari che presenti prestazioni foto-termiche (?s, ?th) almeno allineate e stabilit? (durabilit?, vita utile) incrementata rispetto allo stato dell?arte della tecnica nota dei rivestimenti per applicazioni ad alta temperatura (fino ad almeno 550 ?C) in vuoto (p ? 1x10-4 mbar). Inoltre, questi metalli a medioalta riflettanza sono i migliori candidati per realizzare un rivestimento assorbitore solare spettralmente selettivo 2 ad elevata versatilit? di utilizzo potendo essere adoperato, con eccellenti prestazioni foto-termiche (alta ?s, bassa ?th) ed elevata stabilit? (durabilit?, vita utile), in applicazioni fino ad almeno 300 ?C in aria.

Riassumendo, l?invenzione prevede che gli strati supplementari riflettenti nell?infrarosso 22a della struttura multistrato multifunzione 22 del rivestimento assorbitore solare spettralmente selettivo 2 siano costituiti da uno o pi? metalli selezionati fra Al, Cu, Ag, Au, Mo, W.

Per applicazioni ad alta temperatura (fino ad almeno 550 ?C) in vuoto (p ? 1x10-4 mbar), laddove si voglia ottenere un rivestimento assorbitore 2 con prestazioni fototermiche (?s e ?th) superiori e stabilit? (durabilit?, vita utile) almeno allineata rispetto allo stato dell?arte della tecnica nota, l?invenzione prevede l?impiego di Ag e Au in qualit? di strato supplementare riflettente nell?infrarosso 22a considerata la bassa temperatura di fusione di Al e l?alto coefficiente di diffusione di Cu rispetto ad Au e Ag.

In particolare, tenuto conto del costo nettamente inferiore di Ag rispetto ad Au, forme di realizzazione preferite dell?invenzione prevedono che gli strati supplementari riflettenti nell?infrarosso 22a costituiti da Ag.

Per applicazioni ad alta temperatura (fino ad almeno 550 ?C) in vuoto (p ? 1x10-4 mbar), laddove si voglia ottenere un rivestimento assorbitore 2 con prestazioni fototermiche (?s e ?th) almeno allineate e stabilit? (durabilit?, vita utile) incrementata rispetto allo stato dell?arte della tecnica nota, forme di realizzazioni preferite dell?invenzione prevedono l?impiego di Mo e ?-W in qualit? di strato supplementare riflettente nell?infrarosso 22a.

Infine, per applicazioni fino ad almeno 300 ?C in aria, laddove si voglia ottenere un rivestimento assorbitore 2 particolarmente versatile con eccellenti prestazioni fototermiche (alta ?s, bassa ?th) ed elevata stabilit? (durabilit?, vita utile), forme di realizzazioni preferite dell?invenzione prevedono l?impiego di Mo e ?-W in qualit? di strato supplementare riflettente nell?infrarosso 22a.

Come gi? evidenziato, l?invenzione raggruppa i materiali candidabili a costituire gli strati stabilizzanti 22b nelle seguenti categorie: ossidi ceramici, nitruri ceramici, cermet a base di ossidi, cermet a base di nitruri, metalli di transizione e loro leghe, nitruri a comportamento metallico.

Nella fattispecie, alcune forme di realizzazione dell?invenzione prevedono che gli strati stabilizzanti 22b siano ceramici e, in particolare, siano costituiti da un ossido di un metallo di transizione selezionato fra Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, W o di una lega binaria o ternaria di questi metalli di transizione, oppure da un ossido di Al o di Si o di una lega binaria di Al e Si, oppure da un nitruro di Al o di Si o di una lega binaria di Al e Si. Lo spessore di ogni strato stabilizzante 22b realizzato in materiale ceramico, ? preferibilmente compreso fra 5 e 120 nm. Secondo alcune forme di realizzazione preferite dell?invenzione, gli strati stabilizzanti 22b realizzati in materiale ceramico sono costituiti da Al2O3, SiO2, Si3N4, AlN, ossidi e nitruri di leghe binarie di Al e Si; in tali forme di realizzazione preferite dell?invenzione, Al2O3, SiO2, Si3N4, AlN possono essere sia in forma sub-stechiometrica che stechiometrica.

Altre forme di realizzazione dell?invenzione prevedono che gli strati stabilizzanti 22b siano realizzati in cermet e, in particolare, siano cermet in cui la componente metallica ? costituita da un metallo di transizione selezionato fra Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, W o da una lega binaria o ternaria di questi metalli di transizione, e in cui la componente ceramica ? costituita da un ossido di Al o di Si o di una lega binaria di Al e Si oppure da un nitruro di Al o di Si o di una lega binaria di Al e Si. Lo spessore di ogni strato stabilizzante 22b costituito da cermet ? preferibilmente compreso fra 5 e 50 nm. Secondo alcune forme di realizzazione preferite dell?invenzione, negli strati stabilizzanti 22b il cermet ? costituito da Zr-SiO2, Ti-AlN, Ti-Si3N4, Ta-Si3N4, Zr-Si3N4, Mo-Si3N4, W-Si3N4, Cr-Si3N4.

Ulteriori forme di realizzazione dell?invenzione prevedono che gli strati stabilizzanti 22b siano metallici e, in particolare, siano costituiti da un metallo di transizione selezionato fra Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, W oppure da una lega binaria o ternaria dei suddetti metalli di transizione. Lo spessore di ogni strato stabilizzante 22b metallico ? preferibilmente compreso fra 5 e 20 nm. Secondo alcune forme di realizzazione preferite dell?invenzione, gli strati stabilizzanti 22b sono costituiti da Ti, leghe binarie di Ti e W, leghe binarie di Ta e W.

Infine, come ultime forme di realizzazione l?invenzione prevede che gli strati stabilizzanti 22b siano realizzati con materiali a comportamento metallico e, in particolare, siano costituiti da un nitruro di un metallo di transizione selezionato fra Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, W oppure da un nitruro di una lega binaria o ternaria di questi metalli di transizione. Lo spessore di ogni strato stabilizzante 22b realizzato con materiale a comportamento metallico ? preferibilmente compreso fra 5 e 20 nm. Secondo alcune forme di realizzazione preferite dell?invenzione, gli strati stabilizzanti 22b sono costituiti da TiN, ZrN, NbN, MoN, TaN, WN, nitruro di una lega binaria di Ti e Zr.

