[发明专利]太阳能高温吸热CrFeON薄膜及其制备工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用物理气相沉积技术在金属基板上制备用于吸收太阳光能并将其转化为热能的薄膜工艺，属于太阳能集热技术领域。

背景技术

物理气相沉积是指通过蒸发、电离或溅射等过程，产生金属粒子并与反应气体反应形成化合物沉积在工件表面，简称PVD。目前常用的PVD镀膜技术主要分为三类，真空蒸发镀膜、真空溅射镀和真空离子镀膜。其中，溅射镀膜是用高能粒子轰击固体表面时能使固体表面的粒子获得能量并逸出表面，沉积在基板上。

现有的太阳能吸热薄膜的制备方法主要有喷涂法、电化学法和磁控溅射法。喷涂法具有成本低、工业简单的优点，但是普遍存在薄膜附着力差，易脱落等缺点，并与电化学法一样存在严重的污染问题。

利用物理方法(包括物理气相沉积)来制备太阳能吸热薄膜可以克服这些缺点，提高光热转换效率和薄膜的使用寿命。但是目前所能制备的太阳能吸热薄膜所含的材料元素种类也限于2～3种，最常见的膜层以AIN为代表，其太阳能吸热薄膜只能适用于中温吸热，即薄膜吸热面温度在100℃～400℃之间。

发明内容

本发明的目的在于解决上述的技术问题，提供一种采用PVD镀膜技术中的大规模磁控溅射技术来制备的太阳能高温吸热CrFeON薄膜。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

一种太阳能高温吸热CrFeON薄膜，设置于金属基板上，包括通过磁控溅射工艺设于所述金属基板上的用于吸热的CrFe纯金属第一层膜层，用于吸热和减反的CrFeON第二层膜层，用于吸热和减反的CrFeON的第三层膜层，以及用于减反的SnO第四层膜层，所述四层膜层在磁控溅射过程中都施加有300V～500V偏压。

进一步地，所述第一层膜层的厚度为40±10nm，膜层成分为纯金属CrFe；所述第二层膜层的厚度为120±10nm，膜层成分为CrFeON；所述第三层膜层的厚度为100±10nm，膜层成分为CrFeON；所述第四层膜层的厚度为40±10nm，膜层成分为SnO；所述金属基板为紫铜薄板、铝制薄板或不锈钢薄板。

本发明还揭示了一种太阳能高温吸热CrFeON薄膜的制备工艺，包括如下步骤：

(1)将镀膜真空室在抽气系统的抽气下，达到5＊10^-4Pa以上的真空度，加热所述金属基板达到150℃并保持温度10～20分钟；

(2)向镀膜真空室内通入氩气，使真空室压力达到3.5＊10^-1Pa，开始CrFe靶的溅射工艺形成第一层膜层，其中施加在所述金属基板上的偏压为500V、占空比为40％、脉冲频率为40KHz的直流脉冲电压；

(3)保持氩气的含量，进一步再向镀膜真空室内同时引入氮气和氧气并确保氮气和氧气的比例为1.5∶1sccm，使真空室压力达到4.5＊10^-1Pa，开始CrFeON膜层的沉积工艺，形成第二层膜层，其中施加在所述金属基板上的偏压为500V、占空比为40％、脉冲频率为40KHz的直流脉冲电压；

(4)保持氩气的含量以及氮气和氧气的比例，进一步增加氮气、氧气混合气体的供给量并使得真空室压力达到8.5＊10^-1Pa，形成第三层膜层，其中施加在所述金属基板上的偏压为300V、占空比为40％、脉冲频率为40KHz的直流脉冲电压；

(5)停止CrFe靶的溅射工艺，同时引入氩气和氧气使真空室压力达到4.5＊10^-1Pa，然后开始Sn靶溅射沉积SnO膜层，形成第四层膜层，其中施加在所述金属基板上的偏压为300V、占空比为40％、脉冲频率为40KHz的直流脉冲电压；

(6)结束薄膜沉积工艺，自然降温。

其中，第2至第5步骤中，所述金属基板的温度保持在150℃；所述第2步骤和第5步骤中的磁控溅射靶材分别为重量百分比为70∶30的CrFe合金和纯度99.9％的Sn。

本发明的有益效果主要体现在：太阳能吸热薄膜可用于500℃以上的高温环境，且具有对太阳能吸收率高、发射率低以及热稳定性高的性能；制备该太阳能吸热薄膜的工艺也简单高效，具有很好的推广价值。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进行详细说明：