专利名称：全玻璃太阳能真空集热管及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种太阳能真空集热管，特别是具有全玻璃太阳能真空集热管；本发明还涉及前述全玻璃太阳能真空集热管的制备方法。
背景技术：
目前，中国光热产热发展极快，特别是其核心的太阳能能真空集热管生产技术已经非常成熟，已经达到年产过亿支的规模，年新增集热面积达到千万平方米以上，而真空集热管的保有量更是达到近3亿平方米。这些集热元件均使用的是全玻璃太阳能真空集热管，典型的膜层为殷志强教授的专利CN85100142 “溅射太阳能选择性吸收涂层”提及的Al-ALN单靶涂层，和CN96102331“太阳能选择性吸收表面涂层及其形成方法”提及的Cu-不锈钢-ALN的三靶涂层，事实上，中国的太阳能光热产业也正是在该类涂层上发展起来的。这类涂层有着高的吸收比，低的发射比，一般吸收比大于90%，发射比不大于0.1，其制成的全玻璃真空集热管带有真空夹层，吸收的热量不易散失，集热效率高，热量损失少，受到社会的广泛认可，并得到了广泛应用，形成了一个年产值过千亿元的行业，对国家的节能减排做出了突出贡献。但是上述膜层和真空集热管的最主要的缺点在于:其使用的选择性太阳光谱吸收膜层不具有抗氧化性，只能在真空条件下使用。当有由于真空除气不完全，长时间空晒吸引起玻璃和膜层放气，真空管破损等情况导致真空度减弱或者丧失时，真空集热管使用的膜层很快氧化变质，发白变淡，失去了选择性太阳光谱吸收作用，不再具有集热功能，这也是目前应用的真空集热管失效的主要原因。因此该类真空管的膜层也不可以长时间裸露存放，要及时进行真空封装。其涉及的各种材料需要在高温下进行完全的真空除气，并且要求在除气完全时及时封口，整个工序复杂多变，要求密切连接，尽快完成，能耗高，时间长。为了维持真空夹层的真空度，现在均使用蒸散型吸气剂，这就给生产过程增加了高频烤消工序，且减小了一定的吸热面积，也导致了成本的提高。现有的真空集热管，为了使真空夹层维持较高的真空度，一般为10_3Pa左右，除了在较高温度下，一般在400°C _420°C，对玻璃为主的材料进行有效的真空除气，并且要求在除气后及时封口。封离的真空度要求一般在10_3Pa左右。同时还会在真空夹层中防止蒸散型的吸气剂来进一步维持真空夹层在使用过程中的真空度，保证真空集热管的集热效果和寿命，这类蒸散型吸气剂也称为扩散型或闪烧型吸气剂，太阳能集热管中一般使用钡铝镍型吸气剂。该种非蒸散型吸气剂需要对吸气金属加热后蒸散出来形成吸气薄膜才能有效工作。因此一般在集热管排气封离后，采用高频感应加热的方法对其进行烤消，从而使钡铝镍型吸气剂在几秒到几十秒内完成起蒸，从而在集热管管头等位置形成一层以钡等金属为主的亮银色吸气薄膜，光热行业称其为吸气镜面。这种吸气剂的成本较低，在太阳能真空集热管领域普遍应用。目前GB/T17049-2005中对太阳能真空集热管真空品质的检测方法等也是基于蒸散型吸气剂和吸气镜面规定的，反应出该种吸气剂的优势。但该镜面也会阻挡管头部分对太阳光线的吸收，减小了真空集热管的实际集热面积。从其加工过程中也可以看出，整个太阳能集热管的生产工序复杂，要求密切连接，吸气剂的蒸散增加了一定工序时间和加工成本。且蒸散型吸气剂在蒸散过程会有一定的放气量，在烘烤排气封离完成后出现的这种放气也会导致真空集热管的真空度降低。另外，真空集热管使用的不锈钢管卡的真空除气温度较高，在400°C左右的烘烤排气过程中该管卡上的大部分残余气体都未除去，因此在使用过程中，管卡放出的气体也会导致真空集热管真空度的降低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种使用抗氧化选择性吸收涂层的全玻璃太阳能真空集热管。本发明所要解决的另一个技术问题是提供了上述全玻璃太阳能真空集热管的一种制备方法。