Tenuto conto di tutto quanto illustrato precedentemente, la stabilizzazione dello strato supplementare riflettente nell?infrarosso 22a all?interno della struttura multistrato multifunzione 22, si consegue mediante l?impiego di strati stabilizzanti 22b di materiali ceramici o cermet o metallici o a comportamento metallico opportunamente selezionati.

In linea di principio, per la stabilizzazione dello strato metallico alto riflettente sottile 22a, possono essere impiegati pi? strati stabilizzanti 22b, tendenzialmente di materiali diversi e ciascuno in grado di migliorare la stabilit? strutturale intrinseca dello strato supplementare riflettente nell?infrarosso 22a e/o fungere da barriera rispetto alla diffusione del metallo dello strato supplementare riflettente nell?infrarosso 22a e/o fungere da strato di adesione.

Per semplicit?, economicit? e velocit? del processo di fabbricazione del componente ?ricevitore solare?, ? vantaggioso che la stabilizzazione dello strato supplementare riflettente nell?infrarosso 22a sia realizzata mediante l?impiego di un singolo strato stabilizzante 22b costituito da un materiale che assolve a tutte le funzioni suddette.

L?invenzione prevede per la struttura multifunzione 22 una configurazione minima a due strati, applicata sullo strato base riflettente nell?infrarosso 21: un primo strato supplementare riflettente nell?infrarosso 22a e un secondo strato stabilizzante 22b.

Forme di realizzazioni preferite dell?invenzione prevedono l?impiego di una struttura multifunzione 22 costituita da una coppia di strati formata da uno strato supplementare riflettente nell?infrarosso 22a e da uno strato stabilizzante 22b realizzato in materiale ceramico ovvero da una coppia di strati formata da uno strato supplementare riflettente nell?infrarosso 22a e da uno strato stabilizzante 22b realizzato in materiale cermet.

Rimane inteso che, come evidenziato in precedenza, lo strato supplementare riflettente nell?infrarosso 22a deve avere spessore sufficientemente grande da garantire prestazioni ottiche prossime a quelle del materiale ?bulk?, ma sufficientemente piccolo da mitigare i fenomeni intrinseci di riorientamento cristallino e coalescenza.

Adoperare uno strato supplementare riflettente nell?infrarosso 22a di spessore piccolo comporta prestazioni ottiche di riflettanza nell?infrarosso del rivestimento assorbitore 2, sicuramente incrementate rispetto a quelle ottenibili con il solo strato base riflettente nell?infrarosso 21, ma che possono essere ulteriormente migliorate mediante la ripetizione del numero di coppie ?strato supplementare riflettente nell?infrarosso 22a /strato stabilizzante 22b in materiale ceramico?, ovvero di coppie ?strato supplementare riflettente nell?infrarosso 22a / strato stabilizzante 22b realizzato in cermet?.

In altri termini, la riflettanza nell?infrarosso del rivestimento assorbitore solare spettralmente selettivo 2 crescer? all?aumentare del numero di coppie ?strato metallico alto riflettente 22a / strato ceramico 22b?, ovvero di coppie ?strato metallico alto riflettente 22a / strato cermet 22b?, che compongono la struttura multifunzione 22.

Premesso che, in generale l?invenzione prevede che la struttura multifunzione 22 sia costituita da un numero massimo di strati pari a 30, disposti in modo tale da incrementare le prestazioni termiche basso emissive e di stabilit? del rivestimento assorbitore solare spettralmente selettivo 2, in forme di realizzazione preferite dell?invenzione la struttura multifunzione 22 ? costituita da una coppia di strati ?strato metallico alto riflettente 22a / strato ceramico 22b?, ovvero da una coppia di strati formata da ?strato metallico alto riflettente 22a / strato cermet 22b?, ciascuna coppia ripetuta fino a un massimo di 15 volte. In tali forme di realizzazione preferite, sia lo strato metallico alto riflettente 22a, sia lo strato stabilizzante 22b ceramico o cermet costituenti la coppia, hanno uno spessore da 5 a 40 nm.

Struttura multistrato cermet assorbente 23 Come evidenziato in precedenza, nell?invenzione la struttura multistrato cermet assorbente 23 ha la funzione di assorbitore del rivestimento solare spettralmente selettivo 2.

I cermet sono materiali compositi costituiti da una fase ceramica e da una fase metallica nanodisperse l?una nell?altra. Questa particolare struttura conferisce ai cermet le propriet? ottiche di elevato assorbimento nella regione spettrale della radiazione solare e buona trasparenza nella regione spettrale dell?infrarosso termico, in modo da non interferire con la funzione riflettente nell?infrarosso della sottostante struttura multifunzione 22 e dello strato base riflettente nell?infrarosso 21.

Un materiale cermet, per essere impiegato efficacemente nel rivestimento assorbitore 2 dell?invenzione, deve essere dotato di elevata stabilit? intrinseca e, pertanto, i materiali costituenti le sue fasi devono possedere caratteristiche di elevata stabilit? strutturale e chimicofisica alle alte temperature; inoltre questi materiali devono possedere un coefficiente di diffusione molto basso alle alte temperature.

L?invenzione individua una serie di materiali costituenti la fase metallica del cermet assorbitore della struttura multistrato cermet assorbente 23, che possiedono le caratteristiche sopra illustrate. In alcune forme di realizzazione dell?invenzione, la fase metallica del cermet ? costituita da un metallo di transizione selezionato fra Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, W. In altre forme di realizzazione, la fase metallica del cermet ? costituita da una lega binaria o ternaria di metalli di transizione selezionati fra Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, W.

L?invenzione individua, inoltre, una serie di materiali costituenti la fase ceramica del cermet assorbitore della struttura multistrato cermet assorbente 23 che possiedono le caratteristiche sopra illustrate. In alcune forme di realizzazione dell?invenzione, la fase ceramica del cermet ? un ossido e, in particolare, ? costituita da un ossido di Al oppure da un ossido di Si oppure da un ossido di una lega binaria di Al e Si. In altre forme di realizzazione, la fase ceramica del cermet ? un nitruro e, in particolare, ? costituita da un nitruro di Al oppure da un nitruro di Si oppure da un nitruro di una lega binaria di Al e Si.

Nell?ambito dei materiali che l?invenzione individua come idonei ed efficaci per costituire la fase metallica e la fase ceramica del cermet assorbitore, in forme di realizzazioni preferite dell?invenzione, la struttura multistrato cermet assorbente 23 ? composta da un metallo di transizione selezionato fra Ti, Zr, Mo, W e da un materiale ceramico costituito da un ossido di Al. In ulteriori forme di realizzazioni preferite dell?invenzione, la struttura multistrato cermet assorbente 23 ? composta da un metallo di transizione selezionato fra Ti, Zr, Mo, W e da un materiale ceramico costituito da un nitruro di Al.

