Capas con absorción selectiva de la luz y procedimiento de fabricación.

Recubrimiento absorbente selectivo de la luz, que consiste en una película de material compuesto formadamediante tecnología de depósito en vacío sobre un sustrato por una reacción de una aleación de hierro y cromo y ungas no metálico,

que comprende oxígeno y nitrógeno gaseosos, de manera que en la aleación, basándose en elpeso total de la aleación, el hierro representa 60-87% en peso, el cromo representa el 13-25% en peso, M no existeo es uno o varios elementos de aleación, siendo la cantidad total de dichos metales de 40-65% molar, caracterizadoporque la cantidad de metal en la película de material compuesto metal-medio del recubrimiento absorbenteexpresado como FeCrM-N-O disminuye en la dirección de alejamiento del sustrato.

Capas con absorción selectiva de la luz y procedimiento de fabricación.

SECTOR TÉCNICO

La presente invención se refiere a un recubrimiento de absorción selectiva de la luz y a un procedimiento de fabricación del mismo. El recubrimiento de absorción selectiva de la luz comprende una película de material compuesto depositada por reacción de una aleación de cromo y hierro, y un gas no metálico, mediante tecnología de depósito en vacío. La presente invención se refiere también a un elemento captador de energía térmica solar o sistema de recubrimiento de absorción selectiva de energía solar, que comprende dicho recubrimiento de absorción selectiva de la luz y un procedimiento de fabricación del mismo. La presente invención se refiere, además, a la utilización de dichas películas de material compuesto como recubrimiento de absorción selectiva de la luz de un elemento captador de energía solar térmica o de un sistema de recubrimiento con absorción selectiva de la energía solar.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Los recubrimientos absorbentes selectivos de la luz son elementos funcionales de núcleo de los sistemas de absorción de la luz para absorber la energía de la luz. Usualmente, se aplican en elementos captadores de energía térmica solar o sistemas de recubrimiento absorbentes selectivos de la energía solar.

Un elemento captador de energía térmica solar consiste en un sistema de recubrimiento absorbente selectivo de la energía solar. Un sistema de recubrimiento absorbente selectivo de la energía solar es un grupo de sistemas de películas que tienen estructuras multicapa, tal como se muestra en la figura 1, comprendiendo una capa de base 1 reflectante de infrarrojos, fijada sobre la superficie del sustrato 5, una capa opcional amortiguadora 2, una capa absorbente selectiva de la luz 3 (de manera abreviada, capa absorbente, en la presente descripción) , y una capa laminar antireflexión 4 (capa antireflexión, de forma abreviada, en la presente descripción) .

Los sistemas de recubrimiento absorbentes selectivos de energía solar convierten la energía de la luz solar en energía térmica y, por lo tanto, la temperatura de los sistemas de recubrimiento y de los sustratos, aumentan. Los sistemas de recubrimiento radian energía al ambiente en forma de ondas caloríficas de infrarrojos debido a su propia temperatura, perdiendo energía por esta razón. Por lo tanto, se requiere que los sistemas de recubrimiento con absorción selectiva de energía puedan absorber la parte de concentración de energía en el espectro de energía solar que se recibe en el suelo y radiar una cantidad menor de ondas caloríficas de infrarrojos al ambiente.

El término “selectivo” en “sistemas de recubrimiento absorbentes selectivos de energía solar” y “recubrimientos absorbentes selectivos de luz” significan que las características absorbentes de luz del sistema de recubrimiento tienen selectividad con respecto al espectro, es decir, tienen un elevado valor a de absorbancia solar en la longitud de onda del espectro de energía solar de 0, 3-3, 0 !m, teniendo una emitancia reducida de infrarrojos s en el rango del espectro de infrarrojos.

La absorbancia solar a y la emitancia de infrarrojos s son dos importantes índices de las propiedades térmicas de la luz de los sistemas de recubrimiento absorbentes selectivos de energía solar, en los que la absorbancia solar a depende de la selección de una capa de recubrimiento absorbente y una capa antireflexión, dependiendo principalmente la emitancia de infrarrojos de la selección del material de la capa base altamente reflectante de los infrarrojos, y está afectada por el recubrimiento absorbente. En general, los sustratos o sus superficies utilizan los materiales que satisfacen las exigencias de capas-base altamente reflectantes a los infrarrojos para pasar a ser una parte de los sistemas de recubrimiento con absorción selectiva de la energía solar.

El término “metal”, significa metal elemental, aleación o fase intermetálica, excepto si se indica de modo específico en la presente descripción.

