[发明专利]中高温太阳能选择性吸收涂层及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及涂层领域，特别是涉及一种液体喂料等离子喷涂中高温太阳能选择性吸收涂层及其制备方法。

背景技术

由于地球上有限的矿物燃料日趋枯竭，而核能作为能源达到商业化程度还需相当长的时间，因此在由使用矿物燃料转为使用核能的过渡阶段，太阳能将成为能源家族中的主要成员。

太阳能是一种清洁无污染的能源：太阳能热利用装置中，用来吸收太阳辐射的部件是关键，而该部件吸收表面的热辐射性能对集热器的性能起重要作用。由于太阳的辐射和涂层的辐射都为电磁波，因而都有一定的波长范围。太阳辐射可看作近似于6000K的黑体辐射，由普朗克黑体辐射定律可知，在这样的高温情况下，太阳辐射能主要集中在较短波长范围内，即0.3～2.5μm；与此同时，温度不太高的受热物体的辐射能主要集中在远红外区，即2.5～25μm。故而对于一个吸收表面来说，对太阳能的吸收可能不等于其本身的热辐射，这样就构成了吸收表面对太阳能的选择性吸收，从而能够有效地利用太阳能。为了提高太阳集热器的热效率，我们要求太阳能选择性吸收表面在太阳光谱区有很强的吸收能力，且在红外光谱区有较低辐射能力：即在波长0.3～2.5μm 太阳光谱范围内具有较高的吸收率（α），同时在波长为2.5～25μm红外光谱范围内保持尽可能低的发射率（ε），获得这种吸收效果的吸收表面称为太阳能选择性吸收涂层。

我国在近二三十年的太阳能利用研究中，多数的研究成果仅限于低温利用（≤100℃），主要成果限于太阳能热水器的生活洗浴、游泳池加热、海水淡化、采暖等方面；而且太阳能热利用装置存在的主要问题是材料的耐久性差、成本高、能量获取的不连续性和低的光热转换效率等。随着太阳能热利用技术的不断发展，太阳能集热管的应用从低温（≤100℃）向中高温（100～350℃）发展。从长远观点来看，中高温选择性吸收涂层的研究有更好的前景和应用价值：以太阳能发电技术为例，高温工况下的热能可使热介质沸腾，产生蒸气来推动涡轮机发电，提高热电转换效率，还可以节能减排、减少对环境的污染。

现有的选择性吸收涂层一般靠多层吸收膜来提高吸收率，因此很容易引起发射率的升高；特别是当温度升高时，受热集热器表面的红外发射率急剧增大，选择性吸收涂层的发射率也相应升高。太阳能选择性吸收涂层的制备方法很多，目前已通过电镀、气相沉积和溅射等工艺制备出常温太阳能选择性吸收涂层，这类涂层常温性能稳定，但中高温下发射率偏高。

为提高中高温选择性吸收涂层的热稳定性，研究人员开发出一系列金属陶瓷涂层：金属陶瓷涂层即把金属粒子掺入氧化物或氮化物等陶瓷介质基体中。制备金属陶瓷涂层的主要方法是多弧离子镀、射频溅射或者磁控多靶反应共溅射等，常用金属陶瓷涂层有SS-AlN/SS、Mo-Al₂O₃/Cu、Cr-Cr₂O₃/Cu等等。上述涂层在100～350℃温度下聚焦型集热器的表面获得了应用，但是多弧离子镀、射频溅射或者磁控多靶反应共溅射等工艺沉积效率低、生产周期长、工艺复杂且成本高。因此研究开发一些工艺简单、成本低廉、寿命长、涂层性能稳定的中高温太阳能选择性涂层是一项极具意义的工作。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种液体喂料等离子喷涂中高温太阳能选择性吸收涂层及其制备方法，该涂层光学性能优异，成本低廉，并且制备工艺简单，生产周期短。

本发明解决其技术问题采用以下技术方案：

本发明提供的中高温太阳能选择性吸收涂层是由双层结构的金属陶瓷层组成，并由以下方法制备而成：采用液体喂料等离子喷涂工艺，先将第一组料浆喷涂在基体的表面上形成第一层金属陶瓷层，再将第二组料浆喷涂在第一层金属陶瓷层的表面上形成第二层金属陶瓷层；所述料浆由金属成分掺入氧化物或氮化物陶瓷介质中，加去离子水制成。

所述的金属成分为Mo、W、Ni、Cr或Co微粉，其粒径为40～100μm。

所述的氧化物陶瓷介质为Al₂O₃微粉，其粒径为40～100μm。

所述的氮化物陶瓷介质为AlN微粉，其粒径为40～100μm。

第一层金属陶瓷层和第二层金属陶瓷层的厚度均≤5μm；  整个涂层的总厚度≤10μm。

本发明提供的中高温太阳能选择性吸收涂层，其制备方法是：先制备掺杂金属粒子的前驱体料浆，再采用液体喂料等离子喷涂工艺将料浆喷涂在基体的表面形成涂层，其步骤包括：

（1）配置两组前驱体料浆：