Strutture multistrato cermet assorbente 23 con componente ceramica di tipo ossido, sono di pi? difficile fabbricazione rispetto al caso di cermet con componente ceramica di tipo nitruro.

Per la realizzazione degli strati cermet la tecnica di deposizione pi? adoperata ? quella del co-sputtering reattivo, cio? lo sputtering simultaneo, in gas argon gas reattivo (O2, N2), a partire da target di materiale diverso, con almeno un target in grado di produrre la componente metallica del cermet e almeno un target in grado di produrre la componente ceramica del cermet.

Per ottenere un cermet a base di ossidi con le desiderate propriet? ottiche, la quantit? di O2 da utilizzare nel processo di deposizione deve essere sufficientemente alta da ossidare il metallo della componente ceramica del cermet, ma sufficientemente bassa da minimizzare l?ossidazione della componente metallica del cermet. Al fine di ottenere stabilit? e riproducibilit? delle condizioni di processo, ? indispensabile implementare processi di cosputtering reattivo ?in regime di transizione? che necessitano di sistemi di controllo del flussaggio di gas reattivo di difficile regolazione a causa dell?alta reattivit? di O2.

A fronte della difficile messa a punto del processo di fabbricazione dei cermet a base di ossidi, l?impiego di questi materiali comporta un vantaggio importante in termini di massima velocit? di deposizione raggiungibile rispetto ai cermet a base di nitruri; infatti, l?alta reattivit? di O2 rispetto a N2 consente di ossidare una maggior quantit? di metallo nell?unit? di tempo e, quindi, consente d?incrementare la velocit? di deposizione dei cermet a base di ossidi rispetto a quelli a base di nitruri.

Come evidenziato in precedenza, forme di realizzazione preferite dell?invenzione prevedono l?impiego di cermet assorbitori con fase ceramica costituita da un ossido di Al. La scelta ? motivata dall?elevata stabilit? strutturale e chimico-fisica che questo materiale ceramico presenta in vuoto anche a temperature molto alte (ben superiori a 550 ?C). Inoltre, tale materiale ceramico presenta un?elevata stabilit? anche in aria ad alta temperatura (ben superiore a 300 ?C) che lo rende materiale d?elezione per l?impiego in qualit? di fase ceramica del cermet della struttura multistrato cermet assorbente 23 del rivestimento assorbitore 2 dell?invenzione per applicazioni in ricevitori non evacuati o operanti in aria.

Strutture multistrato cermet assorbenti 23 con materiali con componente ceramica di tipo nitruro, sono di pi? semplice fabbricazione rispetto al caso di cermet con componente ceramica di tipo ossido.

Per ottenere un cermet a base di nitruri con le desiderate propriet? ottiche, la quantit? di N2 da utilizzare nel processo di deposizione deve essere sufficientemente alta da nitrurare il metallo della componente ceramica del cermet, ma sufficientemente bassa da minimizzare la nitrurazione della componente metallica del cermet. A causa della bassa reattivit? di N2 ? possibile implementare processi di co-sputtering reattivo ad elevata stabilit? e riproducibilit?, sia ?in regime di transizione? sia ?in regime di saturazione?.

Nel caso di processi in transizione, sebbene rimanga necessario un sistema di controllo del flussaggio di gas reattivo, la sua gestione risulta essere di pi? semplice regolazione, consentendo una pi? elevata velocit? di deposizione rispetto al caso di processi in saturazione. Rimane inteso che i processi di co-sputtering reattivo in saturazione per la fabbricazione di cermet a base di nitruri risultano vantaggiosi in assoluto per semplicit? di messa a punto ed elevata ripetibilit?.

Come evidenziato in precedenza, forme di realizzazione preferite dell?invenzione prevedono l?impiego di cermet assorbitori con fase ceramica costituita da un nitruro di Al; la scelta ? motivata dall?elevata stabilit? strutturale e chimico-fisica che questo materiale ceramico presenta in vuoto anche a temperature molto alte (ben superiori a 550 ?C).

La struttura multistrato cermet assorbente 23 dell?invenzione pu? essere formata da un singolo strato cermet o da pi? strati cermet, fino a un massimo di 40.

L?impiego di pi? strati cermet consente di minimizzare il disadattamento ottico che la radiazione solare incontra propagandosi all?interno del rivestimento assorbitore 2 e, quindi, di massimizzare l?assorbimento della radiazione solare da parte della struttura multistrato cermet assorbente 23. Per ottenere questo comportamento ottico, l?invenzione prevede un opportuno profilo della frazione volumetrica della componente metallica degli strati cermet, Vmet/(Vmet+Vcer); in alcune forme di realizzazione preferite dell?invenzione, la frazione volumetrica della componente metallica degli strati cermet ? decrescente nella direzione che va dalla sottostante struttura multifunzione 22 alla sovrastante struttura multistrato antiriflesso 24 del rivestimento assorbitore 2.

Infine, l?invenzione prevede che la struttura multistrato cermet assorbente 23 abbia preferibilmente uno spessore da 5 a 120 nm e, comunque, non superiore a 200 nm.

Struttura multistrato antiriflesso 24 Nell?invenzione la struttura multistrato antiriflesso 24, costituita da uno o pi? strati ceramici o cermet o da una combinazione degli stessi strati, ha la funzione di filtro antiriflesso ovvero di minimizzare la riflessione della radiazione solare incidente sul ricevitore. Tale funzione si realizza o riducendo il disadattamento ottico fra l?ultimo strato della struttura multistrato cermet assorbente 23 e il mezzo di propagazione della radiazione solare o applicando i principi dell?interferometria.

Preferibilmente, per assolvere efficacemente la funzione di antiriflesso, si applicano i principi dell?interferometria. Avere a disposizione materiali trasparenti con indici di rifrazione molto diversi tra loro consente di realizzare filtri antiriflesso ?interferenziali? otticamente pi? efficienti nel minimizzare la radiazione solare riflessa dal rivestimento 2 massimizzandone l?assorbimento. In quest?ambito, l?impiego di strati cermet nella struttura multistrato antiriflesso 24 offre il vantaggio di strati con indici di rifrazione pi? alti rispetto all?impiego di soli strati ceramici. Incrementi adeguati dell?indice di rifrazione di uno strato cermet si ottengono gi? con basse frazioni volumetriche della componente metallica del cermet, con il vantaggio di un basso assorbimento da parte degli strati che compongono il filtro stesso. Per quanto illustrato, l?invenzione prevede che ogni strato cermet della struttura multistrato antiriflesso 24 sia caratterizzato da una frazione volumetrica della componente metallica costante e compresa tra 0,01 superiore a 0,3.