本发明所要解决的技术问题是通过以下的技术方案来实现的，本发明是一种全玻璃太阳能真空集热管，其特点是:该集热管包括罩管、内管和支架组件，内管设在罩管内，内管的外端和罩管固定连接；内管的内端通过支架组件固定在罩管内；在内管的外表面上设有抗氧化选择性吸收涂层，该涂层由基材向外依次由扩散结合层、红外反射层、扩散阻挡层、吸收层、绒面织构层和减反层叠合而成，所述的扩散结合层、扩散阻挡层、绒面织构层选自Fe、FeM合金、T1、TiM合金、Cr、CrM合金、N1、NiM合金、Al、AlM合金、Sn、SnM合金中的一种或多种，或者选自前述金属或合金的氧化物、氮化物或者碳化物，M选自Al、Fe、N1、Cr、Sn、S1、Mg、Mn、Pb、Mo中的一种或多种；所述的吸收层由铁铬合金FeCrM与氧气反应形成；所述的减反层选自AlM0、AmN、SiMO2中的一种。
金属氮化物或者碳化物可以为AINx、TiNx> FeNx> CrNx> SiNx> SnNx ;AlCx、TiCx>FeCx, CrCx, SiCx、SnCx，其中 0 < X < 5 的任意数值。扩散结合层、扩散阻挡层和绒面织构层为不影响涂层光学性能的过渡层，该类过渡层能够防止膜层间高温下互扩散，提高膜层的高温抗氧化性。红外高反射层材料为Cu、Al、Mo、Ni等金属或其合金构成，当基材为Cu、Al等材料时，可以适当减小红外高反射层的厚度，或者不使用红外高反射层。本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现，支架组件包括不锈钢管卡，不锈钢管卡上连接有吸气剂支架，吸气剂支架上设有非蒸散型吸气剂。本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现，扩散结合层、扩散阻挡层、绒面织构层的厚度分别为2-5nm。本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现，所述的金属氧化物为CrOx、Sn02、Fe0x，Al2O3，其中O < X彡3的任意数值。本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现，所述的铁铬合金FeCrM为奥氏体不锈钢。本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现，所述的奥氏体不锈钢为 0Crl8Ni9 或 00Crl7Nil4Mo2。本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现，所述吸收层由2-4个子层组成，从内向外的每个子层中的金属质量含量依次递增。本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现，本发明是一种如以上技术方案所述的全玻璃太阳能真空集热管的制备方法，其特点是，其步骤如下:
(1)罩管制备:罩玻璃管按要求将一端炸口精切，另一端拉尾形成排气尾管；
(2)内管制备:内管经圆底后，清洗、烘干后备用；
(3)内管镀抗氧化选择性吸收涂层，镀膜的步骤如下:
a、内管放入镀膜机中，镀膜机抽真空至IX 10_3-9 X 10_3Pa，
b、扩散结合层的形成:向镀膜机中通入氩气，使镀膜机的真空度为0.3-0.5Pa，然后开启扩散结合层金属或金属合金祀，在基材上沉积薄层金属或金属合金，在80°C _280°C温度下向镀膜机通入氧气、氮气或碳氢气体，使该薄层金属原位反应生成金属或金属合金的氧化物、氮化物或碳化物形成厚度为2-5nm的扩散结合层，后关闭扩散结合层金属或金属合金靶；
c、红外反射层的形成:打开红外反射层金属或其合金IE,在IS气气氛下,在扩散结合层上沉积一层形成厚度为50-200nm的红外反射层，后关闭红外反射层金属或其合金靶，；
