caip制备alcr真空高温太阳能选择性吸收涂层的研究-宫殿清

ADissertationSubmittedtoWuhanUniversityofTechnologyfortheDoctor’sDegreeinEngineeringtemperatureSolarSelectiveAbsorberCoatings GONGDianqing Prof.CHENGXudong MaterialsProcessingWuhanUniversityofTechnologyWuhan430070,Hubei,P.R.May,中能选择性吸收涂层是能热发电电站中能集热器的关键材料。层材料结构长期稳定高吸收低发射性能不变的新型能选择性涂层是境少数非真空状态使用的高温吸收涂层数据也较少影响了能选择性本文从实际应用的角度出发，综合考虑诸多因素，选择多弧离子镀工艺(CAIP)可应用于非真空条件的AlCrO和AlCrNO高温能选择性吸收涂能选择性吸收涂层的热震性能和耐腐蚀性能属首次。；本文在涂层厚度设计方面进行了改变。传统的能选择性吸收涂层厚度设计方法在设计精度方面具有较大优势但是对于实际应用而言则很复杂而多弧离子镀涂层很强的扩散倾向限制了这种方法的应用。本文利用等效媒质理论采用计算500nm最小反射率的方法，设计能选择性吸收涂层厚度。的rO能选择性吸收涂层吸收比为0.93发射比为0.21 的rO太阳能选择性吸收涂层吸收比为0.94，发射比为0.22。；AlCrOAlCrNO涂层进行了100h500℃氧化实验、100600℃热震实验、24h（pH=4.0pH=9.5的碳酸钠溶液）100h中性盐雾腐蚀实验，样品吸收比发射比仅在0.02的范围内变化说明本的AlCrO和AlCrNOAlCrOAlCrNO涂层进行了一组氧化、热震、酸碱腐蚀和盐雾腐AlCrO涂层实验后吸收比为0.93，发射比为0.26；AlCrNO涂层实验后吸收比为0.94，发射比为0.26。但是通过对综合测试后样品表面形貌的研究，证明AlCrO涂层的性能优于AlCrNO由于传统的用表面粗糙度解释能选择性吸收涂层发射比变化的方法遇到本文引入了用涂层表面峰之间反射关系解释涂层发射比变化的方法这Thesolarselectiveabsorbercoating,whichisthecorematerialofthesolarselectorinthesolarthermalpowernt,long-termworksinpoornaturalenvironment,anditisadifficultyofmaterialsinsolarthermalpowernttoproducenovelsolarselectiveabsorbercoatingofwhichthestructureandthehighabsorptanceandthelowemittancearemaintainedinnaturalenvironment,especiallyunderhightemperature.Inviewofthedemandofapplication,onaccountofmanyfactors,thehightemperaturesolarselectiveabsorbercoatingsofAlCrOandAlCrNO,whichareabletoutilizeinnon-vacuumcircumstances,wereproductedbycathodicarcionting(CAIP)inthispaper.Thepropertiesofthecoatings,suchasselectiveabsorbability,theofhigh-temperature(500℃)oxidationandthermal-shockat600℃inair,corrosion,werestudiedinthispaper.Theeffectofroughnessontheemittanceofthecoatingswasalsostudiedinthepaper.Andmoreover,therelationshipbetweenthereflectanceamongthepeaksinthesurfaceofthecoatingsandtheemittancewasstudied,too.Itwasthefirsttimetoreportthethermal-shockandcorrosionofthesolarselectiveabsorbercoatings.Therewassomechangeonthemethodtodefinethethicknessofthecoatinginthispaper.Conversionmethodtodeterminethethicknessofthecoatingistoocomplicatedtoapplyinindustry,althoughithasexcellenceinaccuracy.Moreover,theaccuracyisweakenedbecauseofdiffusioninthecoatingpreparedbycathodearcting,whichhampertheapplicationofthemethod.Inthispaper,anovelmethodonthebasisoftheeffectivemediumtheorywasutilizedtodefinethethicknessandtomakesurethatthereflectanceofthecoatingatwavelengthof500nmwastheminimum.Theabsorptanceandemittancewas0.93and0.21ofAlCrOsolarselectiveabsorbercoatingand0.94and0.22ofAlCrNOsolarselectiveabsorbercoating.Theperformanceofthecoatings(AlCrOandAlCrNO)undernon-vacuumcircumstancewastestedthroughaserialexperimentsincluding500℃×100hoxidation,100times600℃thermal-shock,24hourscorrosiontests(insolutionofH2SO4,pH=4.0;insolutionofNaCO3,pH=9.5)and100hoursneutralsaltspraytest.Theselectiveabsorbabilityofthecoatingschangedonlyinrangeof0.02afterthetests,whichtestifiedthestabilityofthesesolarselectiveabsorbercoatings.Bythemorphology,elements,structureandroughnessofthesamples,thesoundstabilityofthecoatingswasaresultfromcompactnessandcorrosionofthecoatingsandthediffusioncausedbycathodearctingwhichstrengthentheintegrationbetweenthecoatingandthesubstrate.Furthermore,thestabilityoftheselectiveabsorbabilityofthecoatings(AlCrOandAlCrNO)wasconfirmedthroughthecomprehensivetestconsistingofoxidation,thermalshocking,corrosioninacidandalkali,andneutralsaltspraytesting,andtheselectiveabsorbabilitywas0.93/0.26(absorptance/emittance)ofAlCrOcoatingand0.94/0.26(absorptance/emittance)ofAlCrNOcoating.ItwasprovedthattheAlCrOcoatingisbetterthantheAlCrNOcoatingbytheresearchonthemorphologyofthecoatingsaferthecomprehensivetest.Insteadoftraditionalmethodwhichfaceddifficultiestoexinthechangeoftheemittanceofsolarselectiveabsorbercoatingsthroughtheroughnessofthecoatings,anovelmethodwascreatedusingthereflectancebetweenthepeaksofthecoatingstoexinthechangeoftheemittanceofthecoatingsinthispaper.Thismethodwasbasedontheemittancefunctionandreflectionprincipleoflight,andperfectexinedtheabnormalchangeofemittance.:Solarselectiveabsorbercoating;Non-vacuum;Cathodicarcionting;Roughness;Emittance中 第1章绪 研究理论依 国内外研究进 选择性吸收涂层的基本原理及分 能选择性吸收涂层方 研究中的问 本课题工艺与材料的选 1.4.1工艺的选 涂层成分的选 本文研究的背景和创新 第2章能选择性吸收涂层的设 设计原则及思 涂层结构设 不同成分折射率测 折射率测量设备及方 折射率............................................................................简化算法设计涂层结 计算等效折射率的常用方 简化算法设计涂层厚 不同成分涂层结构设 AlCrO涂层结构设 实验目 实验设 实验结果及分 不同氧气流量涂层厚度计 AlCrO涂层结构设 AlCrN涂层厚度设 实验目 实验过 实验结果及分 本章小 第3章能选择性吸收涂层的及性 AlCrO两层涂层的及性 涂层的....................................................................................涂层用设 实验过 两层AlCrO涂层的性能分 两层AlCrO涂层的光学性 两层AlCrO涂层的形貌及成 涂层相结构分 涂层表面粗糙度分 三层AlCrO涂层的及性 三层AlCrO涂层的...............................................................三层AlCrO涂层的性能分 三层AlCrO涂层的选择吸收性 三层AlCrO涂层的形貌及成 涂层相结构分 涂层表面粗糙度分 AlCrNO涂层的及性 涂层设 涂层.......................................................................................三层AlCrNO涂层性能分 三层AlCrNO涂层选择吸收性能分 三层AlCrNO涂层微观形貌及成分分 三层AlCrNO涂层相结构分 三层AlCrNO涂层表面粗糙度分 本章小 第4章涂层耐热性 实验意义及研究现 实验过 实验结果及分 AlCrO涂层实验结果及分 AlCrNO涂层实验结果及分 本节小 实验设计及过 实验结果及分 AlCrO涂层实验结果与分 AlCrNO涂层实验结果及分 本节小 本章小 第5章耐腐蚀性 实验意 耐酸碱腐蚀性 实验过 实验结果及分 AlCrO涂层实验结果与分 AlCrNO涂层实验结果与分 本节小 耐中性盐雾腐蚀性 实验过 实验结果及分 AlCrO涂层实验结果与分 AlCrNO涂层实验结果与分 本节小 本章小 第6章综合性 实验设 实验过 实验结果及分 AlCrO涂层实验结果与分 AlCrO涂层选择吸收性能及分 AlCrO涂层综合实验后微观形貌及成分分 AlCrO涂层综合实验后相结 AlCrO涂层综合实验后表面粗糙度分 AlCrNO涂层实验结果与分 AlCrNO涂层选择吸收性能及分 AlCrNO涂层综合实验后微观形貌及成分分 AlCrNO涂层综合实验后相结构分 AlCrNO涂层综合实验后表面粗糙度分 本章小 第7章涂层表面峰与涂层发射 研究的意 理论基 实验方 实验步 实验结果与分 涂层原始表面峰状 500℃氧化后涂层表面峰状 600℃热震后涂层表面峰状 酸腐蚀后涂层表面峰状 碱腐蚀后涂层表面峰状 中性盐雾实验后涂层表面峰状 综合实验后涂层表面峰状 本章小 第8章结 研究结 创新点总 对下一步工作的建 致 参考文 科研情 1指标，1990年人均能量消费为1.7吨原油，而到2008年，人均能量消费为1.吨油。今天世界人口已70亿[1]，而预计到2050年则可能106亿[2]。与相应的是有限的传统能源日益耗尽。有学者估计，石油目前只能供人类使用95年，而煤炭则只能供给250年[3]。在这种之下，人类采用节流与开源的办法来应对。所谓节流，即是采用各种减少能源的耗用。目前各国争相研制的节汐能、核能等。与其它可再生能源相比，能具有以下优点：1、分布广泛，受地域限制小，因而可以在的地方推广利用。而风能、潮汐能、核能应用地年约为1×1018kW·h，合约5×1014桶原油[4]。