L?invenzione fissa a 20 il numero massimo di strati che costituiscono la struttura multistrato antiriflesso 24, nella fattispecie di tipo interferenziale, in quanto tale numero ? sufficiente a progettare e realizzare un filtro ottico dalle desiderate caratteristiche.

Un materiale, per essere impiegato nella struttura multistrato antiriflesso 24 dell?invenzione, deve essere dotato di elevata stabilit? intrinseca, in altri termini deve possedere caratteristiche di elevata stabilit? strutturale e chimico-fisica alle alte temperature, e inoltre deve possedere un coefficiente di diffusione molto basso negli strati attigui alle alte temperature.

L?invenzione individua una serie di materiali ceramici e cermet adatti a costituire gli strati antiriflesso per le proprie caratteristiche ottiche (indici di rifrazione), di stabilit? e limitata tendenza alla diffusione.

Nella fattispecie, alcune forme di realizzazione dell?invenzione prevedono che la struttura multistrato antiriflesso 24 del rivestimento assorbitore 2 comprenda strati ceramici costituiti da un ossido di un metallo di transizione selezionato fra Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, W o di una lega binaria o ternaria di questi metalli di transizione, oppure da un ossido di Al o di Si o di una lega binaria di Al e Si, oppure da un nitruro di Al o di Si o di una lega binaria di Al e Si. L?invenzione prevede che lo spessore di ciascuno strato ceramico sia compreso fra 1 e 200 nm, preferibilmente compreso fra 5 e 120 nm. Secondo alcune forme di realizzazione preferite dell?invenzione, gli strati ceramici della struttura antiriflesso 24 sono costituiti da Al2O3, SiO2, Si3N4, AlN.

Altre forme di realizzazione dell?invenzione prevedono che la struttura multistrato antiriflesso 24 del rivestimento assorbitore 2 comprenda strati cermet in cui la componente metallica ? costituita da un metallo di transizione selezionato fra Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, W o da una lega binaria o ternaria di questi metalli di transizione, e in cui la componente ceramica ? costituita da un ossido di Al o di Si o di una lega binaria di Al e Si oppure da un nitruro di Al o di Si o di una lega binaria di Al e Si. L?invenzione prevede che lo spessore di ciascuno strato cermet sia compreso fra 1 e 120 nm, preferibilmente compreso fra 1 e 50 nm. Secondo alcune forme di realizzazione preferite dell?invenzione, gli strati cermet della struttura antiriflesso 24 sono composti da un metallo di transizione selezionato fra Ti, Zr, Mo, W e da un materiale ceramico costituito da un ossido o da un nitruro di Al.

In alcune forme di realizzazione, il rivestimento assorbitore solare spettralmente selettivo dell?invenzione pu? operare in vuoto (p ? 1x10<-4 >mbar) fino a una temperatura massima pari ad almeno 550 ?C. In tali forme di realizzazione, il rivestimento assorbitore solare spettralmente selettivo dell?invenzione ? caratterizzato da eccellenti prestazioni in termini di alta assorbanza solare e di bassa emissivit? termica, prestazioni ad alta temperatura (fino ad almeno 550 ?C) superiori a quelle dello stato dell?arte della tecnica nota. Inoltre, in tali forme di realizzazione, il rivestimento assorbitore solare spettralmente selettivo dell?invenzione risulta durevole per una vita di esercizio di 25 anni, mostrando un?eccellente stabilit? in vuoto fino ad almeno 550 ?C.

In ulteriori forme di realizzazione, il rivestimento assorbitore solare spettralmente selettivo dell?invenzione pu? operare in aria fino a una temperatura massima pari ad almeno 300 ?C. In tali forme di realizzazione, il rivestimento assorbitore solare spettralmente selettivo dell?invenzione ? caratterizzato da eccellenti prestazioni in termini di alta assorbanza solare e di bassa emissivit? termica; inoltre in tali forme di realizzazione, il rivestimento assorbitore solare spettralmente selettivo dell?invenzione risulta durevole per una vita di esercizio di 25 anni, mostrando un?elevata stabilit? in aria fino ad almeno 300 ?C.

Rendere disponibile un rivestimento assorbitore solare spettralmente selettivo versatile per l?efficace utilizzo sia per applicazioni in vuoto, fino ad almeno 550 ?C, che per applicazioni in aria, fino ad almeno 300 ?C, ? un plus rispetto allo stato dell?arte della tecnica nota dei rivestimenti assorbitori per ricevitori solari. Procedimento per la realizzazione del rivestimento assorbitore

L?invenzione riguarda, anche, un procedimento per la realizzazione del rivestimento assorbitore solare spettralmente selettivo 2 oggetto principale dell?invenzione mediante tecniche di deposizione fisica da vapore (PVD, physical vapor deposition), e in particolare mediante tecniche di sputtering ad elevata velocit? di deposizione.

Nella fattispecie, trattasi di i) tecniche di sputtering e co-sputtering magnetron, in gas argon, da target metallici e di ii) tecniche di sputtering e co-sputtering magnetron reattivo, in gas argon gas reattivo (O2, N2), da target metallici.

L?invenzione prevede che le deposizioni per sputtering siano condotte ad una pressione compresa fra 5x10<-4 >mbar e 5x10<-2 >mbar, e in particolare ad una pressione compresa fra 1x10<-3 >mbar e 2x10<-2 >mbar.

Si evidenzia che nell?invenzione, per co-sputtering si intende lo sputtering simultaneo, in gas argon, a partire da target di materiale diverso, mentre per co-sputtering reattivo si intende lo sputtering simultaneo, in gas argon gas reattivo (O2, N2), a partire da target di materiale diverso.

Con riferimento alla struttura del rivestimento assorbitore solare spettralmente selettivo 2 dell?invenzione, il procedimento di realizzazione comprende le seguenti fasi:

- rendere disponibile un substrato 1;

- applicare lo strato base riflettente nell?infrarosso 21 su tutta o parte la superficie del substrato 1 mediante tecniche di sputtering;

- applicare la struttura multifunzione 22 sullo strato base riflettente nell?infrarosso 21 mediante tecniche di sputtering;

- applicare la struttura multistrato cermet assorbente 23 sulla struttura multifunzione 22 mediante tecniche di sputtering;

- applicare la struttura multistrato antiriflesso 24 sulla struttura multistrato cermet assorbente 23 mediante tecniche di sputtering.