d、扩散阻挡层的形成:扩散阻挡层为金属或金属合金时，其形成方法为:打开扩散阻挡层金属或其合金祀，在IS气气氛下，在红外反射层上沉积一层薄层金属或金属合金形成厚度为2-5nm的扩散阻挡层；扩散阻挡层为金属或金属合金的氧化物、氮化物或碳化物时，其形成方法为:按前述方法在基材上沉积薄层金属或金属合金后，关闭扩散阻挡层金属或其合金祀，在80°C _280°C温度下向镀膜机通入氧气、氮气或碳氢气体，使该薄层金属原位反应生成金属或金属合金的氧化物、氮化物或碳化物，形成厚度为2-5nm的扩散阻挡层；
e、吸收层的形成:打开吸收层铁铬合金FeCrM靶，向镀膜机中通入氧气，调节氧气流量，形成2-4层FeCrM-O金属子层，后关闭吸收层铁铬合金FeCrM靶；
f、绒面织构层的形成:当绒面织构层为金属或金属合金时，其形成方法为:打开绒面结构层金属或其合金靶，在氩气气氛下，在吸收层表面沉积形成厚度为2-10nm的薄层金属，启动偏压，在薄层金属表面进行刻蚀2-8min，形成凹凸不平的陷光金属或其合金的绒面织构层；当绒面织构层为金属或金属合金的氧化物、氮化物或碳化物时，其形成方法为:按前述方法在基材上形成凹凸不平的陷光金属或其合金的绒面织构层后，关闭绒面结构层金属或其合金祀，在80°C _280°C温度下向镀膜机通入氧气、氮气或碳氢气体,使该薄层金属原位反应生成金属或金属合金的氧化物、氮化物或碳化物形成绒面织构层；
g、减反层的形成:镀膜机抽真空至5X10_3Pa，通入氩气，使真空度为0.3-0.5Pa，启动减反层Al或AlM合金或Si祀,通入氧气和/或氮气，在绒面织构层表面沉积形成50-200nm的减反层，在80-280°C真空中保温10-20min，即得。使膜层在通入氧气氛或者大气气氛的低真空条件下，在80-280°C真空中保温10-20min，是为了进一步提高膜层的致密性和高温抗氧化效果，减小由于高沉积速率产生的膜层内应力，老化处理后的膜层更加致密，具有更好的抗氧化效果；
(4)不锈钢管卡除气:将不锈钢管卡置于真空热处理炉中，在500-100(TC温度下进行真空除气处理，除气后，将不锈钢管卡与吸气剂支架点焊构成支架组件；
(5)将罩管、内管和支架组件装配在一起，用封口机将罩管和内管的外端部连接形成毛坯集热管；
(6)将毛坯集热管进行排气，排气过程中使用预抽泵抽至0.8-1.2Pa，接着升温到2800C _320°C后保温2-10min，再启动高真空机组抽真空，随后继续升温至450°C _500°C后保温20min-40min，同时激活非蒸散型吸气剂；排气完成后割去罩管上的排气尾管，即得真空集热管。将排气工序和激活工序合二为一，提高了生产效率，且节能效果显著。基于该种抗氧化性膜层能够在> 400°C仍有极好的稳定性，本发明中采用了有别于原有非抗氧化性涂层的排气工艺需要先将真空夹层抽至较高真空度后方可进行加热升温的方法，而是了提高加热速率，先使用预抽泵抽至IPa左右，接着升温到300°C，均匀化2-10min后，再启动高真空机组抽高真空，随后继续升温至450°C -500°C，到温保温时间20min 到 40min。对于300°C前的低真空状态，此时由于气体分子较多且剧烈活动，热量很容易传入内层玻璃处，从而克服了原普通真空集热管排气过程中内管温度始终低于外管500C -100°C的这种情况，实现了温度场的迅速均匀，明显提高了排气效果，大大缩短了工艺效率，降低了能耗。上述这些措施都有效保证了使用非蒸散型吸气剂甚至不使用吸气剂的情况，维持真空集热管的长时间高真空和使用寿命。本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现，在步骤b中在80°C -280°C温度下向镀膜机通入氧气、氮气或碳氢气体，在辉光放电条件下反应Ι-lOmin,生成金属或金属合金的氧化物、氮化物或碳化物形成扩散结合层；步骤d中在80°C -280°C温度下向镀膜机通入氧气、氮气或碳氢气体，在辉光放电条件下反应1-lOmin，生成金属或金属合金的氧化物、氮化物或碳化物形成扩散阻挡层；步骤f中在80°C -280°C温度下向镀膜机通入氧气、氮气或碳氢气体，在辉光放电条件下反应Ι-lOmin，生成金属或金属合金的氧化物、氮化物或碳化物形成绒面织构层。