因此，加利福尼亚大学圣巴巴拉分校科学家、1998年化学奖得主沃尔特·科恩认为能会在未来，目前能利用最为成是能热水器等技术这些技术直接利用太世界上主要国家的人民生活及生产主要应用电力形式的能量，因此利用能发电比直接利用能加热更为重要。，能发电技术包括光伏发电技术和光热发电技术两种。光伏发电技术是利用半导体的光伏效应直接将能转变为电能的技术。这种技术适用范围广，从家庭日常小功率应用到大功率电站发电都能胜任。但是这种技术受天气影响因此存在并网的问题此外高昂的造价和费用也阻碍了这种技术向中小型用户推广。光热发电技术先利用吸收物质将以辐射形式到地球的能转化为热能再利用热能发电由于需要巨大的辐射能供给，计划，未来十年利用能和风能解决西部地区2300万无电人口的生活用电问模的热发电技术对改变我国能源结构影响重大不仅可以解决西部广大地济社会的可持续发展具有重要的意义，其市场前景及经济效益和社会效益，，新技术推广应用引出了新的问题。虽然能能量巨大，但分布面积广，导致单位面积上能能量有限限制了能电站的发电能力提高了发电成本。这个问题成为推广能发电特别是光热发电的最大对此能电站采用了两种解决方法法是增加能的吸收面积通过建立反射镜阵将一个区域的能收集汇聚到集热器上其中我国延庆实验电站收集的面积超过10000m2；另法是在能集热器上设计制造能选择性吸收涂层，从而有效提高能的利用率通过两种方法综合应用降低能发电站的发电成本，可以有力地推动能这种新能源的应用。除此以外，提高集热器的工作温度也是提高能利用率的重要。，，为降低能热电站的发电成本特别是当集热器的工作温度在超过400℃究可实现工业化的非真空高温能选择性吸收涂层。能选择性吸收涂层是利用辐射能量与地球上常见的红外辐射能量图1-1清晰地显示了辐射能量与地球上常见的红外辐射能量依光谱分布的关系。其中，大气层上界辐射出射度依照标准表[6]19得到。辐射出6000K27℃和500℃为例从图中可以看到能辐射主要集中在波长从紫外到近红外的部利用黑体辐射函数表[6]9则可以计算出它们的能量分布范围。对于辐射90%1.6μm2.5μm25μm90%500的室温（27℃）。利用这种能量分布差别人们设计了能选择性吸收涂层能选择性吸收涂层追求在光谱范围内能最大可能吸收能量，而当其被加热后则释放。（ε量与辐射能量之间的比值，而发射比则定义为涂层在中红外波长范围 500℃辐射出射27℃黑体辐射出射光谱辐射出射度（W·m-2·m-0 波长（1-1Fig.1-1SpectralradiantexitanceatdifferentR间接计算吸收涂层，可视为无透过，即透过率（T）为零。因此对于能选择性吸收涂 （1-涂层的发射率（E）可通过基尔霍夫定律[6]15-16计算得到。基尔霍夫定律，当 （1-这样通过测量反射率就可以计算出涂层在不同光谱波长的吸收率和发射率。利用不同波长下能的能量密度将吸收率与发射率计算可以得到吸收比和能选择性吸收涂层概念是1954年以色列科学家泰勒和专家吉尔顿柯尔在第一次世界能大会上首次[4]两位专家根据当时比较成电镀工艺提出了电镀黑镍和电镀黑铬两种涂层并理论论证了这种涂层的可入研究，并逐渐明确吸收比高于0.80，发射比低于0.33的涂层为能选择性选择性吸收涂层的基本原理及分目前常见的高温能选择性吸收涂层，依据其作用机理可分为本征吸收涂层、光涂层、金属陶瓷涂层、多层渐变涂层和光学陷阱涂层五类[7]。1层利用禁带宽度Eg实现选择性吸收。可以通过[6]52： （1-得到它的对应截止波长λc。应用固体物理中的理论，只有波长λ<λc的可见、紫用其空的d轨道产生类似半导体材料的电子跃迁。，本征吸收涂层最大的不利之处是可供人们选择的范围小如前所述0.3μm~2.5μm的范围内，所以所选的半导体的吸收截止1.0μm~2.5μm的范围内。通过筛选，只有如Si、Ge等半导体以及一些过渡族金属如Fe、Co、Ni、Zn、Cr和Mn等才有可能能选择性吸收涂，2、光涂光涂层是利用光的原理设计的。这种涂层是由具有不同光学性质了实现光在涂层中的作用因此需要合理调配具有不同折射率的涂层并对备的这种涂层则可应用与高温环境中，从而推广了能选择性吸收涂层的应3散在电介质中。这些金属颗粒在能光谱波段内利用光子多次散射和内金属颗粒无法被红外光激发因此不吸收红外光应用这一原理还出了半导4多层渐变涂层是光涂层的推广但原理不同多层渐变涂层是一种梯度利用光的作用实现选择性吸收，而且利用各层的吸收作用削弱入射光的强而且能够获得性能优异的能选择性吸收涂层。缺点是由于涂层光学参数对温度敏感，因此在高温状态下性能严重。51.2.2能选择性吸收涂层方（PVD1电镀是最早应用能选择性吸收涂层的工艺。电镀是采用电化学方法进行表面处理的工艺方法[9]373表面上沉积一层金属或合金涂层。目前已见的较为成电镀能选择性吸收涂层是黑铬涂层[10-1]和黑镍涂层[10,12-40.970.092[1]0.950.07[10]在电镀工艺发展的同时也有人用化学镀工艺黑镍涂层[15-17]，0.900.10左右。虽然电镀工艺和化学镀工艺的涂层选择吸收性能较好，但是目前这种200得这种工艺处于淘汰状态。2电化学转化法又称为阳极氧化法[9]559-570。较为常用的是用磷酸做介质铝阳极氧化膜、氧化锡涂层[18-20]。但是效果较好的是黑镍和黑铜涂层。1979P.K.Cogna[21]等人在镀锌板上利用电化学转化法黑镍涂层其吸收比在0.90到0.94之间，发射比在0.08到0.18之间。1989年P.Richharia[22]等人了黑.350℃。上沉积成膜的技术[23]57-651976年G.L.Harding[24]用此技术在铜基片上黑铬涂层，得到涂层的吸收比为0.80，发射比为0.05。1978年C.G.Granqvist[25]等人利用此技术在KBr上黑铬涂层得到类似性能的涂层1979年F.H.Cocks[26]等人Te、Se涂层。其中Te涂层的吸收比达到0.97，发射比为0.10。在70年代里人们还用蒸发镀膜法在玻璃上了一系列涂层[27]，其中最好的是Cr-PbS-SiO0.940.12Ni-PbS-SiO涂层的吸收比0.920.048090年代，MJ.Peterson[28]、G.A.Niklasson[29]QCZhang[30-31]Mo基片上Co-Al2O3涂层[30-31]，吸收比为0.93，发射比为0.026。注，因此目前研究较多[32-61]。1977年J.C.C.Fan[32-33]等人（减反层吸收比为0.92发射比为0.081978年又用磁控溅射方法5vol.%MgO-25vol.%Au71vol.%Cr2O3-29vol.%Cr0.9，发射比为0.1。1979年G.L.Harding[35]等人在铜基片上SS（不锈钢）-C涂层，0.940.03300℃的耐热实验。1982年以来，我国开始相关研究，并出多层（渐变）Al-N/Al涂层[36]，吸收比为0.93，发射比为0.05。