非真空高温太阳光谱选择性吸收涂层的研制（可编辑）.doc

非真空高温太阳光谱选择性吸收涂层的研制 E-mail: haolei863@163 2008-07-01 收稿, 2008-10-19 接受 北京有色金属研究总院技术创新基金资助项目 编号: 52201 关键词 摘要 采用 多弧离子镀以 TiAl 合 金为靶材在抛光不锈钢和铜基底上制备出了 太阳能 TiAl/TiAlN/TiAlON/TiAlO 涂层, 实验 温氧化性 抗高 层进行了 涂 并对子显微 电 用扫描 采 选择性吸收涂层 镜SEM 、 X 仪XRD 射线衍射 紫外 电阻仪、 四探针 、 - 可见 - 傅里叶 计和 分光光度 外 近红 氮化钛铝 红外光谱仪分别对样品的表面和断面形貌、晶体结构、相组成、光学和电学性能进行了 抗高温氧化 分析. 结 , 耐 涂层 800 ℃温氧化 高 , 为 的厚度 涂层 2 μm, 匀, 布均 粒大小分 晶 在可 见- 区0 红外光 近 .3~2.5 μm 于 的反射率小 10%, 于 电阻小 方块 0.5 Ω, 外反射率 膜的红 薄 2.5~25 μm 为 0.09~0.19, 吸收, 择性 的光谱选 很好 涂层具有 出的 说明研制 能热发 阳 在太 电、建筑节能等领域中有很好的应用前景太阳 能光谱选择 性吸收涂层 的特点是在 太阳 光 粒子有Cu, Au, Ni, Mo, Cr, Co, Pt 或 W, 它们在可 见 光 谱范围0.3~2.5 μm 具有 较高的吸收率 α, 在红外区 区域具有 理 想的消光 系 数k 值 , 介 质 基体有SiO, SiO , 2 域 2~50 μm 有很低 的发射率 ε ; 它能 把低能量 密度的 Al O , MgO 和 AlN, TiN 等 , 在可见 光 区折射率n 2, 2 3 太阳能 转换 成高能 量密 度的热 能, 把太阳 能富 集起 是理想的介 质基体; 常用 金属陶瓷涂 层有: Cr-Cr O , 2 3 来 , 提高太阳 能光热转换效率, 是太阳 能热利用研究 Ni-Al O , Mo-Al O , Co-Al O 等 ; 然而 在高于 350 ℃ 2 3 2 3 2 3 [1,2] 工作中 受到 重视的 一项 内容. 我 国 在近二 三十 年对 时 , 这些涂层只能用于 真空环境中对于 非真 空 太阳能热利用的研究中, 主要成果限于低温利用, 领 使用的耐高 温 高于 500 ℃ 太阳能选择性吸收涂 层国 干燥 、 域有生活 采暖、 游泳池 海水淡 洗加化 浴、热、、 内还未见报道 养殖等方面. 但从长远观点看, 中高温 利用有更好的 1 材料的选择与制备 前 景和应用价 值. 以太 阳能 高温发电为 例, 太阳 能热 本文提出将 TiAl/TiAlN/TiAlON/TiAlO 用作非真 发 电主 要是把 太阳 能转化 为热 能, 产生 的热 使介质沸 空高温太 阳 能光谱选 择 性吸收涂 层, 理由如下 : ? 腾 , 产生蒸 汽来 推动涡轮机 发电, 这 样就 可以减少常 TiAlN 是一种优质 的高硬度、 耐磨和抗氧 化材料 , 其 规能源发电, 减少对环境的污染, 有利于节能减排 硬 度和耐磨性 均明显高于 传统的 TiN 材料, 且有良好 根据 吸收太阳光 的原理和涂 层结构不同 , 选择 的 高温 抗氧化 能力 , 是替 代 TiN 镀层的 理想 镀层 , 国 性吸收涂 层 的基本类 型 有半导体 涂 层、光干 涉 涂层 、 [3~7] 内外 对TiAlN 物 理化学 特性 的研究 非常 活跃 ? 多层渐变 金属陶 涂 层、 瓷 涂层和多 孔 涂层, 其 中的金 TiAlN 薄膜具有低 的电阻率 , 应该在中远红 外具有低 属陶瓷 复合 涂层是 近年 来新开 发的 涂层 , 具有良 好 [6,7] 的 辐射性 能 ; ? 近期 , 郑 等获得 了耐 600 ℃氧化, 的热稳定性, 主要应用在中高温领域. 金属陶瓷复合 吸收率为 0.95, 射率为 发 0.07 的TiAlN/TiAlON/ Si N 涂 层即 把金属 粒子 掺入氧 化物 或氮化 物等 介质基 体 3 4 [8~10] 涂层 ; ? 目前国 内外尚未有 人对TiAlN 涂层的 中 , 这种 涂 层通过 金属 的带间 跃迁 和小颗 粒的 共振 光学 性质进行深 入的研究 , 特别是对TiAlN 涂层热控 使涂层 对太 阳光谱 有很 强的吸 收作 用. 常 用的金 属 //0. //. 251 果表明2009 年 1 月 第 54 卷 第 2 期 特性 即可见 吸收、热红 外发射特 性 及红外反 射 特性 的研究尚处于空白阶段 本文利用 多 弧离子镀 在 厚度为 1 mm 的抛光 304 不锈钢