从1985年至今，全玻璃真空集热管经过了30多年的发展，从一个实验室的研究成果发展到大规模工业化生产，走进了千家万户，为人们提供生活热水和其他形式的热应用。
在发展的过程中，制备太阳能选择性吸收膜层的真空镀膜设备也经历了单靶磁控溅射镀膜机、三靶磁控溅射镀膜机、自动连续集热管镀膜线这3个主要阶段，实现了从初期一炉一炉单体间歇式生产模式升级到现代化的自动连续生产模式，成为一个科研成果从实验室到大规模生产产业化非常成功的产业，为人们更好地利用太阳能提供了便利。
图1 集热镀膜层结构示意图
太阳能选择性吸收膜层由三部分组成，由内到外分别是：金属层、吸收层、减反层。其中根据吸收层膜层结构的不同，分为渐变集热膜和干涉集热膜。渐变集热膜吸收层由三层组成，由内向外膜层的金属成分逐渐降低；干涉集热膜吸收层由两层组成，靠近金属层的吸收层金属成分含量高，另一个吸收层金属成分含量低。
下面，我们将依次介绍一下相关镀膜设备的发展情况。
单靶磁控溅射镀膜机
在太阳能选择性吸收膜层的发展中，最先实现大规模生产的是渐变集热膜。它由单靶磁控溅射镀膜机制备。
单靶磁控溅射镀膜机于1991年首次出现在市场上。由北京仪器厂李云松高工、殷志强教授等人设计，北京凯华全玻璃真空集热管厂首次采用。
单靶磁控溅射镀膜机是一种立式圆形罐体前开门结构的设备，设备内径φ700mm，一根直径φ70mm磁控溅射铝靶安装在罐体的圆心位置，镀膜过程中支杆围绕着中心的柱状靶进行公转，支杆公转的同时进行自转。
图2 单靶镀膜机真空室横截面示意图
单靶磁控溅射镀膜机的真空系统由一台K500扩散真空泵和一台2X-70型机械真空泵组成。K500扩散真空泵是真空系统的主泵，2X-70型机械真空泵既是整个真空系统的预抽泵，又是扩散真空泵的前级泵，可以通过电磁阀进行切换。磁控溅射靶是转靶芯的360°溅射靶，该靶芯安装三条磁铁，形成三组各自独立的辉光跑道。单靶磁控溅射镀膜机的镀膜玻璃管直径是φ37mm，每炉可生产30支。
图3 单靶机靶芯磁场结构截面示意图
单靶镀膜机使用的工艺是渐变集热膜工艺，膜层结构是Al/AlN-1/ AlN-2/ AlN-3/AlN，金属层是金属Al，吸收层AlN-1、AlN-2和AlN-3是金属含量逐渐降低的铝氮铝陶瓷，减反层是AlN陶瓷。
其中，金属层用磁控溅射的金属态溅射模式制备，吸收层和减反层是用反应溅射模式制备。单靶镀膜机的优点是仅用一支靶就可以完成整个太阳能选择性吸收涂层的制备。
然而在实际应用中，由于渐变集热膜的膜层反射曲线不陡峭，随着温度的升高，膜层发射比会急剧上升，导致集热管热损升高，不能为人们提供高品质的生活热水。因此，后来又出现了制备干涉集热膜的单靶磁控溅射镀膜机和三靶磁控溅射镀膜机。我们将会在下期继续分享，欢迎继续关注。
本文作者：陈志涛
作者单位：德州金铎真空镀膜技术有限公司
本文完整版首发于《真空》杂志2020年第1期。