1992年郭信章[38等人在铝基材上制备AlNxOy/Al2O30.950.05，且具有一定的耐磨性。1999到2000年谢光明、于凤琴[40-41]采用磁控多靶反应共溅射M(金属)-AIN金属陶瓷复合膜,0.90.1。2000YunzhenCao[42]等人利用磁控溅射工艺在聚合物上Ni-Cr基能选择性吸收涂层，其吸收比为0.92-0.93，发射比为0.06。2003年C.Nunes[43]等人Cr基及Ti-N-O基的能选择性吸收涂层Cr-Cr2O3吸收比/发射比为0.94/0.06Ti-TiNxOy吸收比/发射比为0.91/0.04。2007-2008年，HarishC.Barshilia等人了TiAlN/AlON系列涂层[44-45]0.93-0.960.05-0.07。之后，他2009-2011AlxOy系列涂层[46-47]，性能最好的三明治0.95-0.970.05-0.08Rei-ChengJuang[48]2010年SS/SS-N选择吸收涂层吸收比/发射比为0.91/0.062009年S.Esposito[58]等人利用Mo等耐高温材料Mo/Mo–SiO2(高金属层)/Mo–SiO2(低金属多。ZhaoShuxi[59-61]等人在计算方面研究较深入。这种工艺已在400℃以下的中低温选择性吸收涂层中广泛应用多弧离子镀工艺引入较晚而且由于的涂层表面粗糙度高厚度不易控制而受到冷遇1996年Y.Yin[62]等人专门撰文推广该项技术他们的AlN/Al涂层吸收比可达0.90，发射比为0.06，但本文未对的涂层进行其它实验。1999年G.B.Smith[63]等人用多弧离子镀（阴极电弧镀）TiNx薄膜。调整N/TiN/Ti1.1Ti的费米面处于d轨道，d轨道的Tix决定了涂层中能使用的自由电子的密度，进而决定了涂层的光学性能。TidN的最（ps轨道上Ti2004年A.Márquez[64]等人系统研究了多弧离子镀CuO能选择性吸收涂层的工艺。通过在镀0.930.16。本文也未对涂层进行其它实验。2009年郝雷[65]等人TiAl/TiAlN/TiAlON/TiAlO涂0.900.201h（400-800℃）在能选择性吸收涂层中还有离子注入[66-67]热喷涂等技术[68-69]应用不广，目前不大。4、溶胶-溶胶-凝胶工艺是利用溶胶涂覆后形成凝胶涂层。1986年R.B.Pettit[70]利用金（Si,B,Al）的醇盐溶胶之后用溶胶凝胶法涂层透过率可达0.91-0.96，经过SiO2或TiO2的减反层作用，发射比从0.36降到0.04。不锈钢基0.90-0.91。2003J.Vince[71]等人用溶胶-凝胶工艺分别了掺Ti和不掺Ti的CoCuMnOx凝胶涂层，并讨论了多层的影响。结果发现层数越多，效果越差，吸收比/0.95/0.040.89/0.06。2008G.Katumba[72]等人用溶胶凝胶工艺在铝基体上分别了C-ZnO和C-NiO涂层。C-ZnO的吸收比/0.71/0.06，C-NiO吸收比/0.84/0.04。此外，TBoström[73-74]等人也展开了系列研究其的Ni-Al复合涂层底层为80%Ni-5[75-2][83-84]85-7]等工艺也被应用于能选择性吸收涂层的。但是影响均有限。2、对应用于高温的能选择性吸收涂层的研究尚处在起步阶段。缺乏对耐腐蚀性能。目前国内外研究的能选择性吸收涂层基本只能应用于真空条3工艺的选性吸收涂层的中获得了广泛的应用但由于工艺本身的局限性使其无法在中高温段使用。溶胶-凝胶工艺的薄膜可兼具高吸收比和低发射比，而且便于膜层设计但是这种工艺的涂层与基体结合力低因而抗高温热震性能很，热喷涂技术在能选择性吸收涂层领域属于新兴技术。这种技术具温应用要求因而在能选择性吸收涂层领域具有较广阔的前景本课题组在此方面进行了大量工作虽然取得较大进展的涂层吸收比高于0.95，，磁控溅射工艺是目前国内外能选择性吸收涂层领域的研究热点，而且已有文献对这种涂层在非真空状态下退火后性能进行了，相比于之前提到的工艺，这种工艺在非真空高温能选择性吸收涂层领域还是很有在电离气体中不可避免地导致涂层中气孔较多考虑到这种涂层厚度一100nm（如O2侵入涂层内部及基体的通道，因而在非真空条件下耐蚀性差。情况的原因是一般学者认为多弧离子镀靶材容易被激发出大颗粒熔滴，出合。第三，多弧离子镀在沉积前首先进行离子溅射，提高基体表面活性，加于控制。有资料显示，TiN10~1000nm/s。一般条件下，多弧离备的涂层可控制在亚微米级别与光的波长范围相当可以利用对光的多弧离子镀在能选择性吸收涂层研究与方面大有可为。涂层成分的选目前高温能选择性吸收涂层常用的材料可分为三大类：以铝的氧化物陶瓷涂层优越的地方在于：1、铝的氧化物有很好的光学性能，在能选择性大易于形成稳定的金属间化合物在优化选择性吸收涂层时能提供的选择。等做添加元素。应用于多弧离子镀及磁控溅射工艺的能选择性吸收涂以铬的氧化物为主的金属陶瓷涂层较为成如Cr-Cr2O3涂层[43]Cr2O3Cr-Cr2O3Cr-Al2O3涂层Cr-Cr2O3-Al2O3涂层更为合理。，本课题的目的是为能热发电站设计能在非真空状态下使用的高温500到600℃的高温工作环境能热发电站集热器中使用不锈钢作为集热管因而涂层佳选择铝基陶瓷在能选择性吸收涂层领域的优秀表现也值得考虑并且在震性能优，硬度高，耐腐蚀等优点，可以应用到本课题中。因此本拟用Al-Cr为靶材，满足实际需求的AlCrO系列能选择性吸收涂层和AlCrNO系列能选择性吸收涂层。，本课题是从863课题衍生出来的，研究目标是研究出可实际应用在非真空中高温环境的具有高能吸收比、低热发射比的能选择性吸收涂层。0.88，在红外波段（波长范围为2.5~25μm）热发射比较低（低于0.30，吸收比与发射2、涂层可耐受室温～6003、涂层能在500吸收涂层。虽然目前多弧离子镀工艺在能选择性吸收涂层领域的发展通过实验，实际出高性能的AlCrO和AlCrNO涂层，证明这种可行性。层抗失效能力强，可在非真空500℃高温环境下使用。而之前的Cr-Al2O3[95]涂层是根据用磁控溅射工艺验结果证明多弧离子镀工艺在非真空高温能选择性吸收涂层方面的优本希望能够实现研究思想的转变，将能选择性吸收涂层的研究重适应能力，推动能选择性吸收涂层早日实现在能热发电领域的应用。第2章能选择性吸收涂层的设，形式的本征吸收和相消形式的吸收这两种吸收形式共同作用使涂层实现选择性吸收由于电子跃迁能量有限吸收是提高涂层选择吸收性能关键。因而设计涂层结构时需充分利用光的效应。，上层介质 涂下层介质图2-1能选择性吸收涂层涂层示意Fig.2-1Thesketchofsolarselectiveabsorber（Δλd、折射率n和光的入射角有关。对于如图2-1所示的能选择性吸收涂层，设涂层的折射率为n1，涂层上层介质折射率为n2，下层介质折射率为n3。当光0º，即光垂直入射时，涂层上下界面反射光之间的光程差有两种情n1>n2>n3n1<n2<n3