Nell?invenzione, il substrato 1 ? parte del ricevitore solare.

In molte forme di realizzazione dell?invenzione, il substrato 1 ? costituito da un metallo o da una lega e, in particolare, ? costituito da acciaio.

In forme di realizzazione preferite dell?invenzione, il substrato 1 ? costituito dal tubo di acciaio del ricevitore di un impianto solare termico o termodinamico a collettori lineari parabolici o Fresnel.

In caso di substrato 1 di geometria tubolare, tipicamente il substrato 1 ? messo in rotazione intorno al proprio asse durante il processo di deposizione per sputtering in modo tale da applicare gli strati del rivestimento assorbitore solare spettralmente selettivo 2 su tutta la superficie esterna del tubo; nella fattispecie, il tubo-substrato 1 ruota di fronte alle sorgenti di sputtering, ovvero davanti agli elettrodi costituiti da catodi magnetron.

L?invenzione prevede che il processo di deposizione per sputtering del rivestimento assorbitore 2 possa essere preceduto da un pretrattamento del substrato 1 di tipo termico o in plasma tipicamente di Ar, o da una combinazione di uno o pi? pretrattamenti di tipo termico e in plasma.

L?eventuale pretrattamento termico del substrato ? realizzato in vuoto ad una pressione minore di 5x10<-4 >mbar, in particolare preferibilmente minore di 1x10<-4 >mbar, e in modo tale da portare il substrato 1 ad una temperatura compresa fra 100 ?C e 300 ?C.

L?eventuale pretrattamento in plasma ? realizzato, tipicamente in gas Ar, ad una pressione minore di 5x10<-2 >mbar mediante polarizzazione del substrato 1 oppure ad una pressione minore di 5x10<-3 >mbar mediante una sorgente ionica in grado di realizzare un bombardamento ionico ad alta energia del substrato 1.

In caso di substrato 1 tubolare, questo in genere ruota anche durante gli eventuali pretrattamenti in modo da condizionare uniformemente ed efficacemente l?intera superficie su cui sar? effettuato il deposito per sputtering.

Di seguito si descrivono i processi di sputtering che l?invenzione prevede per l?applicazione delle diverse categorie di materiali che costituiscono gli strati del rivestimento assorbitore solare spettralmente selettivo 2 oggetto principale dell?invenzione. In altri termini, i processi di sputtering previsti dal procedimento di realizzazione dell?invenzione saranno ?catalogati? in funzione del materiale che si vuole depositare, perch? la scelta e la definizione dello specifico processo dipendono essenzialmente dal tipo di materiale da fabbricare.

L?invenzione prevede un procedimento di realizzazione del rivestimento assorbitore solare spettralmente selettivo 2 in cui gli strati metallici costituiti da un metallo di transizione oppure da un metallo alto riflettente siano applicati mediante tecnica di sputtering magnetron, in gas Ar, da target del suddetto metallo di transizione oppure del suddetto metallo alto riflettente. Nel caso in cui lo strato supplementare riflettente nell?infrarosso sia costituito da Ag, per i motivi illustrati nel paragrafo precedente, tale strato pu? essere realizzato mediante tecnica di sputtering magnetron, in gas Ar+N2, da target di Ag.

L?invenzione prevede che strati metallici costituiti da una lega binaria o ternaria di metalli di transizione siano applicati mediante tecnica di sputtering magnetron, in gas Ar, da target formati dalla specifica lega d?interesse, oppure mediante tecnica di co-sputtering magnetron, in gas Ar, da target dei singoli metalli componenti la lega; in questo caso, la desiderata composizione della lega sar? ottenuta variando opportunamente la potenza di alimentazione dei target dei singoli metalli.

L?invenzione prevede che strati a comportamento metallico costituiti da un nitruro di un metallo di transizione siano applicati mediante tecnica di sputtering magnetron reattivo, in gas Ar+N2, da target del suddetto metallo di transizione.

L?invenzione prevede che strati a comportamento metallico costituiti da un nitruro di una lega binaria o ternaria di metalli di transizione siano applicati mediante tecnica di sputtering magnetron reattivo, in gas Ar+N2, da target formati dalla specifica lega d?interesse, oppure mediante tecnica di co-sputtering magnetron reattivo in gas Ar+N2 da target dei singoli metalli alimentati a potenze opportune.

L?invenzione prevede che strati ceramici costituiti da un ossido di un metallo di transizione oppure da un ossido di Al o di Si siano applicati mediante tecnica di sputtering magnetron reattivo, in gas Ar+O2, da target del suddetto metallo di transizione oppure da target di Al o di Si.

L?invenzione prevede che strati ceramici costituiti da un ossido di una lega binaria o ternaria di metalli di transizione oppure da un ossido di una lega binaria di Al e Si siano applicati mediante tecnica di sputtering magnetron reattivo, in gas Ar+O2, da target formati dalla specifica lega d?interesse, oppure mediante tecnica di co-sputtering magnetron reattivo, in gas Ar+O2, da target dei singoli metalli componenti la lega alimentati a potenze opportune.

L?invenzione prevede che strati ceramici costituiti da un nitruro di Al o di Si siano applicati mediante tecnica di sputtering magnetron reattivo, in gas Ar+N2, da target di Al o di Si.

L?invenzione prevede che strati ceramici costituiti da un nitruro di una lega binaria di Al e Si siano applicati mediante tecnica di sputtering magnetron reattivo, in gas Ar+N2, da target formati dalla specifica lega d?interesse, oppure mediante tecnica di co-sputtering magnetron reattivo, in gas Ar+N2, da target di Al e di Si alimentati a potenze opportune.

Per la realizzazione degli strati cermet l?invenzione prevede di implementare la tecnica di deposizione del cosputtering reattivo, cio? lo sputtering simultaneo, in gas Ar gas reattivo (O2, N2), a partire da target di materiale diverso, con almeno un target in grado di produrre la componente metallica del cermet e almeno un target in grado di produrre la componente ceramica del cermet.

