[发明专利]含钛中高温太阳能吸收涂层的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能利用领域，尤其涉及一种含钛中高温太阳能吸收涂层的制备方法。

背景技术

近年来，随着能源问题的日渐突出，太阳能光热利用行业得到了空前的关注和发展。在太阳能光热利用技术中，太阳能吸收涂层作为一项关键技术，一直是国内外研究的重点。由于提高光热转换效率的一个重要途径是提高涂层工作温度，所以目前研究主要集中在如何提高涂层热稳定性上。目前国内外制备该种涂层主要依靠多靶磁控溅射镀膜技术，这是因为磁控溅射技术镀制的薄膜具有纳米结构可控、颗粒均匀等优点，大大提高了成膜质量和薄膜光学、热学性能。但是磁控溅射过程是一个复杂的物理过程，环境、设备的微小改变都会影响成膜质量，随着太阳能光热利用技术的发展，对太阳能吸收涂层的工作温度要求越来越高，目前的经典膜系已经不能满足发展需要。近年来，不断有工作温度达到甚至超过500℃的涂层被开发出来，这些涂层性能优良，但往往由于成本过高而不具备生产优势。比如中国专利申请号为201110038762.7，名称为“一种Cr系高温太阳能选择性吸收涂层机及其制备方法”的发明专利，中国专利申请号为201110328575.2，名称为“一种中高温太阳能选择性吸收涂层的制备方法”的发明专利，以及中国专利申请号为201210079342.8，名称为“一种中高温太阳能选择性吸收涂层及其制备方法”的发明专利，所需靶材分别为：3个（Al、Ag、Cr，其中Al和Cr整个膜系均需用到）；2个（Al，Mo，两个靶整个膜系均需用到且Mo靶价格贵）；4个（Al、Ni、Cr、Si，其中Al和Ni和Cr全膜层需用到）。上述第一和第三个专利都需要用到氧气，增加了气体来回切换的时间，并有氧化反应造成靶中毒、阳极消失的风险。

金属钛价格便宜，用来加工靶材有助于降低生产成本，并且钛耐高温，含钛涂层往往具有很好的热稳定性，但是目前常用的含钛涂层由于同时需要氮气和氧气，制备过程过于复杂，生产稳定性不高。

发明内容

（一）要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是提供一种工艺简单、成本较低、工作温度为中高温的含钛中高温太阳能吸收涂层的制备方法。

（二）技术方案

为达上述目的，本发明的含钛中高温太阳能吸收涂层的制备方法包括以下步骤：

S1.选择基体，在基体上制备一层金属红外反射层；

S2.以纯钛为靶材，以氩气和氮气的混合气体作为溅射气体，采用磁控溅射在金属红外反射层上制备第一吸收层，其中氩氮流量比为4:1~6:1，开启钛靶电源，使溅射电流为1.0A~1.5A，使溅射电压不低于450V，得到第一吸收层厚度为150nm~200nm；

S3.保持步骤S2中的靶材和溅射气体种类不变，在第一吸收层上制备第二吸收层，使氩氮流量比为10:1~15:1，溅射电流为0.5A~0.9A，保持溅射电压不低于400V，得到第二吸收层厚度为50nm~100nm；

S4.制备光学减反射层。

优选的，步骤S1中选用纯铝为靶材，以氩气作为溅射气体，利用磁控溅射在基体上制备金属红外反射层，开启铝靶电源，使溅射电流为0.5A~1.0A，得到金属红外反射层厚度为100nm~150nm。

优选的，步骤S2中的氩氮流量比为5:1，溅射电流为1.25A。

优选的，步骤S3中的氩氮流量比为13:1，溅射电流为0.7A。

优选的，进行步骤S4时保持步骤S3的靶材、溅射气体种类、溅射电流和溅射电压不变，采用磁控溅射在第二吸收层上制备光学减反射层，其中氩氮流量比为5:2~7:2，所述光学减反射层制备时间以从观察窗观察到涂层颜色变为蓝紫色为宜。

优选的，步骤S4中的氩氮流量比为3:1。

优选的，进行步骤S4时保持步骤S3的溅射气体种类、溅射电流和溅射电压不变，以纯铝为靶材，采用磁控溅射在第二吸收层上制备光学减反射层，其中氩氮流量比为3:1~4:1，所述光学减反射层制备时间以从观察窗观察到涂层颜色变为蓝紫色为宜。

优选的，步骤S4中的氩氮流量比为7:2。

其中，所述光学减反射层也可为Si₃N₄。

（三）有益效果