(2-n1>n2n2<n3n1<n2n2>n32(n2)d(1/

(2-时相位突变π造成的。由式(2-1)和式(2-2)可以看出，为了实现反射光的相涂层折射率的计算方法有很多种。由于AlCrO涂层和AlCrNO涂层属于金除了考虑光的效应，多层能选择性吸收涂层在设计时一般还遵循内能量最大吸收减反层通过效应减少光谱范围内的反射增加中红外并考虑光谱分布波长范围，涂层厚度最好控制在1μm以下，最厚过根据2.1节中原则1，最简单的涂层结构为金属层/高金属成分金属陶瓷层/如果选用铜，则在涂层中引入异种金属，了原则3，一方面不利于涂层与基选用铝，对于多弧离子镀则不容易。如果Cr涂层做金属层，其红外反Cr元素，可以保证与涂层的结Al2O3、SiO2、Si3N4等成分。多弧离子镀工艺不易这几种成分的薄涂层为了最大限度降低发射比本文采用控制厚度的方AlCrO涂层的基体/低金属金属陶瓷涂层（底层）/高金属金属陶瓷涂层（顶层）2-2所示。在两层结构的基础上根据对两层结构光学性能的在底层和顶层之间加入过渡层，AlCrOAlCrNO涂层。根据金属性变化，并考虑结合强度问题，AlCrNOAlCrN/AlCrNO/AlCrO三层结构。三2-3所示。232-2Fig.2-2Sketchofdouble-layer2342-3Fig2-3Sketchofthree-layer折射率测量设备及方由于多弧离子镀工艺利用弧光放电能量密度大不易厚度均匀且表面光滑的低金属Al及其氧化物涂层因而低金属及氧化物Al和Al2O3的折射率通过查阅资料获得，其它成分则通过J.A.Woollam公司的VB-400型椭偏2-4所示，椭偏仪通过起偏器（图1）产生一束已知偏振态的线偏振光，经过涂层表面反射后，偏振状态发生改变，变成椭圆偏振光，通过检偏器（2）可知道反射光的偏振态。PE均可PPPS矢量。通过测量反射光的振幅和相位，应用菲涅尔可以计算出涂层的折射率n和消k。试作为基体的单晶硅片的偏振情况然后再测试涂层的偏振态测试范围为300-EEE1PSPPS22-4椭偏仪原理示意图（1-起偏器；2-检偏器Fig.2-4Theprincipleofellipsometer(1-polarizer;2-折射率500nm时，AlN2.23，Cr2O3的折射率2.31，Cr2.88，与块体材料测量的标准值略有差别（入射光波长500nm时，AlN2.02，Cr2.12）[99]101。这一根据资料，在入射光波长为500nm时，Al的折射率为0.62[99]5（铝是一种光1，Al2O31.775。计算等效折射率的常用方Bruggeman方程计算等效折射率。Bruggeman方程为：N2NfM· CN22N

N2ND· CN22N

(2-

fMMfD——电介质成分D在复合结构中的体积分数，fMfD=1；NMMND——电介质成分DNNn

(2-

Al、Cr两种金属成分，则在同一个波长条件下需对Al-Al2O3Cr-Al2O3两种此外，多弧离子镀工艺也不适用Bruggeman方程。因为：1、多弧离子镀涂Bruggeman方程的求解精度。而且对于简化算法设计涂层厚同平均折射率。由于不拟合反射曲线，根据式(2-1)和式(2-2)，消光系数k在厚度nmfMnMfD

(2-

fMMfD——电介质成分D在复合结构中的体积分数，fMfD=1；nMMnD——电介质成分DAlCrO涂层结构设本实验使用电子株式会社生产的JXA-8230型电子探针显微分析仪测试涂层成分。电子探针显微分析仪（Electronprobemicro-yzer,EPMA）利用高X射线。通过分析特征X射线确定元素的种类与含量。这种测试具有灵敏度高，定量精确（5%1%；对于含量约为1%的次要元素，精度高于5%）的优点，可分析从5号元素硼到92号元素铀的成分分析则为力。本实验使用RIGAKU公司生产的D/MAX-RB型X射线衍射仪分析涂层物相结构。X射线衍射（X-RayDiffraction,XRD）X射线在晶格中产生HORIBAJobinYvon公司生产的LabRAMHR800UV型激对涂层进行电子探针分析，得到在不同氧气流量的涂层的Al、Cr和2-表2-1不同氧气流量的AlCrO涂层成分质量百分比Table2-1ElementsofAlCrOcoatingspreparedatdifferentoxygenflux 2-150sccm时，O元素含量达到最大值，进一步XRD（2-550sccmα-Al2O3160sccm时，涂其d1.451.43160sccm时涂层生成θ-Al2O3。这个80sccm的涂层均无拉曼峰氧气流量为160sccm的涂层在频移2701780m-1θ-l23件下会转变为的稳定相-l23但这种变条件苛刻一般要在100℃以600θ-l23θ-23的致密程度不及-l23θ-l23强强