Nella fattispecie, l?invenzione prevede che strati cermet, con componente metallica costituita da un metallo di transizione oppure da una lega binaria o ternaria di metalli di transizione e con componente ceramica costituita da un ossido di Al o di Si oppure da un ossido di una lega binaria di Al e Si, siano applicati mediante tecnica di co-sputtering magnetron reattivo, in gas Ar+O2, a partire dai seguenti target:

- per la deposizione del metallo di transizione oppure, rispettivamente, della lega binaria o ternaria di metalli di transizione:

i. target del metallo di transizione;

ii. target della suddetta lega binaria o ternaria di metalli di transizione, oppure target dei singoli metalli componenti la lega d?interesse alimentati a potenze opportune;

- per la deposizione dell?ossido di Al o di Si oppure, rispettivamente, dell?ossido della lega binaria di Al e Si:

iii. target di Al o target di Si;

iv. target della suddetta lega binaria di Al e Si, oppure target di Al e di Si alimentati a potenze opportune.

L?invenzione prevede che strati cermet, con componente metallica costituita da un metallo di transizione oppure da una lega binaria o ternaria di metalli di transizione e con componente ceramica costituita da un da un nitruro di Al o da un nitruro di Si oppure da un nitruro di una lega binaria di Al e Si, siano applicati mediante tecnica di co-sputtering magnetron reattivo, in gas Ar+N2, a partire dai seguenti target:

i. target del metallo di transizione;

- per la deposizione del nitruro di Al o di Si oppure, rispettivamente, del nitruro della lega binaria di Al e Si:

iii. target di Al o target di Si;

Per preservare le propriet? strutturali e ottiche degli strati cermet a base di ossidi/nitruri, il processo di deposizione di tipo co-sputtering reattivo deve essere condotto in modo che la quantit? di O2/N2 sia sufficientemente alta da ossidare/nitrurare il metallo della componente ceramica del cermet, ma sufficientemente bassa da minimizzare l?ossidazione/nitrurazione della componente metallica del cermet. In caso contrario, la presenza di una componente metallica ossidata all?interno del cermet potrebbe causare problemi d?instabilit? strutturale dovuti alla possibile formazione di ossidi volatili ad alta temperatura con conseguente fratturazione del rivestimento assorbitore solare spettralmente selettivo 2. Nel caso di cermet a base di nitruri, invece, la formazione di una componente metallica nitrurata, MyNz, potrebbe causare problemi d?instabilit? strutturale del rivestimento assorbitore solare spettralmente selettivo 2 dovuti a possibili fenomeni di dismutazione o di riaggiustamento ad alta temperatura della struttura cristallina del nitruro a comportamento metallico MyNz. Inoltre, con particolare riferimento agli strati della struttura multistrato cermet assorbente 23, la presenza di una componente metallica ossidata/nitrurata all?interno del cermet porterebbe ad una riduzione significativa del potere assorbente del cermet stesso, con riduzione delle prestazioni foto-termiche del rivestimento assorbitore solare spettralmente selettivo 2.

Come diretta conseguenza della problematica illustrata, nei processi di co-sputtering reattivo per la realizzazione degli strati cermet, ? opportuno immettere O2/N2 in corrispondenza dei target impiegati per depositare la componente ceramica del cermet.

Per quanto riguarda le suddette tecniche di sputtering e co-sputtering magnetron reattive, adoperate per l?applicazione degli strati ceramici e degli strati cermet del rivestimento assorbitore solare spettralmente selettivo 2, l?invenzione prevede che queste siano condotte ?in regime di transizione? mediante sistema di controllo del flusso di gas reattivo, in particolare mediante sistemi di controllo di tipo PEM (Plasma Emission Monitoring) o CVM (Cathode Voltage Monitoring). L?utilizzo di tecniche di sputtering e co-sputtering magnetron reattivo condotte ?in regime di transizione? consente di massimizzare la velocit? di deposizione degli strati ceramici e degli strati cermet.

L?invenzione prevede che le suddette tecniche di sputtering e co-sputtering magnetron reattive, adoperate per l?applicazione degli strati ceramici e per l?applicazione degli strati cermet con componente ceramica costituita da nitruri del rivestimento assorbitore solare spettralmente selettivo 2, possano essere anche condotte ?in regime di saturazione?. Le tecniche di sputtering e co-sputtering magnetron reattivo ?in regime di saturazione?, sebbene meno veloci delle tecniche ?in regime di transizione?, consentono l?implementazione di processi di deposizione di pi? semplice messa a punto e a elevata ripetibilit?.

L?alta velocit? di deposizione, comunque conseguibile con le tecniche di sputtering previste dall?invenzione, influisce positivamente sulla produttivit? e, in ultima analisi, permette un basso costo di prodotto per produzione massiva del componente.

Descrizione dettagliata di due forme di realizzazione preferite

Due forme preferite di realizzazione dell?invenzione saranno descritte di seguito.

Nelle due forme di realizzazione preferite dell?invenzione, il substrato 1 ? costituito di acciaio, in particolare ? costituito dal tubo di acciaio del ricevitore di un impianto solare termico o termodinamico a collettori lineari parabolici o Fresnel.

Nelle due preferite forme di realizzazione, adatte per applicazioni ad alta temperatura (fino ad almeno 550 ?C) in vuoto (p ? 1x10<-4 >mbar), lo strato base riflettente nell?infrarosso 21 ? costituito da W in fase cristallina ? (?-W) per la buona riflettanza nell?infrarosso, l?elevata stabilit? strutturale e chimico-fisica, le ottime propriet? di adesione in particolare su acciaio, l?eccellente comportamento in qualit? di strato barriera per fenomeni di diffusione degli alliganti dell?acciaio e il basso coefficiente di diffusione elementale negli strati sovrastanti.

Lo spessore dello strato base riflettente nell?infrarosso metallico 21 costituito da ?-W ? pari a 120?20 nm.

Nelle due preferite forme di realizzazione i due strati supplementari riflettenti nell?infrarosso 22a sono entrambi costituiti Ag per l?eccellente riflettanza nell?infrarosso che consente di ottenere un rivestimento assorbitore solare spettralmente selettivo 2 con prestazioni foto-termiche (?s e ?th) superiori rispetto allo stato dell?arte della tecnica nota.

Lo spessore degli strati supplementari riflettenti nell?infrarosso 22a ? pari a 20?10 nm, e garantisce prestazioni ottiche prossime a quelle dell?Ag ?bulk? e risulta abbastanza piccolo da mitigare fenomeni d?instabilit? intrinseca una volta che questi siano inseriti nella struttura multifunzione 22 a quattro strati.

In una prima delle due preferite forme di realizzazione i due strati stabilizzanti 22b sono costituiti da AlN mentre in una seconda delle due preferite forme di realizzazione i due strati stabilizzanti 22b sono costituiti da Al2O3.

