專利名稱：太陽能選擇性吸收膜及制備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種利用真空物理氣相反應(yīng)沉積磁控濺射離子鍍膜技術(shù)制備太陽能平板集熱器吸熱板及真空管集熱器吸收板芯的太陽能選擇性吸收膜。
太陽能集熱器的關(guān)鍵元件是由太陽能選擇性吸收膜組成的吸熱板，它是由選擇性吸收膜及通工質(zhì)(水)的管子組成。集熱器的效率主要由吸收膜的性能決定，必須具備在太陽能光譜范圍內(nèi)有高的吸收率，在紅外光譜范圍內(nèi)有低的紅外發(fā)射率。U·s·Pat·No.4，059，094提及的是一種在管子外層涂黑漆的聚光型集熱器吸收膜。U·s·Pat·No·3，952，724提及的是一種在銅管表面涂一層黑鉻。U·s·Pat·No·4，339，484提及的是一種先在玻璃管上濺射鍍銅。然后再濺射一層金屬(鐵、鎳和鉻)碳化物的選擇性吸收膜。有的玻璃管真空集熱器是采用雙靶濺射，先濺射在玻璃管外表面一層銅，再濺射一層金屬碳化物制備吸收膜層。上述各種吸收膜層，有些是太陽能吸收率高，但紅外發(fā)射率也較大;有些性能較好，但需雙靶濺射。更重要的是這些吸收膜只能在真空狀態(tài)下使用，不能適應(yīng)一般的平板集熱器環(huán)境使用。
本發(fā)明的目的就是研究出一種成本較低，既適用于真空管集熱器的吸收膜，又能在平板集熱器環(huán)境中使用的具有較高吸收率和較低的紅外發(fā)射率的太陽能選擇性吸收膜及其制備技術(shù)。
本發(fā)明所述的太陽能選擇性吸收膜層是采用在真空爐中一根鋁靶通過反應(yīng)濺射沉積到光亮處理過的金屬表面的AlNxOy選擇性吸收膜層(其中x是氮原子與鋁原子的比值，y是氧原子與鋁原子的比值)。其金屬為光亮處理過的鋁、銅及它們的合金等紅外發(fā)射率低的材料。將光亮處理過的金屬板如銅、鋁清洗干凈，裝入具有轟擊清洗，負(fù)偏壓，加熱烘烤及工件架可自轉(zhuǎn)，公轉(zhuǎn)等特性的磁控濺射鍍膜機(jī)中，抽真空，爐內(nèi)真空到0.1×10-2-1×10-2pa左右，加熱基體到需要的100℃-200℃溫度后，給爐內(nèi)通入氬氣，在氬氣氣氛中接直流負(fù)電壓600-1200V進(jìn)行轟擊清洗，然后加負(fù)偏壓，陰極鋁靶接通負(fù)直流電起靶濺射，反應(yīng)氣體氮氣、氧氣由微調(diào)閥門控制通入爐內(nèi)到所需流量值，進(jìn)行反應(yīng)濺射沉積成膜。通入的氮氣是20-100cm3/s，通入的氧氣是10-30cm3/s。通入的氬氣是30-100cm3/s。加負(fù)偏壓值為100V-300V。在反應(yīng)沉積過程中，氮氣及氧氣的流量隨著鍍膜時間逐漸增加。這樣在金屬板表面生成一層結(jié)合力強(qiáng)的氮氧化鋁化合物(AlNxOy)的漸變膜，同時逐漸改變負(fù)偏壓由大到小使膜層具有很好的結(jié)合力，又具有定向結(jié)晶使吸收率提高。整個吸收膜第一層為金屬基體構(gòu)成的紅外反射層。第二層為在負(fù)偏壓作用下沉積鋁原子和氮、氧原子組成的漸變金屬陶瓷型吸收膜層，其膜厚為0.1×10-6-0.5×10-6m，第三層是膜厚為0.01×10-6-0.1×10-6m的氧化鋁膜。整個金屬基體表面沉積的吸收膜層厚度為0.2×10-6-0.6×10-6m。
在本工藝中生成的選擇性吸收膜層是以金屬基體(鋁或銅)為紅外反射層，在基體上沉積氮氧化合物陶瓷型金屬介質(zhì)膜，其膜層的折射率隨著膜層的成分而變化。到膜層的表面，由于氧氣的通入增加，而生成一層氧化鋁薄膜。起到減反射作用，增加了抗磨性能和耐腐蝕性能。膜與金屬基體的結(jié)合力良好。此膜吸收率α＝0.9-0.94，紅外發(fā)射率ε＝0.07-0.12。本膜既適應(yīng)于在真空管集熱器中做板芯的吸收膜層，也適應(yīng)于在密封性能較好的平板集熱器中做吸熱板的吸收膜層。
實施例1將經(jīng)過清洗和光亮處理過的銅片基體裝入一臺具有轟擊清洗。負(fù)偏壓及烘烤加熱的φ300mm磁控濺射鍍膜機(jī)中。抽真空到0.1×10-2pa后，基體加熱到150℃，通入30cm3/s氬氣，加轟擊直流電壓-800V約10分鐘，給基體接負(fù)偏壓300V，濺射鋁靶通電，通入氮氣20cm3/s，氧氣10cm3/s，根據(jù)需要調(diào)節(jié)氣體的流量，從小到大逐漸送入，同時逐漸減小負(fù)偏壓。濺射沉積膜層厚度0.2×10-6m左右停機(jī)。