本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现，在步骤e中，所述的吸收层为两层子层，其中内层子层制备时氧气流量为30-100sCCm，得到的子层厚度为30-40nm，外层子层制备时，氧气流量为80-150sCCm，得到的子层厚度为30_40nm。与现有技术相比，本发明使用抗氧太阳光谱选择性吸收涂层后，该真空集热管即使在其真空夹层的真空度降低甚至完全消失时，其光谱吸收膜层具有高的抗氧化性，膜层仍然可以正常工作，这就极大的提高了集热管的使用寿命，使得该种真空集热管的使用寿命明显变长，其寿命能够明显增加1-2倍。同时降低了真空集热管制作过程中的时间紧迫性要求，打破了行业内要求集热管镀膜完成后24h内进行封口排气的惯例，甚至可以实现专业镀膜厂家异地制备镀膜内管，再运输到真空管厂家进行封口、排气等方式，能够提高光热行业的专业化分工程度。同时由于除气温度的提高和先加热后抽真空工艺的实施，有效的缩短了高温除气的时间，提高了排气效果和生产效率，降低了由于长时间高温除气的的能耗，降低了成本。此外，选用合适的非蒸散型吸气剂，如锆钒铁型的激活温度在400°C _500°C，吸气剂在真空集热管进行高温排气的同时被激活，从而取消了蒸散型吸气剂的烤消工序，又进一步缩短了工艺流程，减少了生产成本。其次消除了原有蒸散型吸气剂和吸气镜面导致了阻挡管头太阳光线吸收现象，事实上增大了真空集热管的实际集热面积。同时还消除了蒸散型吸气剂在蒸散过程中的放气对真空度的不利影响。另外，管卡经过高温真空除气后，在使用过程中几乎在没有参与的氢气放出，极大的增大了真空夹层和集热管的的寿命。且该真空集热管使用的高温抗氧化性太阳光谱选择性吸收涂层能够最大程度保证真空集热管在真空度降低后的集热效果，保证真空集热管的使用寿命。
图1是本发明的一种结构示意图。
具体实施例方式以下参照附图，进一步描述本发明的具体技术方案，以便于本领域的技术人员进一步地理解本发明，而不构成对其权利的限制。实施例1，参照附图，一种全玻璃太阳能真空集热管，该集热管包括罩管2、内管I和支架组件，内管I设在罩管2内，内管I的外端和罩管2固定连接；内管I的内端通过支架组件固定在罩管2内；在内管I的外表面上设有抗氧化选择性吸收涂层3，该涂层由基材向外依次由扩散结合层、红外反射层、扩散阻挡层、吸收层、绒面织构层和减反层叠合而成，所述的扩散结合层、扩散阻挡层、绒面织构层选自Fe、FeM合金、T1、TiM合金、Cr、CrM合金、N1、NiM合金、Al、AlM合金、Sn、SnM合金中的一种或多种，或者选自前述金属或合金的氧化物、氮化物或者碳化物，M选自Al、Fe、N1、Cr、Sn、S1、Mg、Mn、Pb、Mo中的一种或多种；所述的吸收层由铁铬合金F eCrM与氧气反应形成；所述的减反层选自ΑΙΜΟ、A1MN、SiMO2中的一种。实施例2，实施例1所述的全玻璃太阳能真空集热管中，支架组件包括不锈钢管卡4，不锈钢管卡4上连接有吸气剂支架5，吸气剂支架5上设有非蒸散型吸气剂，吸气剂支架5上还可以没有吸气剂。实施例3，实施例1所述的全玻璃太阳能真空集热管中，扩散结合层、扩散阻挡层、绒面织构层的厚度分别为2-5nm。实施例4，实施例2或3所述的全玻璃太阳能真空集热管中，所述的金属氧化物为Cr0x、Sn02、Fe0x，Al2O3,其中 O < X 彡 3 的任意数值。实施例5，实施例1所述的全玻璃太阳能真空集热管中，所述的铁铬合金FeCrM为奥氏体不锈钢。实施例6，实施例1所述的全玻璃太阳能真空集热管中，所述的奥氏体不锈钢为0Crl8Ni9 或 00Crl7Nil4Mo2。实施例7，实施例1或5或6所述的全玻璃太阳能真空集热管中，所述吸收层由2-4个子层组成，从内向外的每个子层中的金属质量含量依次递增。实施例8，如实施例1-7所述的全玻璃太阳能真空集热管的制备方法，其步骤如下:(1)罩管2制备:罩玻璃管按要求将一端炸口精切，另一端拉尾形成排气尾管；(2)内管I制备:内管I经圆底后，清洗、烘干后备用；
