Herstellung und Charakterisierung von TiN-Solarabsoberschichten

• Antragsteller: Professor Dr. Rolf Clasen
• Fachliche Zuordnung: Glas und Keramik und darauf basierende Verbundwerkstoffe
• Förderung: Förderung von 2012 bis 2013
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 214379229

• Erstellungsjahr: 2013

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Die Arbeit befasste sich mit der Herstellung von selektiven Solarabsorberschichten auf TiNxOy-Basis durch ein Tauchbeschichtungsverfahren. Dabei wurde aus einer Suspension aus nanoskaligem Titannitrid und einem Binder über das Dip-Coating-Verfahren eine Absorberschicht auf Aluminiumblech aufgetragen. Zur Stabilisierung der Partikel wurde zunächst Tetramethylammoniumhydroxid (TMAH) verwendet. Damit konnten Schichten mit einer solaren Absorption α = 0.927 und einer thermischen Emission ε = 0,148 hergestellt werden. Die Zugabe der Lauge führte allerdings zu Problemen bezüglich der Stabilität der Suspension. Außerdem ist TMAH als giftig eingestuft und wirkte somit kontraproduktiv zu der Bestrebung, ein umweltfreundliches System zu finden. Daher wurden in den weiteren Arbeiten die Suspensionen sterisch mit einer Hydroxypropylcellulose stabilisiert, die gesundheitlich unbedenklich ist. Damit konnten Schichten hergestellt werden, die ein α/ε =0,909/0,165 aufwiesen und gleichzeitig eine gute Haftbeständigkeit sowie eine sehr homogene Schichtmorphologie zeigten. Auch stellte sich die Stabilität gegenüber hohen Temperaturen und hoher Luftfeuchtigkeit als gut heraus. Zwar erreichen die hergestellten Schichten nicht die Absorptions- und Emissionswerte der kommerziell erhältlichen PVD-Schichten, aber für ein über ein atmosphärisches Verfahren hergestelltes Einschichtsystem zeigen sie sehr gute Werte in der Absorption und Emission. Die Beständigkeit der Proben in den Laborversuchen war ebenfalls zufriedenstellend, müsste dann aber noch im zertifizierten Labor nachgeprüft werden. Um auch große Flächen effektiv mit der Titannitridsuspension beschichten zu können, wäre der Auftrag mittels Spray-Coating denkbar.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Fabrication of solar selective TiOxNy coatings by dip coating, 12th International Conference and Exhibition of the European Ceramic Society, 2011, Stockholm, Schweden
  D. Petri, R. Clasen
  
• Herstellung von selektiven Solarabsorberschichten auf TiN-Basis mit silicatischem Bindemittel, 85. Tagung der Deutschen Glastechnischen Gesellschaft, 2011 Saarbrücken
  D. Petri, R. Clasen
  
• Herstellung von selektiven Solarabsorberschichten auf TiOxNy-Basis durch kostengünstiges Tauchbeschichtungsverfahren, 85. Tagung der Deutschen Keramischen Gesellschaft, 2011 Saarbrücken
  D. Petri, R. Clasen
  
• Fabrication of solar selective TiOxNy films with silica based binder, 11th ESG Conference/86th DGG Conference, 2012, Maastricht, Niederlande
  D. Petri, R. Clasen
  
• Herstellung von selektiven TiOxNy Solar-Absorptionsschichten durch Tauchbeschichtungsverfahren, In: Technische Keramische Werkstoffe, J. Kriegesmann, 131. Ergänzungslieferung, 2012, HvB-Vertag, Ellerau
  D. Petri, R. Clasen
  
• Herstellung von selektiven TiOxNy Solarabsorberschichten durch Tauchbeschichtungsverfahren, 86. Tagung der Deutschen Keramischen Gesellschaft, 2012 Nürnberg
  D. Petri, R. Clasen