DE3034061A1 - Optisch selektive oberflaechen, verfahren zu ihrer herstellung und ihre verwendung fuer solarkollektoren - Google Patents
Optisch selektive oberflaechen, verfahren zu ihrer herstellung und ihre verwendung fuer solarkollektorenInfo
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Description
Γ _ 3 - 303406Τ
Die Erfindung betrifft optisch selektive Oberflächen, ein Verfahren zu ihrer Herstellung und ihre Verwendung für Solarkollektoren
und ähnliche Zwecke.
Die Leistungsfähigkeit von Solarkollektoren hängt in erheb— lichem Ausmaß von den Eigenschaften der Oberfläche des
Kollektors ab. Die Selektivität der Strahlungsabsorption ist von besonderer Bedeutung für Vorrichtungen, die bei mittleren
bis hohen Betriebstemperaturen arbeiten. Die wesentlichen
Parameter sind die Absorption und Emission bei bestimmten Wellenlängen. Bei Verwendung spezieller Oberflächen kann
der absolute Wert dieser Parameter und ihr Verhältnis innerhalb eines verhältnismäßig breiten Bereichs variiert werden.
Vorzugsweise sollen die Oberflächen eine schlechte Reflexion für das einstrahlende Sonnenlicht (bei den kürzeren Wellenlängen)
aufweisen. Diese Oberflächen sollen einen hohen Absorptionsfaktor 0( aufweisen, wobei sie für thermische Strahlung
(bei einer Wellenlänge oberhalb etwa 2 Mikron) gute Reflektoren und damit schlechte Emitter sind, die einen niedrigen
Emissionsfaktor £ im ultraroten Bereich aufweisen.
Es sind zahlreiche Verfahren zur Herstellung von selektiven Oberflächen für Solarkollektoren und ähnliche Vorrichtungen
bekannt. Eine der besten bekannten Oberflächen ist schwarzes Nickel, das ein hohes Verhältnis der Absorption von Sonnenlicht
zu Emission von infraroter Strahlung besitzt. Bei den bekannten Oberflächen handelt es sich um schwarzes Nik-
auf Nickel
kel/und schwarzes Chrom auf Nickel oder auf" Stahl. Andere bekannte
Oberflächen mit vorteilhaften selektiven Eigenschaften werden durch chemische Oxidation von Kupfer erzeugt.
35
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, optisch selektive
L 130QU/1168
γ _4_ 303406t!
Oberflächen auf Kupfer zur Verfügung zu stellen, welche ein günstiges Verhältnis der Absorption (V zur Emission £ von
mindestens 10 aufweisen, und die sich insbesondere für Solarkollektoren eignen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst.
Die Erfindung betrifft somit den in den Patentansprüchen gekennzeichneten Gegenstand.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung der optisch selektiven Oberflächen auf Kupfer besteht in einer gesteuerten
anodischen Oxidation von Kupfer oder Kupfer auf einem metallischen Grundwerkstoff. Vorzugsweise werden im erfindungsgemäßen
Verfahren kupferplattierter Stahl, kupferplattiertes
verzinktes Eisen, kupferplattiertes Nickel und bestimmte Kupferlegierungen eingesetzt. Nach dem erfindungsgemäßen Ver—
fahren gelingt es, selektive Oberflächen rai~t hohem Verhältnis
von CV /£, mit einem Wert von vorzugsweise mindestens 10 her—
s
zustellen. Es lassen sich erfindungsgemäß optisch selektive Oberflächen mit einem Verhältnis von bis zu etwa 15 herstellen.
Die erfindungsgemäß hergestellten optisch selektiven Oberflächen haben eine hohe Beständigkeit gegen Witterungseinflüsse, sie widerstehen lange Zeit dem Sonnenlicht und
ihre vorteilhaften optischen Eigenschaften gehen auch bei wiederholtem Abkühlen
tisch nicht verloren.
tisch nicht verloren.
wiederholtem Abkühlen und Aufheizen bis auf etwa 180 C prak-
Gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird ein Metallblech, das mit einer Kupferoberfläche versehen ist, der anodischen Oxidation in dem alkalischen Elektrolyt
in einer Reihenfolge von Stufen unterworfen. Jede Stufe wird bei einer höheren Spannung und Stromdichte als
die vorhergehende Stufe durchgeführt, bis die erwünschten Eigenschaften erreicht sind. Dieses stufenweise Arbeiten
liefert Oberflächen mit den erwünschten optischen Eigenschaften. Gemäß einer Abänderung dieses Verfahrens können die
Spannung und die Stromdichte auch allmählich und in vorherbestimmter
Weise geändert werden.
L 1 3 0 0 U / 1 1 6 8 _,
r ORIGINAL INSPECTED
Gemäß einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verfahrens werden die Metalloberflächen der anodischen Oxidation in dem alkalischen Elektrolyt bei einer bestimmten
konstanten Strommenge unterworfen, bis ein bestimmter Passivierungsgrad
erreicht ist. Das Ende der Oxidation zeigt sich durch eine deutliche Zunahme des elektrischen Widerstandes.