(3)内管I上镀抗氧化选择性吸收涂层3，镀膜的步骤如下:
a、内管放入镀膜机中，镀膜机抽真空至IX 10_3-9 X 10_3Pa，，优选5 X 10 ,
b、扩散结合层的形成:向镀膜机中通入氩气，使镀膜机的真空度为0.3-0.5Pa，，优选
0.4Pa然后开启扩散结合层金属或金属合金祀,在基材上沉积薄层金属或金属合金,薄层金属的晶格常数、热膨胀系数和基材、红外反射层的差异均较小，在冷热交替过程中起到减小内应力，提高膜层结合强度的作用，从而保证太阳光谱选择性吸收涂层3不易脱膜、开裂。后在80°C _280°C温度下向镀膜机通入氧气、氮气或碳氢气体，使该薄层金属原位反应生成金属或金属合金的氧化物、氮化物或碳化物形成厚度为2-5nm的扩散结合层，后关闭扩散结合层金属或金属合金靶；原位反应生成的膜层具有结合力大，性质稳定，结合牢固的特点，其适合在300°C _400°C高温度下长期工作，在冷热交替过程中起到稳定膜层结构，减小内应力，提高膜层结合强度的作用，从而保证太阳光谱选择性吸收涂层3不易脱膜、开裂。C、红外反射层的形成:打开红外反射层金属或其合金靶，在氩气气氛下，在扩散结合层上沉积一层形成厚度为50-200nm的红外反射层，后关闭红外反射层金属或其合金靶，;
d、扩散阻挡层的形成:扩散阻挡层为金属或金属合金时，其形成方法为:打开扩散阻挡层金属或其合金祀，在IS气气氛下，在红外反射层上沉积一层薄层金属或金属合金形成厚度为2-5nm的扩散阻挡层；扩散阻挡层为金属或金属合金的氧化物、氮化物或碳化物时，其形成方法为:按前述方法在基材上沉积薄层金属或金属合金后，关闭扩散阻挡层金属或其合金祀，在80°C -280°C温度下向镀膜机通入氧气、氮气或碳氢气体，使该薄层金属原位反应生成金属或金属合金的氧化物、氮化物或碳化物，形成厚度为2-5nm的扩散阻挡层，关闭扩散阻挡层金属或 其合金靶；
e、吸收层的形成:打开吸收层铁铬合金FeCrM靶，向镀膜机中通入氧气，调节氧气流量，形成2-4层FeCrM-O金属子层，后关闭吸收层铁铬合金FeCrM靶；
f、绒面织构层的形成:当绒面织构层为金属或金属合金时，其形成方法为:打开绒面结构层金属或其合金靶，在氩气气氛下，在吸收层表面沉积形成厚度为2-10nm的薄层金属，启动偏压，在薄层金属表面进行刻蚀2-8min，形成凹凸不平的陷光金属或其合金的绒面织构层，凹凸不平的陷光金属或其合金的绒面织构层进一步减少光反射的作用；当绒面织构层为金属或金属合金的氧化物、氮化物或碳化物时，其形成方法为:按前述方法在基材上形成凹凸不平的陷光金属或其合金的绒面织构层后，关闭绒面结构层金属或其合金靶，在80°C -280°C温度下向镀膜机通入氧气、氮气或碳氢气体,使该薄层金属原位反应生成金属或金属合金的氧化物、氮化物或碳化物形成绒面织构层。原位生成氧化物、氮化物或者碳化物的工艺容易控制，制备的扩散结合层、扩散阻挡层和绒面织构层具有结合力大，结合牢固的特点，且扩散结合层、扩散阻挡层和绒面织构层的热膨胀系数和相邻层的热膨胀系数的相近，膜层内应力小，膜层不易脱落。现有技术中还没有利用原位氧化制备生成膜层的应用。g、减反层的形成:镀膜机抽真空至5X10_3 Pa，通入氩气，使真空度为0.3-0.5Pa，启动减反层Al或AlM合金或Si靶，通入氧气和/或氮气，在绒面织构层表面沉积形成50-200nm的减反层，在80_280°C真空中保温10_20min，即镀膜完成。
(4)不锈钢管卡4除气:将不锈钢管卡4置于真空热处理炉中，在500-1000°C温度下进行真空除气处理，真空除气时宜采用分子泵真空机组排气台进行排气，排气真空负压强高于10_3Pa，远高于一般真空集热管5.0X KT2Pa的要求。除气后，将不锈钢管卡4与吸气剂支架5点焊构成支架组件。(5)将罩管2、镀有抗氧化选择性吸收涂层3的内管I和支架组件装配在一起，用封口机将罩管2和内管I的外端部连接形成毛坯集热管；
