[发明专利]一种TiCN基耐高温太阳能选择性吸收涂层

说明书

本发明涉及一种TiCN基耐高温太阳能选择性吸收涂层，所述的涂层从底层到表面依次包括基体、吸收层和减反层，涂层的制备采用中频磁控溅射技术，吸收层为具有耐高温性能的TiCN涂层，减反层为耐腐蚀高硬度并且对基体和吸收层具有保护作用的AlON层；TiCN吸收层为纳米复合结构，即纳米晶TiN镶嵌于非晶C中，而涂层中的非晶C以SP²和SP³杂化键能混合存在；减反层为耐高温氧化的AlON层为非晶结构，透过率高，消光系数低；本发明提供的涂层经过800℃空气气氛退火2h后吸收率在0.92之上，发射率在0.12之下；该涂层可在高温的苛刻环境下保持良好的稳定性；所述的涂层具有高的吸收率和较低的发射率，在集热器中具有非常大的应用。

技术领域

本发明涉及一种太阳能吸收涂层，特别涉及一种TiCN基耐高温太阳能选择性吸收涂层，属于涂层制备技术领域。

技术背景

太阳能是一种取之不尽用之不竭的清洁能源，对于太阳能的有效利用是提高国民经济具有庞大的推动力。但太阳能也是一种低品质，低能量密度的能源，效率转化成为太阳能利用的一道屏障。因此，随着研究的推动，太阳能选择性吸收涂层应运而生。太阳能光谱选择性吸收涂层作为太阳能集热器光电光热转化核心部位，为解决如何吸收效率，降低发散率等问题，引起了众多研究员的研究热潮。太阳能选择性吸收光谱在波长为300nm-2500nm的范围内具有高的吸收效率，但同时很难解决高温度，高吸收率，低发散率三者之间的矛盾。因此，耐高温抗氧化，具有良好性能稳定的选择性吸收涂层具有潜在的应用潜能。

在目前的研究中，选择性吸收涂层材料包括金属单层，金属硫化物，氮化物，碳化物等金属陶瓷复合材料。选择性吸收涂层的发展从开始简单的单层到多层复合材料，从干涉滤波性到多层渐变型，效率已经得到较大的提高。在本发明中涉及了一种碳化物金属陶瓷复合涂层。选择性吸收涂层的制备包括涂覆法，电化学法，真空蒸度法，磁控溅射法等。本发明中采用的是工业生产中广泛采用的中频磁控溅射法制备太阳能选择性吸收涂层。因此，本发明提供一种吸收效率高，低发射率的耐高温太阳能选择性吸收涂层及其制备方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种TiCN基耐高温太阳能选择性吸收涂层，本发明提供的耐高温抗氧化涂层可在800℃空气退火2h后依然保持0.92以上的效率，有望应用于光热转化材料中。

本发明的目的在于提供一种TiCN基耐高温太阳能选择性吸收涂层，从基体到涂层表面依次包括为吸收层，减反层。所述的吸收层为一种耐高温抗氧化材料 TiCN，所述的TiCNTiCN吸收层为纳米复合结构，即纳米晶TiN镶嵌于非晶C 中，而涂层中的非晶C以SP²和SP³杂化键能混合存在，具有优良的抗高温氧化特性。所述的减反层是一种禁带宽度大的氮氧化物AlON，所述的AlON材料具有硬度高，对吸收层以及基体起到保护的作用。

所述的TiCN吸收层厚度为50-200nm。

所述的TiCN吸收层为纳米复合结构，即纳米晶TiN镶嵌于非晶C中，而涂层中的非晶C以SP²和SP³杂化键能混合存在，TiCN元素成分百分比为：Ti： 28-37at.％；C:23-30at.％；N:38-44at.％。

所述的AlON减反层的厚度为40-200nm。

所述的耐高温氧化的AlON层为非晶Al₂O₃或者AlN结构，其元素成分百分比为：Al：30-40at.％；O:22-32at.％；N:37-45at.％。

所述的吸收涂层采用的是中频磁控溅射或技术沉积而得，所述的磁控靶材为高纯度TiC磁控靶材，所述的沉积功率为100-500W，所述的沉积温度为 300-500℃，所述的工作压力为0.5-2Pa，工作气氛为N₂+Ar气体，其比例为 N₂:Ar＝1:3-3:1。