Gli spessori dei strati stabilizzanti 22b della prima e della seconda forma di realizzazione sono pari a 15?10 nm.

Nella prima preferita forma di realizzazione gli strati della struttura multistrato cermet assorbente 23 sono composti da W e AlN. Strati cermet di tipo W-AlN, oltre a possedere caratteristiche ottiche perfettamente idonee per la funzione di assorbitore, sono dotati di elevata stabilit? strutturale e chimico-fisica ad alta temperatura in vuoto e coefficiente di diffusione molto basso delle componenti metallica e ceramica. Inoltre, strutture multistrato cermet assorbente con componente ceramica di tipo nitruro, sono di pi? semplice fabbricazione rispetto alle strutture multistrato cermet assorbente con componente ceramica di tipo ossido.

Nella seconda preferita forma di realizzazione gli strati della struttura multistrato cermet assorbente 23 sono composti da W e Al2O3. Strati cermet di tipo W-Al2O3, oltre a possedere caratteristiche ottiche perfettamente idonee per la funzione di assorbitore, sono dotati di elevata stabilit? strutturale e chimico-fisica ad alta temperature in vuoto e coefficiente di diffusione molto basso delle componenti metallica e ceramica. Inoltre, i cermet W-Al2O3 presentano un?elevata stabilit? anche in aria ad alta temperatura (ben superiore a 300 ?C) che li rende materiale d?elezione per l?impiego nel rivestimento assorbitore solare spettralmente selettivo 2 per applicazioni in ricevitori non evacuati o operanti in aria.

La struttura multistrato cermet assorbente 23, prevede un profilo della frazione volumetrica della componente metallica degli strati cermet, Vmet/(Vmet+Vcer), decrescente nella direzione che va dalla sottostante struttura multifunzione 22 alla sovrastante struttura multistrato antiriflesso 24. La frazione volumetrica della componente metallica degli strati cermet parte da un valore preferibilmente compreso fra 0,3 e 0,7, e in particolare preferibilmente compreso fra 0,45?0,15, e decresce fino a un valore preferibilmente compreso fra 0,1 e 0,4, e in particolare preferibilmente compreso fra 0,25?0,1.

La struttura multistrato cermet assorbente 23 ? formata da un massimo di 40 strati, e il suo spessore ? pari a 60?30 nm.

La struttura multistrato antiriflesso 24 delle due forme di realizzazione dell?invenzione ? costituita da strati ceramici e strati cermet.

Gli strati ceramici sono costituiti da Al2O3, SiO2 e AlN per le loro caratteristiche ottiche (indici di rifrazione) e di stabilit? e il loro spessore ? compreso fra 5 e 120 nm.

Gli strati cermet della struttura multistrato antiriflesso (24) sono composti da W e AlN oppure da W e Al2O3. Lo spessore di ogni strato cermet ? compreso fra 1 e 50 nm. Ognuno degli strati cermet ? caratterizzato da una frazione volumetrica della componente metallica costante e non superiore a 0,3.

In particolare, le strutture multistrato antiriflesso di entrambe le forme di realizzazione sono costituite da due strati ceramici ed uno strato cermet. In queste forme di realizzazione, si applicano i principi dell?interferometria per ottenere una struttura multistrato antiriflesso 24 che assolva efficacemente alla funzione di filtro antiriflesso.

In Tabella I ? riportata la composizione delle strutture multistrato antiriflesso delle due forme di realizzazione.

Tabella I

La prima forma di realizzazione ? da preferirsi laddove la struttura multistrato cermet assorbente 23 sia di tipo W-AlN, la seconda laddove la struttura multistrato cermet assorbente 23 sia di tipo W-Al2O3.

Per una comprensione pi? completa delle due forme di realizzazione sopra descritte, in Tabella II ? riportata la struttura completa di ciascuna rivestimento assorbitore solare spettralmente selettivo 2.

Tabella II

Si evidenzia che le forme di realizzazione illustrate in Tabella II, caratterizzate fondamentalmente da una struttura multifunzione 22 a quattro strati (costituita da due coppie ?strato supplementare riflettente nell?infrarosso 22a / strato stabilizzante 22b?), rientrano nell?ambito pi? esteso di forme di realizzazione preferite dell?invenzione che prevedono una struttura multifunzione 22 costituita da una sola coppia ?strato supplementare riflettente nell?infrarosso 22a / strato stabilizzante 22b? o dalla stessa coppia ?strato supplementare riflettente nell?infrarosso 22a / strato stabilizzante 22b? ripetuta fino a un massimo di 15 volte.

Nelle forme di realizzazione particolarmente preferite dell?invenzione appena illustrate, il rivestimento assorbitore spettralmente selettivo 2 dell?invenzione ? in grado di operare in vuoto (p ? 1x10<-4 >mbar) fino a una temperatura massima pari ad almeno 550 ?C. In tali forme di realizzazione, il rivestimento assorbitore dell?invenzione ? caratterizzato da eccellenti prestazioni in termini di alta assorbanza solare e di bassa emissivit? termica, prestazioni ad alta temperatura (fino ad almeno 550 ?C) superiori a quelle dello stato dell?arte della tecnica nota; inoltre in tali forme di realizzazione, il rivestimento assorbitore dell?invenzione risulta durevole per una vita di esercizio di 25 anni, mostrando un?eccellente stabilit? in vuoto fino ad almeno 550 ?C.

Claims

RIVENDICAZIONI

1. Rivestimento assorbitore solare spettralmente selettivo (2) per un ricevitore di un impianto solare termico o termodinamico e comprendente in sequenza:

- una struttura multistrato riflettente nell?infrarosso (21, 22);

- una struttura multistrato cermet assorbente (23); e - una struttura multistrato antiriflesso (24);

detto rivestimento assorbitore (2) essendo caratterizzato dal fatto che la struttura multistrato riflettente nell?infrarosso (21, 22) comprende:

(i) uno strato base riflettente nell?infrarosso (21) e con funzione di strato barriera e di adesione, disposto a contatto con un substrato (1) che ? parte del ricevitore e costituito da uno o pi? metalli di transizione selezionati fra Ti, V, Cr, Zr, Nb, Hf, Ta, Mo, W o da un nitruro di uno o pi? dei detti metalli di transizione; e

(ii) una struttura multifunzione (22) disposta sopra detto strato base riflettente nell?infrarosso (21) e comprendente almeno:

- un strato supplementare riflettente nell?infrarosso (22a) con la funzione d?incrementare la riflettanza nell?infrarosso del rivestimento assorbitore (2) e costituito da un metallo selezionato fra Au, Ag, Cu, Al, Mo e W, e

- uno strato stabilizzante (22b) di detto strato supplementare riflettente nell?infrarosso (22a), costituito da

? un materiale ceramico; o

? un materiale cermet; o

? un materiale composto da uno o pi? metalli di transizione o da un nitruro di uno o pi? metalli di transizione;

detto strato stabilizzante (22b) essendo disposto a contatto con detta struttura multistrato cermet assorbente (23).

