文 献 综 述

激光熔覆Ni-TiN金属陶瓷选择性吸收涂层的研究

激光熔覆技术是一种通过在基材表面添加熔覆材料，并利用高能密度的激光束使之与基材表面薄层一起熔凝，在基层表面形成与其为冶金结合的添料熔覆层，以达到对材料的表面改性和修复的工艺方法。激光熔覆技术可成形复杂零件或对复杂零件的局部区域进行表面处理，其加热速度快，具有自淬火作用，同时不需要加热或者冷却介质，热源干净，无污染，安全保护相对简单。因此被广泛应用于机械、电力、航天航空、汽车、冶金等行业，能够制备出冶金性能良好的合金、陶瓷以及纳米涂层，从而满足不同行业的需要。

21世纪，随着经济、社会的迅速发展，人类在追求经济利益的过程中大量消耗化石燃料，导致温室气体排放量增加，全球气候变化加剧。为此， 各国研究者都在积极探索研究，开发高效、环保的清洁能源。太阳能作为一种取之不尽、用之不竭的清洁能源，它最直接的利用方式是太阳能光－热转化。光谱选择性吸收涂层是太阳能光－热转化技术的核心，许多国家都在努力研究制备工艺简单、成本低廉、稳定性好、耐候性强、吸收率高、热发射率低的光谱选择性吸收涂层。早期的吸收涂层属于非光谱选择型，主要是将无光谱选择性的黑色涂料和油漆混匀、涂布于金属基底上来达到吸收太阳光的目的。这种涂层的吸收率低、热发射率高、稳定性差、易腐蚀，适用于中低温环境条件。光谱选择性吸收涂层的概念最早由Ｔａｂｏｒ［1］、Ｓｈａｆｆｅｒ［2］等提 出 ，该种涂层在太阳光谱范围（0.3～2.5μｍ）内具有高的吸收率α，在红外辐射区具有低的热发射率εＴ。目前光谱选择性吸收涂层在太阳能利用中扮演着重要的角色，主要体现在太阳能热水器、太阳能热发电等方面，其中选择性吸收涂层在太阳能热水器方面的应用已经实现商业化。为了追求高效、稳定的光谱选择性吸收涂层，人们对其作用机理、制备方法进行了深入的研究［3,4］。

0.光谱选择性吸收涂层的制备机理

太阳是一个炽热的球体，通过其体内的热核反应不断向外辐射能量。太阳表面的温度接近6000Ｋ，太阳辐射的能量主要集中在0.3～2.5μｍ的范围内。根据黑体辐射定律可知：不同温度条件下，黑体辐射有一个波长极大值，太阳辐射的波长峰值集中在0.5μｍ 附近，而普通物体的温度一般只有几百开，其向外辐射的能量主要集中在2～50μｍ 的波长范围内，二者的光谱线不重合（如图１所示）。所以，从理论上讲，可以制出一 种涂层在太阳能辐射波段（0.3～2.5μｍ）具有高的吸收率α，同时在红外波段（2.5～20μｍ）具有低的热发射率εＴ［5］。由此可见，光谱选择性吸收涂层中吸收率α、热发射率εＴ是衡量涂层优劣的重要指标。材料在同一波长范围内，吸收率的变化会引起热发射率的变化，吸收率增大的同时发射率也增大。

1.太阳能光谱选择性吸收涂层作用机理

在选择性吸收涂层中，主要的类型有：本征吸收型、光干涉吸收型、金属陶瓷复合材料型、多层渐变吸收型以及表面微不平型。

1.1 本征吸收涂层

具有合适禁带宽度的半导体材料以及一些过渡金属的吸收过程是本征吸收，这类涂层属于本征吸收涂层[6]。