El término “medio” significa un dieléctrico, particularmente relativo a compuestos metálicos depositados por tecnología de depósito en vacío que han reaccionado de manera relativamente completa, excepto si se indica específicamente en la presente descripción.

El término “película de material compuesto metal-medio”, que también se llama película cerámica (fase) , significa un material compuesto homogéneo, formado por micropartículas metálicas y micropartículas del medio. Los elementos metálicos de material compuesto metal-medio se encuentran presentes, tanto en forma de fase metálica como también en el medio. Tomando un óxido metálico como ejemplo, ajustando el flujo de oxígeno de bajo a alto en el proceso de depósito en vacío, la película obtenida es un compuesto formado por un metal de transición a su medio óxido. Este estado de transición intermedio es lo que se llama película de material compuesto metal-medio.

Hasta el momento, los elementos captadores de la energía térmica solar, o recubrimientos de absorción selectiva de energía solar fabricados por tecnologías de depósito en vacío en longitudes de onda del espectro de energía solar de 0, 3 – 3, 0 !m, han conseguido de manera general una absorbancia solar satisfactoria ap de aproximadamente 0, 93, y una emitancia de infrarrojos s de menos de 0, 10. En la práctica, cuando la absorbancia solar real ap de los sistemas de recubrimiento absorbentes selectivos de la energía solar se encuentran entre 0, 92 y el valor teórico de absorbancia solar más elevada aT de aproximadamente 0, 96, el efecto de absorción es difícil que tenga realmente cambios significativos.

El procedimiento para la producción de elementos captadores de energía térmica solar o sistemas de recubrimiento absorbente selectivo de energía solar por la tecnología de depósito en vacío, comprende las siguientes etapas:

(1) utilizar como sustrato un metal altamente reflectante de los rayos infrarrojos o un material que tenga una superficie metálica altamente reflectante de los rayos infrarrojos, o depositar el metal altamente reflectante de los rayos infrarrojos, película de material metálico sobre el sustrato, tal como acero inoxidable, para formar una capa base altamente reflectante de los rayos infrarrojos;

(2) depositar opcionalmente una capa amortiguadora sobre la capa base altamente reflectante de los infrarrojos;

(3) depositar una capa absorbente sobre la capa base altamente reflectante a los infrarrojos o bien en la capa amortiguadora opcionalmente existente, generando opcionalmente diferentes subcapas de capa absorbente al cambiar el caudal de inyección de los gases reactivos;

(4) depositar la capa antireflexión sobre la capa absorbente.

La tecnología de depósito al vacío comprende tecnologías de descarga por arco, evaporación en vacío y de bombardeo iónico con magnetrón. Las tecnologías de evaporación en vacío y de bombardeo iónico con magnetrón son utilizadas, preferentemente, para fabricar elementos captadores de energía térmica solar o sistemas de recubrimiento absorbentes selectivos de energía solar. Las propiedades de densidad de la película preparada por bombardeo iónico por magnetrón y la adherencia entre la película y el sustrato, así como entre película, y película quedan mejoradas en comparación con la evaporación en vacío.

La evaporación en vacío es llevada a cabo en una cámara de vacío. Los metales en un recipiente o crisol de evaporación son vaporizados y depositados sobre los sustratos de calentamiento por la resistencia eléctrica o bombardeo por haz de electrones. Si se introducen gases reactivos no metálicos, tales como oxígeno, para formar evaporación de reacción en vacío, entonces se pueden obtener películas de medio o películas de material compuesto de fase metálica y sus óxidos.

La tecnología de bombardeo iónico por magnetrón se lleva a cabo en una cámara de vacío, por ejemplo, tal como se ha mostrado en la figura 2 en la que el campo magnético está dirigido verticalmente cruzando el campo eléctrico, de manera que los electrones se desplazan en una cicloide helicoidal hacia un ánodo (es decir, el sustrato 5) . En teoría típica, el electrón choca con el átomo de Ar para dividir el átomo de Ar en un ión positivo de Ar y otro electrón libre. Los iones positivos de Ar bombardean un captador bajo la acción de campo eléctrico y magnético (es decir, objetivo de material metálico) . Las partículas de metal de cátodo proyectadas son depositadas sobre el sustrato del... [Seguir leyendo]

1. Recubrimiento absorbente selectivo de la luz, que consiste en una película de material compuesto formada mediante tecnología de depósito en vacío sobre un sustrato por una reacción de una aleación de hierro y cromo y un gas no metálico, que comprende oxígeno y nitrógeno gaseosos, de manera que en la aleación, basándose en el peso total de la aleación, el hierro represent.

