几种难熔金属及非金属材料发射率的实验研究

无论是在物理系统的热力学性质、热传导和高温加热等研究领域，还是在涉及化学侵蚀和大机械载荷的各种高温环境中，铂等难熔金属材料及硼等难熔非金属材料的发射率都有广泛应用，具有十分重要的研究价值。.本项目包括三个方面的研究内容：一是采用一种特别设计的涡流加热系统对待测目标实施加热、使用单色仪对来自待测目标的红外辐射进行窄带滤光并使用多个宽光谱响应的光电探测器，研制出一台波长在0.5-5.0μm内连续可调、能够准确测量中高温物体发射率的实验装置；二是利用该装置先在不同波长下研究铂等难熔金属材料及硼等难熔非金属材料的发射率随温度变化的曲线，再在不同温度下测量这些材料的发射率随波长变化的关系，研究它们的红外辐射特性，探究它们的发射率随温度、波长变化的物理本源；三是建立发射率随温度、波长变化的数学模型，拟合出发射率随温度、波长变化的解析函数，探究具体测量条件下的发射率标定模型。

利用一种特别设计的涡流加热系统作加热源、用PIN硅光电二极管、InGaAs探测器、InAs探测器及钽酸锂探测器作组合光接收器件，于0.5-5.0μm波段内研制出了一台采用自适应发射率模型的发射率测量装置。一方面，该装置能根据待测目标的发射率特性，自动选择发射率随波长、温度变化的模型进行拟合，从而获得0.5-5.0μm内发射率随波长、温度变化的准确解析式；另一方面，该实验装置在发射率测量过程中还采用了自校准功能，从而确保了测量结果的高度准确性。利用这一装置，项目组开展了一系列的实验研究，得到了一些有价值的结果，主要包括以下几方面内容：.(1)详细研究了在确定的波长下，铂、钨、硼的发射率随温度变化的关系。结果表明：铂的发射率虽随温度变化而变化，但总体上变化不大，且在800K附近出现极值；钨的发射率随温度增加而缓慢减小，但总体上变化也不大，且发射率与温度几乎成线性关系。硼的发射率随温度变化与钨相似；各种钢材料的发射率均随温度变化巨大；.(2)详细研究了在确定的温度下，铂、钨、硼等的发射率随波长变化的关系。结果表明：在同一温度下，铂的发射率随波长变化相对明显，且其发射率与温度几乎成线性关系；钨的发射率随波长变化相对明显，其发射率与温度几乎成线性关系，这与铂的实验结果有相似之处；.(3)详细研究了样品表面的氧化过程对其发射率的影响。结果表明：即便在同一波长、同一温度下，某些材料的发射率依然随加热(氧化)时间变化明显。由于铂、钨、硼等材料氧化缓慢，单位时间内的氧化程度对其发射率影响较小；但各种钢材料在高温下氧化较快，单位时间内的氧化程度对其发射率影响较大。本项目较细致地研究了加热时间的长短对发射率的影响；.(4)详细研究了铂、钨等多种材料的发射率随温度、波长变化的解析模型，并进行了准确的解析拟合。得到了在确定的温度下，铂、钨等材料的发射率随波长变化、以及在确定的波长下，其发射率随温度变化的解析表达式；.(5)利用建立起的发射率随波长、温度变化的解析模型标定了一台辐射测温仪，并在实验室中对钢样品进行了测量。结果表明：这里建立起的解析模型准确、可靠；.另外，利用本项目的资助经费，还开展了在应用光学和光电子学领域有重要应用价值的双原子分子电子光谱的研究工作，并取得了一系列有意义的研究成果，在SCI源期刊上发表了一系列论文。