(6)将毛坯集热管进行排气，排气过程中使用预抽泵抽至0.8-1.2Pa，接着升温到2800C _320°C后保温2-10min，再启动高真空机组抽真空，随后继续升温至450°C -500°C后保温20min-40min，同时激活非蒸散型吸气剂；排气完成后割去罩管2上的排气尾管，即得真空集热管。实施例9，如实施例8所述的全玻璃太阳能真空集热管的制备方法，其步骤如下:在步骤b中在80°C -280°C温度下向镀膜机通入氧气、氮气或碳氢气体，在辉光放电条件下反应Ι-lOmin，生成金属或金属合金的氧化物、氮化物或碳化物形成扩散结合层；步骤d中在80°C -280°C温度下向镀膜机通入氧气、氮气或碳氢气体，在辉光放电条件下反应Ι-lOmin，生成金属或金属合金的氧化物、氮化物或碳化物形成扩散阻挡层；步骤f中在80°C _280°C温度下向镀膜机通入氧气、氮气或碳氢气体，在辉光放电条件下反应1-lOmin，生成金属或金属合金的氧化物、氮化物或碳化物形成绒面织构层。实施例10，实施例8所述的全玻璃太阳能真空集热管的制备方法中，在步骤e中，所述的吸收层为两层子层，其中内层子层制备时氧气流量为30-100sCCm，得到的子层厚度为30-40nm，外层子层制备时，氧气流量为80-150sCCm，得到的子层厚度为30_40nm。实施例11，如实施例8-10所述的全玻璃太阳能真空集热管内管I镀抗氧化选择性吸收涂层3的方法，其步骤如下:玻璃基材经清洗剂、丙酮浸泡和去离子水超声清洗，充分烘干后放入真空室。启动抽气系统使真空室中抽至5X10_3Pa。通入氩气，使真空度稳定在0.4Pa，开不锈钢靶lmin，电压350V，在基材上沉积厚度不锈钢层，随后持续通入氮气120sCCm持续5min，随后在弱偏压，4A电流下通入氮气辉光放电并轰击金属薄层，该层金属原位反应生成致密金属氮化物层形成扩散结合层。真空度再次抽到5 X 10_3Pa，通入氩气，使真空度稳定在0.4Pa，开Cu靶15min生成Cu红外反射层，随后关闭Cu靶开不锈钢靶lmin，沉积一层薄层金属不锈钢，随后通入氮气120sccm,启动偏压，电流4A轰击该金属薄层5min,该层金属原位反应生成致密金属氮化物层形成扩散阻挡层。通入氧气，通过改变氧气的比例获得第一吸收层和第二吸收层。首先通入氧气60SCCm，反应溅射得到第一吸收层，然后通入氧气llOsccm，反应溅射得到第二吸收层。关不锈钢靶，开铝靶，通入氧气、氮气，在吸收层上沉积A1N0，氧气与氮气的比例为1:4，电压300V，沉积时间lOmin，随后只通入氩气，真空度为8 X KT1Pa,偏压电流7A，轰击刻蚀膜层表面5min形成绒面织构层。偏压结束后，再开铝靶，通入氧气、氮气，在绒面织构层上沉积AlNO形成减反层，氧气与氮气的比例为1:4，电压280V，沉积时间lOmin。关闭各靶，通入氧气至真空度为0.4MPa，镀制好的涂层在该气氛和100-150°C温度下保温20min，目的是提高膜层致密性，消除内应力。制备得到的涂层吸收比彡0.96，反射比彡0.06( IO(TC)，该膜层在500°C的大气条件高温下老化300h,涂层吸收比、反射比均衰减不超过5%。实施例12，如实施例1-10所述的全玻璃太阳能真空集热管的制备方法，其步骤如下:全玻璃真空集热管的内管1、罩管2清洗后。内管I装入磁控溅射镀膜机，可以是单靶，亦可以是双靶或者三靶以上，在内管I上镀上抗氧化性吸收涂层3。 管卡4在真空热处理炉中，在500-1000°C温度下持续20min以上的烘烤去氢除气，除气完成的管卡4要求及时使用(12h内)，非蒸散型吸气剂主要选用锆钒铁型，不锈钢管卡4和吸气剂支架5点焊组装成支架组件，不使用吸气剂时还能省去点焊步骤。