Der elektrische Widerstand der Lösung nimmt erheblich zu, und bei konstanter Spannung fällt die Stromdichte stark
ab. Auf dieser Stufe hört die anodische Oxidation auf und
statt dessen setzt die Entwicklung von Sauerstoff und Wasserstoff ein. Es wurde festgestellt, daß eine bestimmte Beziehung
zwischen den Bedingungen des Verfahrens, insbesondere zwischen den Betriebsbedingungen des Verfahrens und der
hindurchgegangenen Elektrizitätsmenge existiert, um die erwünschten optischen Eigenschaften zu erhalten. Die auf diese
Weise erzeugten optisch selektiven Oberflächen enthalten Kupfer und Sauerstoff in einem nichtstöchiometrischen Verhältnis,
und der entstandene Oxidfilm scheint eine bestimmte Orientierung aufzuweisen. Das Verhältnis von Q( /£_ liegt
im allgemeinen im erfindungsgemäßen Verfahren im Bereich
von etwa 12 bis 15.
Das erfindungsgeraäße Verfahren der anodischen Oxidation
kann mit Erfolg nur innerhalb eines engen und speziellen Bereichs von Verfahrensparametern durchgeführt werden. Die
Arbeitstemperatur muß im Bereich von 50 bis 850C liegen.
Der bevorzugte Bereich, der auch von der Konzentration der
f" ο Natronlauge abhängt, liegt bei 70 bis 85 C. Die Natronlauge
muß eine Konzentration im Bereich von etwa 0,35 bis etwa 1,5 normal aufweisen. Die Stromdichte muß im Bereich von
1 bis 4O mA/cm , vorzugsweise bei 1,5 bis etwa 15 mA/ctn ,
liegen, wenn mit konstanter Stromdichte gearbeitet wird. In diesem engen Bereich von Parametern werden Oberflächen mit
befriedigenden optischen Selektivitäten erhalten. 35
Die vorstehenden Beziehungen können wie folgt erläutert
L 1300U/1 1SS j
"-.ORIGINAL .INSPECTED
Γ 303406 Ti
werden: Bei der Durchführung der anodischen Oxidation bex einer Temperatur von 75 C in 0,75 normaler Natronlauge und
bei einem Wert für <=( von 93 % und für £ von 9 $ und einer
s 2
Stromdichte von 4 ml/cm beträgt die erforderliche Elektrizitätsmenge pro cm etwa 44 Coulombs, Bei einer Stromdichte von nur 2 mA/cm verlängert sich das Verfahren und die zur Passivierung durchgetretene Elektrizitätsmenge ist größer. Bei höheren Stromdichten (bis zu etwa TO mA/cm ) läßt sich das Verfahren in kürzerer Zeit durchführen und die zur Passivierung durchgetretene Elektrizitätsmenge ist geringer.
Stromdichte von 4 ml/cm beträgt die erforderliche Elektrizitätsmenge pro cm etwa 44 Coulombs, Bei einer Stromdichte von nur 2 mA/cm verlängert sich das Verfahren und die zur Passivierung durchgetretene Elektrizitätsmenge ist größer. Bei höheren Stromdichten (bis zu etwa TO mA/cm ) läßt sich das Verfahren in kürzerer Zeit durchführen und die zur Passivierung durchgetretene Elektrizitätsmenge ist geringer.
Beim Arbeiten mit konstanter Spannung werden die besten Werte
für 0( /£ bei Temperaturen von etwa 50 bis etwa 85 C,
einer 0,35 bis etwa 1,5 normalen Natronlauge und Stromdich-
ten von 1 bis etwa 20 mA/cm erhalten. Die höheren Stromdichten werden wirkungsvoll verwendet bei höheren Konzentrationen
von Natriumhydroxid und bei Temperaturen von etwa 70 bis 85 C. Bei Verwendung von etwa 0,75 normaler Natronlauge
werden beste Ergebnisse bei Temperaturen von 50 bis 85 C und Stromdicliten von etwa 1,2 bis etwa 5 mA/cm erhalten.
Bei Verwendung von 0,35 normaler Natronlauge werden beste Ergebnisse bei Temperaturen von 70 bis 85 C und Strom—
dichten von etwa 1 bis 2 mA/cm erhalten.
Wenn das Verfahren unter stufenweiser Zunahme der Stromdichte durchgeführt wird, ist es vorteilhaft, bei einer
Stromdichte von etwa 3 mA/cm anzufangen und die Stromdich—
te auf etwa 40 mA/cm in 3 bis 8 Stufen und in Zeitabständen in der Größenordnung von 5 bis 15 Sekunden pro Stufe
durchzuführen.
Die Beispiele erläutern die Erfindung.