2. Rivestimento assorbitore solare (2) secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta struttura multifunzione (22) comprende una pluralit? di strati supplementari riflettenti nell?infrarosso (22a) e una pluralit? di strati stabilizzanti (22b) disposti fra loro in posizione alternata.

3. Rivestimento assorbitore solare secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che detto strato stabilizzante (22b) ? costituito da uno o pi? metalli di transizione selezionati fra Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, W o da un nitruro di uno o pi? dei detti metalli di transizione.

4. Rivestimento assorbitore solare secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che detto materiale ceramico dello strato stabilizzante (22b) ? scelto nel gruppo composto da:

- ossido di uno o pi? metalli di transizione selezionati fra Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, W

- ossido di Al e/o di Si;

- nitruro di Al e/o di Si.

5. Rivestimento assorbitore solare secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che il materiale cermet di detto strato stabilizzante (22b) composto da un materiale metallico costituito da uno o pi? metalli di transizione selezionati fra Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, W; e un materiale ceramico scelto tra fra un ossido o un nitruro di Al e/o Si.

6. Rivestimento assorbitore solare secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto strato base riflettente nell?infrarosso (21) ha uno spessore compreso fra 1 e 250 mm; detto strato supplementare riflettente nell?infrarosso (22a) ha uno spessore compreso fra 1 e 250 mm; detto strato stabilizzante (22b) costituito da detto materiale ceramico ha uno spessore compreso fra 1 e 200 mm; detto strato stabilizzante (22b) costituito da detto materiale cermet ha uno spessore compreso fra 1 e 120 mm; detto strato stabilizzante (22b) costituito da detto materiale composto da uno o pi? metalli di transizione o un nitruro di uno o pi? metalli di transizione fra 1 e 50 mm.

7. Rivestimento assorbitore solare secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto strato base riflettente nell?infrarosso (21) ha uno spessore compreso fra 90 e 150 mm; detto strato supplementare riflettente nell?infrarosso (22a) ha uno spessore compreso fra 5 e 120 mm; detto strato stabilizzante (22b) costituito da detto materiale ceramico ha uno spessore compreso fra 5 e 120 mm; detto strato stabilizzante (22b) costituito da detto materiale cermet ha uno spessore compreso fra 5 e 50 mm; detto strato stabilizzante (22b) costituito da detto materiale composto da uno o pi? metalli di transizione o un nitruro di uno o pi? metalli di transizione fra 5 e 20 mm.

8. Rivestimento assorbitore solare (2) secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che la struttura multistrato cermet assorbente (23) comprende almeno uno strato cermet composto da un materiale metallico costituito da uno o pi? metalli di transizione selezionati fra Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, W, e da un materiale ceramico selezionato fra un ossido o un nitruro di Al e/o Si.

9. Rivestimento assorbitore solare (2) secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detta struttura multistrato antiriflesso (24) comprende almeno uno strato ceramico e/o uno strato cermet.

10. Rivestimento assorbitore solare (2) secondo la rivendicazione 9, caratterizzato dal fatto che lo strato ceramico della struttura multistrato antiriflesso (24) ? costituito da un ossido di uno o pi? metalli di transizione selezionati fra Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, W; o da un ossido o da un nitruro di Al e/o Si.

11. Rivestimento assorbitore solare (2) secondo la rivendicazione 9, caratterizzato dal fatto che lo strato cermet della struttura multistrato antiriflesso (24) ? composto da un materiale metallico costituito da uno o pi? metalli di transizione selezionati fra Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, W, e da un materiale ceramico selezionato fra un ossido o un nitruro di Al e/o Si.

12. Rivestimento assorbitore solare (2) secondo la rivendicazione 11, caratterizzato dal fatto che detto strato cermet della struttura multistrato antiriflesso (24) ha una frazione volumetrica di detto materiale metallico compresa tra 0.01 e 0,3.

13. Ricevitore per impianti solari termici e termodinamici comprendente un substrato (1) e un rivestimento assorbitore solare spettralmente selettivo (2) secondo una delle rivendicazioni precedenti.

14. Ricevitore secondo la rivendicazione 13 caratterizzato dal fatto di essere un tubo ricevitore.

15. Ricevitore secondo la rivendicazione 14 caratterizzato dal fatto di essere un tubo ricevitore di tipo evacuato.

16. Ricevitore secondo la rivendicazione 14 caratterizzato dal fatto di essere un tubo ricevitore di tipo non evacuato o operante in aria.

17. Procedimento per la realizzazione di un rivestimento assorbitore solare spettralmente selettivo (2) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 12, comprendente le seguenti fasi:

- applicare su tutta o parte della superficie di un substrato (1) detto strato base riflettente nell?infrarosso (21) mediante tecniche di physical vapor deposition (PVD);

- applicare su detto strato base riflettente nell?infrarosso (21) una struttura multifunzione (22) mediante tecniche di physical vapor deposition (PVD); detta struttura multifunzione (22) comprendendo almeno:

- uno strato supplementare riflettente nell?infrarosso (22a) con la funzione d?incrementare la riflettanza nell?infrarosso del rivestimento assorbitore (2) e costituito da un metallo selezionato fra Au, Ag, Cu, Al, Mo e W, e

? un materiale ceramico; o

? un materiale cermet; o

? un materiale composto da uno o pi? metalli di transizione o da un nitruro di uno o pi? metalli di transizione

- applicare su detto strato stabilizzante (22b) una struttura multistrato cermet assorbente (23) mediante tecniche di physical vapor deposition (PVD);

- applicare su detta struttura multistrato cermet assorbente (23) una struttura multistrato antiriflesso (24) mediante tecniche di physical vapor deposition (PVD).

18. Procedimento secondo la rivendicazione 17, comprendente almeno un pretrattamento di detto substrato (1) prima di applicare detto strato base riflettente nell?infrarosso (21) con detto pretrattamento di tipo termico o in plasma o una combinazione degli stessi.