6. 87% en peso, el cromo representa el 13-25% en peso, M no existe o es uno o varios elementos de aleación, siendo la cantidad total de dichos metales d.

4. 65% molar, caracterizado porque la cantidad de metal en la película de material compuesto metal-medio del recubrimiento absorbente expresado como FeCrM-N-O disminuye en la dirección de alejamiento del sustrato.

2. Recubrimiento absorbente selectivo de la luz, según la reivindicación 1, caracterizado porque la aleación de hierro y cromo es acero inoxidable austenítico.

3. Recubrimiento absorbente selectivo de la luz, según la reivindicación 2, caracterizado porque la aleación de hierro y cromo es AISI 304 (0Cr18Ni9) ó AISI 316L (00Cr17Ni14Mo2) .

4. Recubrimiento absorbente selectivo de la luz, según la reivindicación 1, caracterizado porque dichos elementos de aleación son seleccionados a partir de uno o varios de: níquel, aluminio, molibdeno e itrio.

5. Recubrimiento absorbente selectivo de la luz, según la reivindicación 1, caracterizado porque el grosor total del recubrimiento absorbente es d.

5. 200 nm.

6. Recubrimiento absorbente selectivo de la luz, según la reivindicación 5, caracterizado porque el grosor total del recubrimiento absorbente es d.

6. 150 nm.

7. Recubrimiento absorbente selectivo de la luz, según la reivindicación 5, caracterizado porque la capa absorbente consiste en dos subcapas.

8. Recubrimiento absorbente selectivo de la luz, según la reivindicación 5, caracterizado porqu.

3. 90 nm de una película de FeCrM-N-O son depositados como primera subcapa absorbente próxima al sustrato.

2. 60 nm de película de FeCrM-N-O son depositados como segunda subcapa absorbente alejada del sustrato, siendo el contenido de metal de la segunda subcapa absorbente menor que de la primera subcapa absorbente.

9. Recubrimiento absorbente selectivo de la luz, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque dicha tecnología de depósito en vacío es tecnología de bombardeo iónico con magnetrón.

10. Elemento colector térmico de energía solar o sistema de recubrimiento absorbente selectivo de energía solar, que comprenden un recubrimiento absorbente selectivo de la luz, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9.

11. Elemento colector térmico de energía solar o sistema de recubrimiento absorbente selectivo de energía solar, según la reivindicación 10, que comprende además una capa de base altamente reflectante a los rayos infrarrojos (1) , depositada sobre la superficie de un sustrato (5) , opcionalmente una capa tampón (2) y una capa antirreflectante (4) .

12. Elemento colector térmico de energía solar o sistema de recubrimiento absorbente selectivo de energía solar, según la reivindicación 11, caracterizados porque la superficie del sustrato (5) o la capa altamente reflectante de los rayos infrarrojos consiste en cobre, aluminio, molibdeno, níquel o una aleación de los mismos, la capa antirreflectante consiste e.

4. 60 nm de un nitruro basado en estaño, una película de SnMN, SnMNO o de AIO, AIN, AINO y una película de un material mixto de los mismos, en el que M no existe o es uno o varios elementos de aleación.

13. Elemento colector térmico de energía solar o sistema de recubrimiento absorbente selectivo de energía solar, según la reivindicación 12, caracterizados porque el sustrato (5) es un material de cobre o un material de acero inoxidable con depósito de una película de cobre.

14. Procedimiento para la producción de un recubrimiento absorbente selectivo de la luz, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, con un material de aleación de hierro y cromo como materia prima, caracterizado porque el recubrimiento absorbente selectivo de la luz es depositado por tecnología de depósito en vacío con un gas no metálico como gas reactivo, expresándose dicha aleación de hierro y cromo como FeCrM, basándose en el peso total de la aleación, el hierro represent.

6. 87% en peso, el cromo representa 13-25% en peso, M no existe o es uno

o varios elementos de aleación, dicho gas no metálico comprende una mezcla de gases de oxígeno gaseoso y un gas que contiene nitrógeno, dicho gas que contiene nitrógeno siendo nitrógeno gaseosos y/o amoniaco.

15. Procedimiento, según la reivindicación 14, caracterizado porque dicho gas que contiene nitrógeno es nitrógeno gaseoso.

16. Procedimiento, según la reivindicación 14 ó 15, caracterizado porque en las circunstancias en las que la proporción de inyección de nitrógeno gaseoso es constante, se prepara una película de un material compuesto que tiene constantes ópticas específicas, por ajuste de la presión parcial del oxígeno gaseoso.