[实用新型]用于聚光太阳能热发电集热管内管的高温抗氧化选择性吸收膜的膜系结构

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种用于太阳能热发电集热管内管的耐高温抗氧化选择性吸收膜的膜系结构。

背景技术

高温太阳能热发电集热管内管表面的太阳能吸收膜（也称之为涂层），主要分为以槽式热发电为主的选择性吸收涂层和以塔式热发电为主的选择性吸收涂层。为了最大限度地提高太阳能热发电效率，拥有高太阳能吸收率和低反射率的涂层，是理想的太阳能吸收涂层。

本实用新型所述集热管，是槽式聚光太阳能热发电集热器的集热管。

由于目前常用汽轮发电机的进汽温度在500℃以上，因而与其配套的太阳能集热器的不锈钢内管外壁温度，要达到400℃以上。

然而，已有的槽式太阳能集热器不锈钢内管外壁的选择性太阳能吸收膜（涂层），所采用的是TiN膜或TiAlN膜。这种TiN或TiAlN膜由于其成分结构性不足，而其高温抗氧化性能很差，通常只能在350~400℃温度范围内正常工作。无疑，已有的不锈钢内管外壁的所述太阳能选择性吸收膜，是无法胜任槽式聚光太阳能热发电集热管所担当的工作任务的。

为此，提供一种在400℃以上温度条件下，能够长期正常工作的聚光太阳能热发电集热器不锈钢内管外壁的选择性吸收膜，已成为当前急迫需要解决的研发课题。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种吸收率高，发射率低，高温抗氧化能力强的用于聚光太阳能热发电集热管内管的高温抗氧化选择性吸收膜的膜系结构。以适应槽式聚光太阳能热发电对其集热器不锈钢内管所应当具备的性能要求。

本实用新型实现其目的的技术构想，一是鉴于Al₂O₃的耐高温能力强，在高温条件下工作稳定，而采用在中频反应磁控溅镀膜过程中会生成Al₂O₃的TiAlON金属陶瓷吸收膜层，作为本实用新型所述吸收膜膜系中的选择性吸收膜（层）；二是采用Ti/TiAlON/Al₂O₃的膜系结构。其中，最内层的Ti膜层为粘结层和减反射层，TiAlON为选择性吸收膜层，最外层的Al₂O₃膜层为减反射层和保护层。TiAlON是一种优质的高硬度，耐磨和抗氧化材料，且其具有低的电阻率，在中、远红外区具有低的辐射特性；三是在某种高性能要求条件下，将所述TiAlON膜层改成由高N含量的第一TiAlON膜层与低N含量的第二TiAlON膜层组成所述TiAlON金属陶瓷吸收膜层；以有效利用所述第一TiAlON膜层与第二TiAlON膜层的相互干涉，而在保证其高温抗氧化性能的同时，进一步提高其太阳能吸收率，降低其发射率。从而实现本实用新型的目的。

基于以上所述的实现本实用新型目的的技术构想和相关认知，本实用新型实现其目的的技术方案是：

一种用于聚光太阳能热发电集热管内管的高温抗氧化选择性吸收膜的膜系结构，包括不锈钢基体，其创新点在于，在不锈钢基体表面，由内到外依次是Ti膜，TiAlON膜和Al₂O₃膜。由此构成3层膜系结构。

由以上所给出的技术方案可以明了，在本实用新型的TiAlON膜中，由于O气（氧气）的存在，而在其中频反应磁控溅射镀膜过程中，由于Al比Ti活泼而抢先与O气反应生成Al₂O₃。由于熔点高，抗氧化能力强的惰性Al₂O₃的存在，而大幅度提高了TiAlON膜的高温抗氧化能力，从而实现了本实用新型的目的。

在上述技术方案中，本实用新型还主张，所述TiAlON膜，包括高N含量的第一TiAlON膜和低N含量的第二TiAlON膜，且由内到外依次布置。这一技术方案的目的在于，在保持其高温抗氧化性能的同时，进一步提高本实用新型的太阳能吸收率，降低其发射率。

在上述技术方案中，本实用新型还主张，所述高N含量的第一TiAlON膜和低N含量的第二TiAlON膜的厚度均在60~90nm范围，且两者的总厚度在120~180 nm范围内。这一技术方案，是在多次反复试验的基础上所遴选的最佳厚度，但不局限于此。

在上述技术方案中，本实用新型还主张，所述Ti膜的厚度在100~150nm范围内，Al₂O₃膜的厚度在50~100nm范围内。但不局限于此。试验证明，该技术方案的性价比最好。

在上述技术方案中，本实用新型还主张，所述TiAlON膜内含的Ti和Al的质量分数比为1︰1。