該膜層制備的太陽能選擇性吸收膜的太陽能吸收率α＝0.90，紅外發(fā)射率ε＝0.07。
實施例2將經(jīng)過清洗和光亮處理的銅片裝入一臺具有轟擊清洗。負(fù)偏壓及烘烤加熱的φ1000mm磁控濺射爐中，抽真空到1×10-2pa后，給基體加熱到200℃，通入氬氣100cm3/s，加轟擊直流電壓-1000V約15分鐘。對基體加負(fù)偏壓200V。濺射鋁靶通電，通入氮氣80cm3/s，氧氣20cm3/s。根據(jù)需要調(diào)節(jié)氣體流量，從小到大逐漸送入，同時逐漸減小負(fù)偏壓。濺射沉積膜層厚度達(dá)0.3×10-6-0.4×10-6m左右時，停止通氮氣，繼續(xù)通入氧氣，再濺射生成膜厚為0.01×10-6m左右停止。
該膜太陽能吸收率α＝0.92，紅外發(fā)射率ε＝0.09。
實施例3將經(jīng)過清洗和光亮處理過的鋁片基體裝入實施例2所用的磁控濺射鍍膜機(jī)中，抽真空到0.5×10-2pa后，加熱基體到100℃，加轟擊電壓-600V約20分鐘?；w加負(fù)偏壓100V，通入80cm3/s氬氣，氮氣100cm3/s，氧氣30cm3/s，濺射鋁靶通電。根據(jù)需要調(diào)節(jié)氣體流量，由小到大逐漸送入，同時逐漸減小負(fù)偏壓，等膜層鍍到0.5×10-6m左右時，停止氮氣通入，在繼續(xù)通入氧氣中，再濺射生成氧化鋁薄膜約厚0.05×10-6m左右停機(jī)。
該太陽能選擇性吸收膜層的太陽能吸收率α＝0.94，紅外發(fā)射率ε＝0.12。
權(quán)利要求
1.一種太陽能平板集熱器及熱管式真空管集熱器金屬板芯的太陽能選擇性吸收膜。其特征在于在光亮處理過的金屬吸熱板芯上沉積一層鋁-氮-氧金屬陶瓷型漸變膜，厚度為0.1×10-6-0.5×10-6m，再在其上沉積一層氧化鋁減反射保護(hù)膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能選擇性吸收膜，其特征在于金屬吸熱板芯為鋁、銅及它們的合金。
3.一種太陽能平板集熱器及熱管式真空管集熱器金屬板芯的太陽能選擇性吸收膜的制備方法，其特征在于將經(jīng)過清洗和光亮處理過的金屬作為基體放入具有轟擊清洗，負(fù)偏壓及烘烤加熱裝置的磁控濺射鍍膜機(jī)中，抽真空，在氬氣中將基體加熱，進(jìn)行轟擊清洗;然后給基體加負(fù)偏壓，同時給陰極鋁靶通電濺射，逐漸通入反應(yīng)氣體氮和氧，隨著鍍膜時間的增加，逐漸減小負(fù)偏壓加大氧氣和氮氣的流量;當(dāng)基體上鋁-氮-氧金屬陶瓷型漸變膜沉積到需要厚度時，停止供氮，繼續(xù)通入氧氣;當(dāng)在鋁-氮-氧金屬陶瓷型漸變膜上沉積一層氧化鋁減反射保護(hù)膜后停機(jī)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的太陽能選擇性吸收膜的制備方法，其特征在于反應(yīng)氣體氧氣為10-30cm3/s，氮氣為20-100cm3/s。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的太陽能選擇性吸收膜的制備方法，其特征在于金屬基體加熱溫度為100-200℃。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的太陽能選擇性吸收膜的制備方法，其特征在于氬氣通入量為30-100cm3/s。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的太陽能選擇性吸收膜的制備方法，其特征在于磁控濺射鍍膜機(jī)中抽真空為0.1×10-2-1×10-2pa。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的太陽能選擇性吸收膜的制備方法，其特征在于負(fù)偏壓為300-100V。
全文摘要
本發(fā)明涉及的是一種應(yīng)用于太陽能平板集熱器及真空管集熱器金屬板芯的氮氧化鋁太陽能選擇性吸收膜層。該膜層采用磁控濺射鋁靶在氬氣和反應(yīng)氣體氮、氧的氣氛中濺射沉積在光亮處理過的金屬吸熱板上，以金屬吸熱板作為紅外反射層，在不斷改變氮氧流量和負(fù)偏壓中濺射沉積AlN
文檔編號F24J2/48GK1056159SQ91103789
公開日1991年11月13日 申請日期1991年6月18日 優(yōu)先權(quán)日1991年6月18日
發(fā)明者郭信章, 尹萬里, 于鳳勤 申請人:北京市太陽能研究所