强强强强

图2-5不同氧气流量涂层的XRD结Fig.2-5XRDofcoatingspreparedatdifferentoxygen2-6Fig.2-6Ramaneffectof表2-2不同氧气流量涂层电介质与金属成分体积分氧气流量电 分数氧气流量电 分数根据相图（2-5）OAlAl2O3，剩下金属成分包括CrAl。利用表2-1可换算出电介质和金属成分的体积分数。取Al2O33.98g/cm3，Cr7.14g/cm3，Al2.69g/cm3。体积2-2。在本实验的涂层成分中，电介质成分为Al2O3，但是金属成分中包含了Cr和Al两种金属。结合涂层的XRD，再做一步近似，视金属成分中2-32-4中。表2-3不同氧气流量涂层的等效折射Table2-3Equivalentrefractiveindexofcoatingspreparedatdifferentoxygen氧气流量2-4Table2-4Thicknesscandidatesofcoatingspreparedatdifferentoxygen氧气流量（sccm）涂层厚度可选值 AlCrO根据表2-1和表2-4，并依照2.1节中所述设计原则，设计AlCrO涂层两层结构（表2-5）和三层结构（表2-6，其中三层结构的厚度将根据两层结构的测2-5AlCrOTable2-5Structuredesignsofdouble-layerAlCrO底层氧气流量顶层氧气流量顶层厚度 2-6AlCrOTable2-6Structuredesignsofthree-layerAlCrO底层氧气流量中间层氧气流量顶层氧气流量.5.2AlCrN涂层厚度设本实验的目的是通过测定涂层成分，计算不同氮气流量的涂层的厚度并确定氮气流量与涂层成分之间的关系，方便在时将设计数据转变为工艺数据。rO三层涂层将根据rO三层涂层的设计。AlCrN涂层易于脱落，本实验选用公转运动模式。分别沉积氮气流量20、30、40sccm的涂层。用EPMAXRD分析涂层成分和相结构。根据涂层EPMA结果，用流量为30sccm的氮气的涂层中N元素含量最高，可保证氮化物含量饱和。利用XRD研究氮气流量30sccm时的涂层的相结构（图2-7，只在2θ≈44.4°的位置出现α-Cr相（110）晶面的衍射峰，d2.039。根据以上分析结果，AlCrNCrAlN组成。根据根据（2-1）计算涂层可选厚度为（2k+1·107nm，k=0，1，2，……。表2-7不同氮气流量AlCrN涂层元素成分Table2-7ElementsofAlCrNcoatingspreparedatdifferentnitrogenflux氮气流 aa-aa--2-Theta2-730sccm涂层的XRDFig.2-7TheXRDofcoatingpreparedatnitrogenfluxofAlCrO涂层两层结构和三层结AlCrNO涂层三层结构。AlCrOAlCrN涂层的厚度。第3章能选择性吸收涂层的及性AlCrO两层涂层的及性涂层的涂层用设本文样品均采用大学自行设计组装的HPARC-I大功率电弧设备（图2-34输入，反应气体流量可调。3-1HPARC-1大功率电弧设备示意图（1-炉壁；2-靶材；3-引弧针；4工作气Fig.3-1SketchofHPARC-1cathodicarcionting(1-wall;2-target;3-needle;4-gas;5-vacuumapparatus;6-workrest;7-work;8-ovendoor)用304不锈钢做基片，以Al-Cr（质量比2:1）靶为靶材，两层AlCrO2-5的理论厚度并根据实际情况进行调整，确定工艺参数（3-1。涂层步骤如下。1、基片。为方便测试，本实验用硅片做沉积用基片。将硅片装夹到夹具上超声约15min，再浸入去离子水中漂洗1min，之后放入无水乙醇中脱30s。洗净后烘干备用。子泵，抽真空到6×10-3Pa。加热炉内，时间为30min。气压在加热后会升高，因6×10-3Pa。4、离子轰击。打开Cr靶，产生Cr离子高速撞击硅片表面，将表面氧化物10min。5、涂层。关闭Cr靶，打开AlCr靶。按照工艺参数（表3-1）控制气体流量和沉积时间，设计的涂层。3-12-5和不同气体流量条件下沉积效率确定的。为了研究简化算法的局限性，对于35sccm/50sccm的双层涂层设计了不同沉积时间。其中样品2-4的工艺为严格依照设计厚度确定的。表3-1两层AlCrO涂层工艺参Table3-1Parametersofdouble-layerAlCrO第一 第二氧流量时间氧流量时间2215242211两层AlCrO涂层的性能AlCrO1、两层AlCrO能选择性吸收涂层反射率测试仪本文涂层样品的反射率分别用岛津公司生产的UV-3600紫外-可见-近红外分光光度计和德国布鲁克（Bruker）公司生产的Tensor27型变换红外-可见-近红外分光光度计和Tensor27型变换红外光谱仪中均配有积分UV-3600紫外-可见-近红外分光光度计主要包括光源、单色器室、样品室、围内的光。UV-3600紫外-可见-近红外分光光度计的光源包括钨灯和氘灯两种光290nm2600nm内的连续光谱，氘灯用于产生波长范围在200nm到300nm内的连续光谱。两种光源产生的光在290nm到300nm换将光源产生的连续光转化为特定波长的单色光。单色光在分束室被分为参考1nm作为间隔，时间常数为0.1，测试波长范围为300nm到2500nm。Tensor27型变换红外光谱仪利用变换原理设计制造。其主要部件为迈克尔逊仪光束进入仪后被分束镜分为两部分一部分反射到。而产生效应被样品反射的反射光的图谱通过余弦变化就可以得到样品的反射曲线。本实验中Tensor27型变换红外光谱仪选择KBr4000~400cm-1（2.5~25μm40次扫描。。2、样品在光谱范围内反射率测量步度计进行基线扫描。积分球SR向均使用标准样品（光谱纯硫酸钡。扫描3背景扫描。测试之前须先对Tensor27型变换红外光谱仪进行41.1（3- 0.3A 0.3(1R) 0.3 0.3

（3- 2.5EEbd2.5(1R)Eb E E

（3-2.5 2.5

E——Esol——地面接收的光谱辐照度Ebλ——一定温度一定波长的黑体辐射能量式中积分上下限为对应的波长，单位为μm。EsolEbλ的单位均为W·m-1，表示以平方米为单位的单位面积上，特定波长（以微米为单位）分布的能量Esol按照GB/T17683.1-1999《能在地面不同接收条件下的光11.5的法向直接日射辐照度和半球向日射辐照度》规定取值。该标准等效采用国际标准ISO9845-1:1992(E)《能在地面不同接收条件下的光谱辐照度标准第1部分大气质量1.5的法向直接日射辐照度和半球向日射辐照度，取近地表面大气质量为AM1.5时辐射照度。Ebλ按（3-3）计算，Eb

ehckBT

（3-

T293.15K5、样品及分3-2。所有的曲线均包括低反射部分、高反射部分部分的连接点位置（又称为吸收截止位置）3-2为计算出的各样品的吸2-30.890.30，导致其吸收效率是7组样品中选择吸收性能的仅2.97样品2-2与样品2-7的选择吸收性能最好，吸收比/0.83/0.192-2-2-2-2-2-2-2- 波长3-2AlCrOFig3-2Reflectancecurvesofdouble-layerAlCrO3-2AlCrOTable3-2Absorptanceandemittanceofdouble-layerAlCrO吸收比发射比吸收效率2-2-2-2-2-2-2-62-1、2-32-50.10。金属成分含量较多时，通过改变效应提高吸收比较为。对比2-22-72-23min2-7金属含量较少，只沉积了2min，但两个样品的吸收比相同。样品2-42-6只是顶层的沉0.5min0.02223-22-4500nm目的，即令涂层对波长500nm的光反射率最低。但是该样品的吸收比却是最低的。这是因为吸收比波长在0.3~2.5μm范围内的综合吸收能力。对特定波长2-4的基础上进行微调，可以得AlCrO根据样品的吸收比和发射比，重点研究样品2-2的涂层形貌及成本实验用日立公司生产的S-4800型场发射扫描电子显微镜（FESEM）2-2有装置，最高放大倍率可达80万倍，特别适合表征材料在纳米尺寸FESEMHoriba250能谱仪是一种X射线能谱仪（EDS定量分析。利用EDS3-33-3（a）反映涂层非常致密，没有明显孔洞。13~8μm3-3（b）中可以测出晶粒尺寸约为以用等效介质理论进行设计。涂层表面成分（图3-4，表3-3）较为均匀。其中Fe、Cra1a1b3-32-2Fig.3-3FESEMofsample2-3-42-2的EPMAFig.3-4EPMAofsample2-O1O123涂层的断面形貌（图3-5）比较特殊。图3-5（a）是涂层在硅片上沉积的形貌。从中可以看到涂层厚度约为800nm，略高于设计厚度708nm。而且ES（3-（l元素分布厚度约3.0μmO3.8μmr2.4μm2.4~3.9μmrFe元素从3.2μm由此说明：3.2μm。这与在硅片上沉积的结果不同。因为在不锈钢基体上沉积时涂层与基体之间发生成分扩散现象以基体和涂失，而且加强了涂层与基体的结合强度。根据图3-5（c）中Al元素分布曲线可涂层抗热震性能。但Fe元素被激发到表层对涂层的耐蚀性不利。bcO3-52-2Fig.3-5Sectionofsample2-根据样品2-2的XRD，涂层由Fe-Cr相、α-Cr相、AlCr2相及θ-Al2O3相结构（3-62θ≈44.5º，64.8º82.0ºFe-Cr（110（200（110（310散方面的分析，Fe-Crα-Cr相则是靶2θ≈43.5ºAlCr2相（103）晶面的衍射峰，对应d=2.08Al—峰，对应d=1.801.45

