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平板太阳能集热器 蓝膜工艺与性能控制

 一、什么是蓝膜

  蓝膜(也称超级蓝膜,太阳光谱选择性吸收涂层,因其颜色为蓝色,所以俗称蓝膜),是沉积在金属基体表面,用来收集太阳能的吸收涂层,属新一代太阳能利用技术。可以用这样金属基体来做太阳能集热器的板芯。由于蓝膜具有对太阳辐射能极高的吸收率的特性,且其自身发射率低,可进一步提高太阳能集热器效率。

  选择性吸收涂层就是对不同波长光的吸收具有选择性。我们把光大致分为:紫外、可见、红外(近红外、中红外、远红外)。这里太阳光谱选择性吸收的概念是对紫外、可见、近红外高吸收(太阳光的绝大部分能量分布在紫外、可见和近红外)。蓝膜涂层的厚度在几百纳米(nm)量级,它在太阳辐射波长范围(0.25~2.5微米)具有很高的吸收率(可达95%以上);且蓝膜吸热体在吸收太阳辐射升温后高于周围环境温度情况下热发射率很低(低达5%以下)。

  

优尼特蓝膜涂层的结构

  如上结构,太阳光线所携带的热能量在吸收层被吸收,并通过良好的热传导保存到基材上。在光谱中有一部分蓝色光透过保护层被反射回来,从而形成了UNITE独特风格的蓝色。因而,高性能抗反射涂层特有的一段光谱决定了其颜色。

  二、蓝膜的镀制工艺以及性能控制

  光热转换涂层是平板集热器的核心集热元件,其性能及加工成本直接决定了整个平板集热器的集热效果和价格。自1954年以色列科学家泰勒和美国科学家吉尔顿.柯尔论证制作高吸收率(α)和低发射率(ε)选择性吸收涂层表面的可能性以来,国内外学者发展了各种涂层的制备方法,并制备各种各样的选择性吸收涂层。目前该类光热转换涂层的主要制备方法有物理气相沉积法(PhysicalVaporDeposition,即PVD法)、电化学法、喷涂法等。PVD含义是在真空条件下,采用物理方法将材料源(固体或液体)气化成气态原子、分子或部分电离成离子,并通过低压气体(或等离子体)过程,在基体表面沉积具有特殊功能的薄膜。

  蓝膜镀膜工艺流程:材料准备→基材清洗→真空镀制→成品保护

  1.材料准备

  材料准备是指镀膜基材的准备,主要包括:基材材质及基材尺寸。基材不仅对蓝膜产品的发射率、吸收率、色彩感观等光热性能产生影响,还对蓝膜成品耐候性有一定影响。因此蓝膜产品的基片需选用专用优质基材。

  以铜作为蓝膜基材,其蓝膜产品与铜管具有良好的焊接性能、无电化学腐蚀、使用寿命最长;热学性能最优、发射率最低,为蓝膜中的高端产品。

  以铝作为蓝膜基材,其价格便宜、易于获取,是应用最普遍的一种基材。但由于铝质基材在轧制过程中横、纵向拉伸效果存在差异,因此基材本身的横、纵方向发射率也会存在一定差异。另外铝质基材与铜管焊接后,存在电化学腐蚀,导热效率也比铜制基材略差,因此要使用较厚基材,及采取一定的工艺保护措施。

  2.基材清洗

  无论是铜质基材还是铝质基材,在其表面都会存在一定的油脂、脏物等污物,而这些污物对镀膜工艺稳定性及蓝膜产品的耐候性均有较大的影响。因此根据所选用的基材,配套合理的清洗设备及工艺方案是蓝膜质量性能的基本保证,只有合理的清洗工艺才能保证涂层具有良好附着力。

  3.真空镀制

  真空镀制是指清洗后的基材在真空环境下通过镀制工艺,将若干种工艺材料以原子形式沉积于基材表面,形成太阳光谱选择性吸收涂层的过程。

  4.镀膜形式

  真空磁控溅射可以采用连续式镀膜和批量式镀膜两类。连续式镀膜(如卷对卷)可使基材整体在相对稳定的真空条件下完成,蓝膜成品质量得到最好的保证。批量式镀膜(炉式、间隙式、往复式)是将基材分批次逐一放入真空腔室中进行镀膜,因此在镀制过程中控制难度较大,工艺重复性控制较困难。蓝膜成品质量的一致性、稳定性不易保证。优尼特蓝膜就采用了目前国内最先进的镀膜设备,实现卷对卷连续式生产,生产速度和产品质量等暂列国内之首。

  5.膜系

  膜系是指太阳光谱选择性吸收涂层的内部构成配方,其包括材料选择、膜厚设计、光学干涉及热学计算等。膜系决定了整个蓝膜镀制工艺的技术路线,也是蓝膜性能优劣的关键,特别是耐候性的好坏,膜系起着决定性、基因性的作用。

  本公司提供优质、高效、低成本超级硅陶膜系专利配方,并提供配备具有专利技术的装备。

  6.可靠性装备

  蓝膜产品的稳定、可靠品质是由蓝膜生产装备的稳定性、可靠性决定的,高精光学干涉膜系必须由高配装备来保证。

  7.镀制工艺配置

  合适的工艺配置包括:单、双阴极配置;平面、旋转阴极配置;直流、交流阴极配置;电子枪配置等。不同镀制工艺配置会导致生产速率、离子能量等变化,对蓝膜产品性能及成本有着重要影响。而优尼特装备采用世界名牌元部件,确保了生产线的产品稳定、可靠。

  8.工艺辅助配置

  工艺辅助配置是指除镀制工艺之外的辅助设备配置。工艺辅助设备的合理配置也对蓝膜产品的均匀性、稳定性、成品率产生重要影响。优尼特辅助设备配置齐全、合理、可确保产品性能的稳定。

  9.监控检测

  蓝膜生产环节是在真空条件下完成的,合适的可在真空环境下监测产品质量的仪器——在线监控检测设备能有效监测控制蓝膜产品性能的一致性、稳定性,提高蓝膜产品的良品率,并获得优良的产品外观。

  优尼特蓝膜能在生产过程中做到精确量控和量化反馈,这是一条专业化、自动化很高的一条生产线。

  a.优尼特蓝膜和国外其他优质蓝膜的比较

  现在蓝膜板、黑铬板、阳极氧化板的吸收率、发射率已经达到一定高的程度,优尼特的蓝膜也一样,同进口膜基本处于同一水平。如果我们花心思在吸收率方面提高1~2个百分点,或反射率降低1~2个百分点,对终端用户来说,也没有多大的影响,现在国内面临的瓶颈是产品的使用寿命问题。而反映在蓝膜主要是三个指标:耐盐雾性、抗老化性和高温耐久性等。

  b.优尼特蓝膜三项指标如下图所示:

  检验项目 技术要求 检验结果

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