[发明专利]高性能热喷涂的吸收涂层

说明书

一种用于利用耐温且高吸收性陶瓷微结构涂层(1)通过热喷涂来涂覆用于太阳能应用的基材(3)的方法，其包括以下步骤：‑制备包含陶瓷微粒粉末和聚酯微球粉末的粉末混合物(2)，所述粉末混合物(2)中聚酯微球的百分比在10至30％w/w之间；‑通过热喷涂工艺将粉末混合物(2)喷涂至基材(3)上，以将涂层(1)施加在基材(3)上；‑将具有涂层(1)的基材(3)加热到至少400℃的温度，以使聚酯微球从涂层(1)蒸发，从而在聚酯微球的位置留下孔隙(4)，其中选择喷涂步骤参数和粒径，从而将涂层(1)以50至150微米之间的厚度施加。

技术领域

本发明涉及显示出高性能，具体地耐高温性的吸收涂层。

本发明还涉及生产这种高性能吸收涂层的方法，并且具体地使用“等离子体喷涂”技术的方法。

本发明在其中必须吸收高热能(换热器、锅炉等)的技术领域中适用。

背景技术

在CSP熔融盐太阳能塔技术中，传热流体是熔融盐，其通常以290℃进入太阳能接收管并且以565℃离开。平均辐射热通量(heat flux，热流)为约1000kW/m²，并且太阳能接收器面板的表面温度高于700℃。

这种非常高的运行温度需要使用显示出高光热性能和在高温下具有优良稳定性的光谱选择性涂层以确保标称的太阳能接收器性能。

太阳能涂层的特征在于其在可见光范围内的吸收率应尽可能高并且在红外线范围内的发射率必须尽可能低。事实上，在650℃，发射率从0.88降低至0.4将太阳能接收器效率提高了约4％，并且在800℃提高了7％。太阳能接收器的辐射损失随温度的升高而升高。

在太阳能塔技术的具体领域中，吸收涂层是非常大的问题。事实上，目前所使用的商品化市场参考涂层是2500，它是硅基高温涂料，其具有优良的光学性能(太阳光谱400-2500nm的吸收率为95％并且在IR 1-20μm的发射率为85％)，并且成本低且便于应用。然而，在低于600℃的运行温度下1年后，其性能降低，同时预期寿命在1至3年之间。在这种情况下，需要每年维护以维持优良的太阳能接收器效率。另一个问题是当前熔融盐太阳能接收器计划所需的运行温度的升高(700℃)。在这些温度下，当前所使用的涂层显示出较差的性能(吸收率和机械性降低)。

然而，为了改善太阳能接收器的效率，必须将运行温度从500℃升高至700℃。当前所使用的吸收涂层在这些温度下显示出低性能。为此，展开了在高温下具有所要求的高性能的新的吸收涂层的开发。

专利分析显示在1995年之前开始了太阳能吸收涂层的研究/创新并且在2008至2013年之间加快。这些研究集中在美国、欧洲(具体地法国和德国)和中国。这些国家的化学和能源公司以及研究实验室已对此进行了多项开发，特别是对于受限于最高500℃的工作温度的光伏电池、菲涅尔式和抛物面槽式集热器技术。将特别关心具有高光学性能，即高吸收率和低发射率并且在高温下具有高热稳定性的涂层。

已发展和研究了多种太阳能选择性涂层设计(简单层、多层、织构)、组成(电介质、金属陶瓷、金属等)和施加方法(化学法，如电化学沉积、喷雾热解、浸涂、溅射、PVD等)。

存在几种实现太阳能选择性吸收表面的方法。最简单的设计类型将是使用具有固有太阳能选择性性质的材料。然而，没有具有这些理想的太阳能选择性性质的天然材料。以下讨论了一些广泛应用的设计。

多层涂层

文献US2014/0261390A1公开了旨在用于CSP塔式厂的多层选择性涂层。这种涂层具有高吸收率(在600℃，0.95)和低发射率(在700℃，0.07)并且由以下组成：

-由SiOx、SiN、TiO₂、TiOx、金属/AlOx金属陶瓷或金属/SiOx金属陶瓷制成的第一扩散屏障；