a

b-

bc

-Al强强a2-Theta(O3-62-2的XRDFig.3-6XRDofsample2-针显微镜测试涂层表面粗糙度。扫描探针显微镜（ScanningProbeMicroscope，（AFM（LFMNanoScope5.31表面粗糙度是用来评价样品表面平整程度的指标，在能选择性吸收涂，其定义是在取样长度内，表面轮廓q（或写作m）的，其定义为在取样长度内表面轮廓偏离中心位置距离的均方根。a使q作为对Ra反映了样品峰谷形貌的信息。目前所见的文献对于涂层表面粗糙度和涂层的选[100]100nm100nm时，涂层粗糙度增加不会提高吸收比，但会提高发射比。图3-7原子力显微镜测量的涂层表面形貌图。测得样品2-2图3-7样品2-2AFMFig.3-7AFMofsample2-根据两层能选择性吸收涂层的实验结果，对表2-6中的设计进行调整，以其中吸收效率最好的两个结构样品2-2和样品2-7为基础，设计三层涂层结构。工艺参数列于表3-4，按两层涂层的步骤在304不锈钢基片上三层表3-4三层AlCrO涂层工艺参Tabel3-4Parametersofthree-layerAlCrO底 中间 顶品3-2113-213-11三层AlCrO涂层的性能AlCrO3-5AlCrOTable3-5Absorptanceandemittanceofthree-layerAlCrO

3- 3- 3- 3-3-3-3-反射反射 波长3-8AlCrOFig.3-8Reflectancecurvesofthree-layerAlCrO能基本一致。根据表2-1，氧气流量50sccm的涂层与氧气流量160sccm制备的涂层，元素含量基本一致，因此三层AlCrO能选择性吸收涂层的顶层用50sccm或160sccm的氧气氧化物层基本无差别。由此，样品3-3顶层的3-83-13-23-3紫外-。，光-近红外波段的反射率曲线与样品3-1和样品3-2差别巨大其峰数量多，且高度高峰对涂层的光学厚度因素敏感一般在与厚度相近的波长范围内出现。对于多层涂层而言峰不仅与涂层整体的厚度有关，而且受单层涂层3-3的中间层与顶层成分相同，造成顶层厚度增加，使峰位置进入红外区造成在可见光部分发生相长现象削弱涂层对太。，3-13-22-22-63-52-23-212.2%3-10中得到明显反映。与样品2-2相比，样品3-1和样品3-2在中红外波段的反1.4μm1.7μm左右，使得低反射部分所覆盖的波长范围增加提高了能选择性吸收涂层的吸收比同时一步提高了能选择性吸收涂层的吸收比。最终结果是通过改进有效提高了能选择性吸收涂层的吸收效率，改善了能选择性吸收涂层的选择吸收3-12-72-63-52-7相比通过底层增加一层氧气流量20sccm涂层样品3-1的发射比提高10.5%10.8%3-112-73-1的吸但另一方面，样品的吸收截止位置靠右加强了涂层在光谱波段的吸收能力。此外，在紫外-可见光-3-12-7的反射率低，也提高了样品3-1的吸收比综合结果是能选择性吸收涂层的吸收比和发射样品3-3与样品2-7相比，选择吸收性能明显。对比表2-6和表3-5结果，样品3-3在发射比几乎未变化的情况下，吸收比降低了6%。从图3-12可以看出，虽然样品3-3的吸收截止位置在1.5μm左右，高于样品2-7，但其在低反射部分反射率高于样品2-7，抵消了吸收截止位置红移的效果。另外在波长为400nm到900nm之间，两者情况发生逆转，样品2-7相消位置在波出现相消现象，在波长800nm附近出现相消现象。这种现象与光学厚3-3-3-2-反射反射 波长3-93-13-22-2Fig.3-9Reflectancecurvesofsample3-1,3-2and2- 反射反射 波长3-103-12-7Fig.3-10Reflectancecurvesofsample3-1and2- 3- 3- 2- 波长3-113-32-7Fig.3-11Reflectancecurvesofsample3-3and2-r<1r层数。但增加厚度的同时应当考虑效应，合理设计。AlCrO根据样品的吸收比和发射比，重点研究样品3-2的涂层形貌及成3.1。3-63-2表面成分主要由O元素、Al元素、Cr元素和Fe元素构成。对比表3-3，样品3-2与样品2-2相比，O元素和Al元素含量增加Cr元素和Fe元素含量降低，说明基体成分虽有扩散，但已得到遏制。3-123-2EPMA扫描Fig.3-12EPMAofsample3-3-63-2涂层表面成分及含量Table3-6Elementsofsample3-O测试点测试点测试点abab3-133-2Fig.3-13FESEMofsample3-13（a）8μm从图3-13（b）中可以测出晶粒的尺寸1μm到1.5μm之间。aabc3-143-2Fig.3-14Sectionofsample3-样品3-2的断面形貌（图3-14）与样品2-2的断面形貌（图3-5）类似。图3-14（a）是涂层在是涂层在硅片上沉积的形貌测得涂层厚度约为910nm，略低于设计厚度1068nm。涂层分层很不明显，基本为整粒柱状晶。图3-14（b）是涂层在不锈钢基片上沉积的形貌，与样品2-2相同，涂层晶粒已与不锈钢14（c）3-23-14（c）3-（c，则主要元素在样品3-2与样品2-2断面的分布更不同。首先，样品3-2中Cr2-2Cr3-2Al、O2-2Al、O元素在涂层范3-22μm处，Al元素含量出现峰值是元素偏析的表此，无论样品3-2还是2-2，O元素分别深度都比Al元素分布深度深。随着层中，Fe、Cr元素的含量较低，所以随着涂层厚度增加，Fe、Cr元素含量呈下降趋势Al元素与Cr元素含量的比例逐渐接近靶材中的比例因此越接近表O致形成大量柱状晶。但是与样品2-2相比，样品3-2柱状晶更为粗大。根据图3-5（a）与图3-14（a，样品2-2的柱状晶直径150~250nm之间，而样品3-2的柱状晶直径200~300nm之间。这是由于样品3-2的沉积时间长，涂层处根据样品3-2的XRD（图3-15，涂层由α-Al2O3相、α-Cr相、θ-Al2O3相及FeO2θ≈43.380.6°的位置出现了对应α-Al2O3（113）（220）2θ≈44.264.6°的位置出现了对应α-Cr（210） （510（015（117位置出现了对应FeO相（113）与样品2-2相比，涂层相结构中没有Fe-CrAlCr2相，而代之以α-Al2O3相和FeOFe-Cr相无法在涂层表面形成。Fe-Cr相在入射粒子的冲击下被破坏。由于氧气分压大，Al原子更易与OAlCr2Cr原子则更易，形成α-Cr相。由于次外层结构中有5条空轨道，α-Cr相存在有利于提高涂层在紫外-θ-Al2O3相相比，α-Al2O3相更为稳定，而且充足的氧气流量也保证了α-Al2O3相的形成。

