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摘 要

太阳能选择性吸收涂层是太阳能源利用的关键技术之一。在当今的社会条件下，太阳能里用技术主要集中停留在中低温领域，中高温领域的利用还有待发展和研究，这也可能就是未来太阳能热利用技术的一个发展方向。所以我们需要开发出不仅具有很低的太阳能热发射比率，还应该要有比较高的吸收比率对的太阳能选择性吸收涂层。除此之外，我们还需要相当好的高温热稳定性。本论文是基于TiC/TiN金属基选择性吸收涂层的开发与研究，将具体关注复合材料在太阳能导热环节中的重要性，以理论知识来指导我们的制备过程，用软件模拟来加以验证。本文研究的主要内容具体如下：

通过改变选择性吸收涂层材料的比例，加以sys weld软件模拟出多组分的复合材料的整个温度场的性能变化，来评判选择性吸收涂层对太阳能利用率是否具有重要意义。

关键词：金属基陶瓷 TiC/TiN 激光熔覆技术

Study on Selective Solar Absorber Coating Based on TiC/TiN Cermet

ABSTRACT

Solar selective absorption coating is one of the key technologies for solar energy utilization. In today's social conditions, solar energy technology mainly stays in the field of medium and low temperature, and the utilization of medium and high temperature needs to be developed and studied, which may also be a development direction of solar energy heat utilization technology in the future. So we need to develop not only a very low solar thermal emission rate, but also a solar selective absorption coating with a relatively high absorption rate. In addition, we need good high temperature thermal stability. This paper is based on the development and research of TiC / tin metal based selective absorption coating. It will pay more attention to the importance of composite materials in solar thermal conduction, guide our preparation process with theoretical knowledge, and verify it with software simulation. The main contents of this paper are as follows:

By changing the proportion of the selective absorption coating materials, and using the sys well software to simulate the performance change of the whole temperature field of the multi-component composite materials, we can judge whether the selective absorption coating is of great significance for solar energy utilization.

Keywords：Metal based ceramics TiC/TiN Laser cladding technolog

目录

摘要 I

ABSTRACT II

第一章绪论 1

1.1本文研究背景 1

1.2 选择性吸收涂层的发展 1

1.2.1太阳能选择性吸收涂层的基本概念 1

1.2.2太阳能选择性吸收涂层的基本类型 2

1.2.3 太阳能选择性吸收涂层的制备方法 4

1.3 激光熔覆技术 5

1.3.1 太阳能选择性吸收涂层的制备方法 5

1.3.2 激光熔覆工艺参数 6

1.3.3 国内外研究现状 8

1.3.4 激光熔覆技术的不足与改进 8

1.4 本文的研究目标及内容安排 9

1.4.1 本文研究目标 9

1.4.2 本文内容安排 9

第二章金属陶瓷复合材料的分析 11

2.1 复合材料的材料分析 11

2.2光学性能 11

2.3 熔覆金属的热导率具体计算 15

第三章激光熔覆的温度场有限元模型 16

3.1 数学模型的建立 16

3.2 物理模型的建立 16

3.3.1 有限元模型的建立 16

3.2.2 激光熔覆热源 17

第四章实验结果与分析 19

第五章结论 24

参考文献 25

致谢 27

第一章绪论

1.1本文研究背景

众所周知，全球当前正逢能源高消耗时期的来临。石油、电力等不可再生资源都要面临枯竭，能源危机正在步步紧逼，世界也开始逐渐认识到能源问题和生态环境破坏的严重性。所以，全球各国的学者们都在积极地研发新兴的无污染且可再生的能源，太阳能就是其中之一。作为一种环保的可再生能源，光热转换使用太阳能吸收器的太阳能是一种高效的能源利用方法相比于其他能源，太阳能是一种随处可见而且又能实现可持续利用的绿色能源，为世界年耗资源总能量的１万多倍，可以潜在地在全球能源供应中发挥显著作用。开发太阳能不仅能有效地缓解能源危机问题，而且对人类的发展有着十分重大的意义。太阳每一秒钟向四周辐射的能量，等同于每秒都在燃烧 1.132×1019吨的标准煤。^[1]由于太阳能具有分散性，不稳定性，效率低和成本高等缺点，以现今的资金和技术水平，想要把这些能量有效地利用起来还是十分困难的，现阶段太阳能技术的发展，虽然在技术上有些突破，在理论上也是可以实施的，但是就目前的经济性来看，太阳能利用装置在还是比不过常规能源。 我国在近二三十年来的研究中，研究出的太阳能选择性吸收涂层已经能够达到高吸收、低发射的要求，并且有部分涂层在太阳能中低温热利用领域已经实现量产，如生活洗浴，海水淡化，干燥等。由于人们对于生活要求的提升，太阳能资源在高温方面的利用引起了人们广泛的关注，但是目前所使用的吸收涂层大多数只适合于太阳能中低温状态下使用。人们有必要进一步促进太阳能高温热利用方面的开发和研究，开发出高温下可以利用的吸热涂层，并进一步提高其对太阳光的吸收效率。

1.2 选择性吸收涂层的发展

1.2.1太阳能选择性吸收涂层的基本概念

太阳能光热发电技术及其光热利用是一种无论从技术方面还是从经济方面都较为合适的利用太阳能的方式（如图 1-1 所示）。为了实现光能与热能的转换，必须要有一个专门来收集太阳能辐射的装置，通过它可以有效地吸收太阳辐射并将其转换成热能，并且这些吸收到的能量能够最大限度地保存，以便热流导体将其带走。为此，就必须在太阳能集热器的表面镀上一层特殊的材料，称为太阳能选择性吸收材料。这层材料能在太阳能量集中的波段吸收光能，同时减少自身的热辐射。近些年来，我们国家也同世界上其他国家一样开始渐渐关注选择性吸收涂层这方面的研究，例如葛新石教授早在1950年起就开始研究太阳能选择性吸收涂层，1980 年开始，我国的几所太阳能研究所等单位在选择性涂层材料的研制方面也有了一些新的进展和突破。^[2]这种涂层类型的突破点不仅是提高涂层吸收太阳能的效率，而且还确保涂层具有低发射率。此外，还要使涂层具有较高的耐高温性，并且保证其成本不会过高。

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