Ein kaltgewalztes Kupferblech wird in einer Schichtdicke von 1 Mikron mit Kupfer in einem sauren Elektrolytbad
130014/1188 j
ORIGINAL INSPECTED
r . 303Α06Ή
elektroplattiert, danach mit Wasser und destilliertem Wasser gespült und hierauf folgendermaßen behandelt: Das Blech
mit den Abmessungen 50 χ 50 mm wird in eine 0,75 normale
Natronlauge bei 75 C eingetaucht und als Anode geschaltet während 120 Sekunden mit Gleichstrom einer konstanten Strom-
dichte von k mA/cm behandelt, bis Passivierung beobachtet wird. Das erhaltene Blech hat eine solare Absorption von 93?&
und eine Emission von 9 0Jo.
Ein Stahlblech wird in üblicher Weise mit Kupfer elektroplattiert.
Zunächst wird die Oberfläche des Stahlblechs durch alkalische Elektrolyse gereinigt und sodann wird eine
Vorbeschichtung in einem Cyanidbad und eine weitere Beschichtung
in einem sauren Bad aufgebracht, bis die Schichtdicke des Kupfers 15 Mikron beträgt. Hierauf wird das erhaltene
Blech mit den Abmessungen 50 χ 50 mm in 1,5 normaler
Natronlauge bei 80 C eingetaucht und als Anode geschaltet während 100 Sekunden mit Gleichstrom konstanter Stromdichte
^O von 12 mA/cm behandelt, bis Passivierung beobachtet wird.
Das erhaltene Blech hat eine solare Absorption von 9k 0Jo und
eine Emission von Ik 0Jo.
^ Ein mit Kupfer plattiertes Nickelblech wird in 0,75 normaler
Natronlauge bei 75 C eingetaucht. Sodann wird das Blech als Anode geschaltet während 10 Sekunden mit einer Strom-
dichte von 5 mA/cm behandelt. Hierauf wird die Stromdichte
in Zeitabständen von jeweils 10 Sekunden mit einer Stromdichte von 12, 19, 26, 33 und k0 mA/cm2 behandelt. Das erhaltene
Blech hat eine solare Absorption von 91 % und eine
Emission von 10 0Jo,
Ein Kupferblech mit den Abmessungen 50 x 50 mm wird in
0,35 normale Natronlauge bei 85 C eingetaucht und als Anode
L · 1300U/1 1β8 j
ORIGINAL INSPECTED
r _8_ . 303406Ή
^ geschaltet mit Gleichstrom konstanter Stromdichte von 1,6mA/
cm behandelt, bis eine erhebliche Erhöhung der Spannung beobachtet
wird (Passivierungspunlct). Sodann vird das Kupferblech
aus dem Bad entfernt und gewaschen. Es hat eine solare 5 Absorption von 85 °/o und eine Emission von 6,5 %·
L 13GGU/11S8
Original inspected
Claims (5)
1. Verfahren zur Herstellung von optisch selektiven Oberflächen
mit einem Verhältnis der Absorption Oi zur Emission
£ von mindestens 10, dadurch gekenn zeich net, daß man Kupfer oder Kupfer auf einem metallischen
Grundwerkstoff in 0,35 bis 1,5 normaler Natronlauge bei Temperaturen
von 50 bis 85 C und einer Stromdichte von 1 bis 40 mA/cm anodisch oxidiert, bis der elektrische Fiderstand
ansteigt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die anodische Oxidation bei Temperaturen von 70 bis 85 C
in 0,75 his 1,5 normaler Natronlauge und einer Stromdichte
von h bis 20 mA/cm durchführt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß man die anodische Oxidation unter stufenweiser oder
L 13OÖU/1188
Γ _2_ 303406Τ
1 allmalxliclier Erhöhung der Stromdichte durchführt.
4. Optisch selektive Oberflächen, herstellbar gemäß Anspruch
1 bis 3·
5. Verwendung der optisch selektiven Oberflächen gemäß Anspruch h für Solarkollektoren.
L 130014/1188
Applications Claiming Priority (1)
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| IL58214A IL58214A (en) | 1979-09-10 | 1979-09-10 | Process for the production of optically selective surfaces |
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| Publication Number | Publication Date |
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ID=11051317
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|---|---|---|---|
| DE19803034061 Ceased DE3034061A1 (de) | 1979-09-10 | 1980-09-10 | Optisch selektive oberflaechen, verfahren zu ihrer herstellung und ihre verwendung fuer solarkollektoren |
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| JP (1) | JPS5653345A (de) |
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| IL (1) | IL58214A (de) |
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- 1980-09-10 DE DE19803034061 patent/DE3034061A1/de not_active Ceased
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| US4309257A (en) | 1982-01-05 |
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| 8180 | Miscellaneous part 1 |
Free format text: DER (DIE) ERFINDER LAUTET(EN) RICHTIG EPSTEIN, MICHAEL, HOLON DOSTROVSKY, ISRAEL, REHOVOT, IL |
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Representative=s name: VOSSIUS, V., DIPL.-CHEM. DR.RER.NAT. TAUCHNER, P., |
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