b cbcc

a--AlOc--Ala2-Theta3-153-2的XRDFig.3-15XRDofsample3-3-163-23-2表面粗糙度Ra=77.312nm，Rq=100.36nm。与样品2-2相比，Ra值增加了7nm，Rq值增加了10nm，粗糙度增加明显。与样品2-2相比，样品3-2的发射比从0.190.21，符合有关文献关于粗糙度提高，涂层发射比提高的论述。3-163-2AFMFig.3-16AFMofsample3-AlCrNO涂层的及性涂层设样品N是根据AlCrO三层能选择性吸收涂层的结果，并借鉴文献[65]中提到的TiAlNO系列涂层的经验设计的AlCrNO系列涂层与氧化物涂层相比，金属氮化物涂层具有更好的金属性，使涂层产生本征吸收。但是CrAlNCrAlN吸收层不被破坏，最好的办法是在其上设计过渡层。样品N的结构设计为以AlCrN为底层，AlCrNO为过渡层，AlCrOAlCrN107nm。涂层涂层步骤与rO涂层时相同。根据涂层设计，参考样品3-2的30cm2min。10m1.5min160m2min。三层AlCrNO涂层性能分3.1AlCrNO根据样品N的反射率，计算样品N吸收比为0.94，发射比为0.22，吸收效4.35。图3-17显示样品N的吸收截止位置1.7μm左右。在波长0.5~1.5μm之反射率曲线出现峰，在波长0.32μm处达到极大值0.16。与样品3-2的反射率曲线相比（图3-18，两者在中红外范围的反射曲线基本重合，主要差别出现在波长范围内，样品N的反射率比样品3-2的反射率低，这是因为样品NAlN具有半导体特性，因而具有更好的吸收能力。NN反射反射 波长3-17样品NFig.3-17Thereflectancecurveofsample3-3-N反射反射 波长3-18样品N3-2Fig.3-18ReflectancecurvesofsampleNand3-AlCrNO根据EPMA（表3-7，样品N涂层表面只有Fe、Al、Cr、O四种元素。同样品3-2一样，Fe元素和部分Cr元素是从基体中扩散出来的。不过样品N表面没有检出N元素，证明顶层完整，且N原子没有扩散到表面。20（a）明显孔洞。熔滴颗粒的分布情况与样品3-2类似，但粒径更大，平均约9μm，最大的粒径达到12μm。从图3-20（b）中可以测出晶粒的尺寸1μm左右，比3-2的晶粒小。3-19样品N的EPMA扫描Fig.3-19EPMAofsampleNO测试点0NO测试点0测试点0测试点00abab3-20样品NFig.3-20FESEMofsampleaabcc3-21样品NFig.3-21Thesectionofsample图3-21（a）是涂层在是涂层在硅片上沉积的形貌，测得涂层厚度约为950nm，而且柱状晶明显图3-21（b）是涂层在不锈钢基片上沉积的形貌。根据这张，样品N的表面并不平整，涂层中有一些分层的情况，涂层与基21（c）580nm1.2μm的范围内，表面基本没有，与表面成分测定结果吻合；O元素分布厚度约为1.9μm，但在涂层表面分布较少，从涂层表面到涂760nm1.0μmO元素含量达到最大值，之后逐渐减少；Al1.4μm，但其分布不均匀，在涂层表面分布较700nmCrFe1.4μm处开始稳定地处于高含量，说明从此处开始完全进入不3-2相比：N3-2，3-2N1.4μm-2。但从硅N3-2N中，rNN是一种自扩散系数很小的硬膜材料本身扩散能力有限了底层基体内部扩散根据多弧离子镀镀3-2但样品NlO元素在两个样品中分布的差别也类似。造成这种现象的原因是表面形成的氧化物受3-2中相似成分的复合涂层结合牢固虽然了过渡层但在熔滴较大时仍容易脱落，而其则是涂层的表面粗糙度。，3-2N涂层沉积过程中晶粒生长速度大于形核速度N3-2与基体AlCrNO根据样品N的XRD（图3-22，涂层由FeCr2O4相、θ-Al2O3相及AlN2θ≈63.3FeCr2O4相（404）晶面的衍射峰，其d1.472θ≈43.2θ-Al2O3（402）晶面的衍射峰，其d2.092θ≈49.872.6AlN（102）（201）d1.831.30。结合样品元素成分分析，在涂层表Fe、CrOFeCr2O4AlO原子结合生成θ-Al2O3AlNAlNa-FeCr b--Alc-强强 0 2-Theta3-22样品NXRDFig.3-22XRDofsampleNAlCrNO3-23样品NAFMFig.3-23AFMofsampleN3-23是原子力显微镜测量的样品N涂层表面形貌图得到样品N表面粗Ra=91.737nm，Rq=131.60nm3-2相比，Ra4nm，Rq31nm0.01。本章根据第2章的设计思路和方案完成了AlCrO能选择性吸收涂层AlCrNO能选择性吸收涂层的设计及，并测试了涂层的选择吸收性能本章的AlCrO涂层，吸收比均高于0.80，发射比均低于0.30。其中三层AlCrO涂层3-2的选择吸收性能最好其吸收比为0.93，发射比为0.21。这一结果与文献[65]中结果相近。在AlCrO涂层的基础上，本章了三层AlCrNO涂层，其吸收比为0.94，发射比为0.22。证明第2章的设计思路及设计方案可行，不仅满际通行的吸收比高于0.80，发射比低于0.33的标准，也满家“863”相关课题中要求吸收比高于0.88，发射比低于0.30的要求。AlCrO涂层不同结构的对比，证明了合理增加涂层的层数有利于提高涂层吸收比，但设计时应当综合考虑入射光的透射深度和效应。AlCrNO涂层的证明涂层中引入具有半导体性质的AlCrN层可以很好提高涂层吸收比。但是AlCrN层与AlCrO层的性质差别较大，即使增加了过渡层，AlCrNOAlCrNOAlCrO涂层。4500，高温氧化是能选择性吸收涂层常见的失效原因之一。在大气环境中直接使