镀好抗氧化选择性吸收涂层3的内管1、外管和支架组件装配，并封口。封口后的毛坯集热管上排气台排气，先使用预抽泵抽至IPa左右，接着升温到300°C，使温度均匀化2-10min后，再启动高真空机组抽高真空，随后继续升温至450°C _500°C，保温时间20min到40min。在450°C -50(TC温度下非蒸散型吸气剂激活非蒸散型吸气剂，排气完成后割去罩管2上的排气尾管，即得真空集热管。排气台的真空抽气系统使用分子泵真空机组，减小了油扩散泵返油蒸汽可能对真空夹层的不利影响，同时分子泵真空机组在高于10_3Pa，甚至10_5Pa的抽气速率依然能够维持在最大抽速，因此可以将真空夹层在较经济的时间内抽到高于10_4Pa的真空度。当然在上述技术支持下，该种真空集热管也可以在所有材料排气完全后，将真空夹层的真空度抽到10_4Pa以 上的 真空后，采用不使用任何吸气剂的方案。
权利要求
1.一种全玻璃太阳能真空集热管，其特征在于:该集热管包括罩管、内管和支架组件，内管设在罩管内，内管的外端和罩管固定连接；内管的内端通过支架组件固定在罩管内；在内管的外表面上设有抗氧化选择性吸收涂层，该涂层由基材向外依次由扩散结合层、红外反射层、扩散阻挡层、吸收层、绒面织构层和减反层叠合而成，所述的扩散结合层、扩散阻挡层、绒面织构层选自Fe、FeM合金、T1、TiM合金、Cr、CrM合金、N1、NiM合金、Al、AlM合金、Sn、SnM合金中的一种或多种，或者选自前述金属或合金的氧化物、氮化物或者碳化物，M选自Al、Fe、N1、Cr、Sn、S1、Mg、Mn、Pb、Mo中的一种或多种；所述的吸收层由铁铬合金FeCrM与氧气反应形成；所述的减反层选自AlMO、AmN、SiMO2中的一种。
2.根据权利要求1所述的全玻璃太阳能真空集热管，其特征在于:支架组件包括不锈钢管卡，不锈钢管卡上连接有吸气剂支架，吸气剂支架上设有非蒸散型吸气剂。
3.根据权利要求1所述的全玻璃太阳能真空集热管，其特征在于:扩散结合层、扩散阻挡层、绒面织构层的厚度分别为2-5nm。
4.根据权利要求1所述的全玻璃太阳能真空集热管，其特征在于:所述的金属氧化物为CrOx、SnO2、FeOx，Al2O3,其中O < X彡3的任意数值。
5.根据权利要求1所述的全玻璃太阳能真空集热管，其特征在于:所述的铁铬合金FeCrM为奥氏体不锈钢。
6.根据权利要求5所述的全玻璃太阳能真空集热管，其特征在于:所述的奥氏体不锈钢为 0Crl8Ni9 或 00Crl7Nil4Mo2。
7.根据权利要求1所述的全玻璃 太阳能真空集热管，其特征在于:所述吸收层由2-4个子层组成，从内向外的每个子层中的金属质量含量依次递增。
8.—种如权利要求1-7所述的全玻璃太阳能真空集热管的制备方法，其特征在于，其步骤如下: (1)罩管制备:罩玻璃管按要求将一端炸口精切，另一端拉尾形成排气尾管； (2)内管制备:内管经圆底后，清洗、烘干后备用； (3)内管镀抗氧化选择性吸收涂层，镀膜的步骤如下: a、内管放入镀膜机中，镀膜机抽真空至IX 10_3-9 X 10_3Pa ； b、扩散结合层的形成:向镀膜机中通入氩气，使镀膜机的真空度为0.3-0.5Pa，然后开启扩散结合层金属或金属合金祀，在基材上沉积薄层金属或金属合金，在80°C _280°C温度下向镀膜机通入氧气、氮气或碳氢气体，使该薄层金属原位反应生成金属或金属合金的氧化物、氮化物或碳化物形成厚度为2-5nm的扩散结合层，后关闭扩散结合层金属或金属合金靶； C、红外反射层的形成:打开红外反射层金属或其合金IE,在IS气气氛下,在扩散结合层上沉积一层形成厚度为50-200nm的红外反射层，后关闭红外反射层金属或其合金靶，； d、扩散阻挡层的形成:扩散阻挡层为金属或金属合金时，其形成方法为:打开扩散阻挡层金属或其合金祀，在IS气气氛下，在红外反射层上沉积一层薄层金属或金属合金形成厚度为2-5nm的扩散阻挡层；扩散阻挡层为金属或金属合金的氧化物、氮化物或碳化物时，其形成方法为:按前述方法在基材上沉积薄层金属或金属合金后，关闭扩散阻挡层金属或其合金祀，在80°C -280°C温度下向镀膜机通入氧气、氮气或碳氢气体，使该薄层金属原位反应生成金属或金属合金的氧化物、氮化物或碳化物，形成厚度为2-5nm的扩散阻挡层；e、吸收层的形成:打开吸收层铁铬合金FeCrM靶，向镀膜机中通入氧气，调节氧气流量，形成2-4层FeCrM-O金属子层，后关闭吸收层铁铬合金FeCrM靶； f、绒面织构层的形成:当绒面织构层为金属或金属合金时，其形成方法为:打开绒面结构层金属或其合金靶，在氩气气氛下，在吸收层表面沉积形成厚度为2-10nm的薄层金属，启动偏压，在薄层金属表面进行刻蚀2-8min，形成凹凸不平的陷光金属或其合金的绒面织构层；当绒面织构层为金属或金属合金的氧化物、氮化物或碳化物时，其形成方法为:按前述方法在基材上形成凹凸不平的陷光金属或其合金的绒面织构层后，关闭绒面结构层金属或其合金祀，在80°C _280°C温度下向镀膜机通入氧气、氮气或碳氢气体,使该薄层金属原位反应生成金属或金属合金的氧化物、氮化物或碳化物形成绒面织构层； g、减反层的形成:镀膜机抽真空至5X10_3Pa，通入氩气，使真空度为0.3-0.5Pa，启动减反层Al或AlM合金或Si祀,通入氧气和/或氮气，在绒面织构层表面沉积形成50-200nm的减反层，在80-280°C真空中保温10-20min，即得； (4)不锈钢管卡除气:将不锈钢管卡置于真空热处理炉中，在500-100(TC温度下进行真空除气处理，除气后，将不锈钢管卡与吸气剂支架点焊构成支架组件； (5)将罩管、内管和支架组件装配在一起，用封口机将罩管和内管的外端部连接形成毛坯集热管； (6)将毛坯集热管进行排气，排气过程中使用预抽泵抽至0.8-1.2Pa，接着升温到2800C _320°C后保温2-10min，再启动高真空机组抽真空，随后继续升温至450°C _500°C后保温20min-40min，同时激活非蒸散型吸气剂；排气完成后割去罩管上的排气尾管，即得真空集热管。
9.根据权利要求8所述的全玻璃太阳能真空集热管的制备方法，其特征在于:在步骤b中在80°C -280°C温度 下向镀膜机通入氧气、氮气或碳氢气体，在辉光放电条件下反应Ι-lOmin，生成金属或金属合金的氧化物、氮化物或碳化物形成扩散结合层；步骤d中在80°C _280°C温度下向镀膜机通入氧气、氮气或碳氢气体，在辉光放电条件下反应1-lOmin，生成金属或金属合金的氧化物、氮化物或碳化物形成扩散阻挡层；步骤f中在80°C -280°C温度下向镀膜机通入氧气、氮气或碳氢气体，在辉光放电条件下反应Ι-lOmin，生成金属或金属合金的氧化物、氮化物或碳化物形成绒面织构层。
10.根据权利要求8所述的全玻璃太阳能真空集热管的制备方法，其特征在于:在步骤e中，所述的吸收层为两层子层，其中内层子层制备时氧气流量为30-100sCCm，得到的子层厚度为30-40nm，外层子层制备时，氧气流量为80-150sCCm，得到的子层厚度为30_40nm。
全文摘要
本发明是一种全玻璃太阳能真空集热管及其制备方法，该集热管包括罩管、内管和支架组件；内管外表面设有抗氧化选择性吸收涂层，该涂层由基材向外依次由扩散结合层、红外反射层、扩散阻挡层、吸收层、绒面织构层和减反层叠合而成。本发明使用抗氧太阳光谱选择性吸收涂层后，真空集热管即使在其真空夹层的真空度降低甚至完全消失时，其光谱吸收膜层具有高的抗氧化性，膜层仍然可以正常工作，极大的提高了集热管的使用寿命，并且集热管在制造时排气时间短，高温除气同时激活非蒸散型吸气剂，其生产效率高，降低了生产成本，并增加实际集热面积。
文档编号C23C14/06GK103115448SQ20131007182
公开日2013年5月22日 申请日期2013年3月7日 优先权日2013年3月7日
发明者焦青太, 尧克光, 王国伟 申请人:日出东方太阳能股份有限公司