半透明固体材料高温光谱辐射率测量试验研究(2)
机的热障涂层为例，它可以降低金属部件在高温的工作条件下的热负荷，从而延长金属部件
的寿命。然而，随着温度的增高，辐射在整个传递热量中所占的比例越来越大，在进行半透
明材料的热设计中，材料的辐射特性参数的获得对于热涂层的优化设计变得非常重要。在表
征材料辐射特性参数中，光谱辐射率体现了材料的光谱辐射能力，如何准确的测量半透明固
体材料的光谱辐射率，对涉及半透明材料的高温热设计，有着重要意义。
1.1 发射率测量方法分类
根据测量原理的不同，通常将发射率测量方法分为 4 类：量热法、反射率法、辐射能量
法和多波长测量法。
量热法按热流状态可分为稳态法及瞬态法。其基本原理是：被测样品与周围相关物体共
同组成一个热交换系统，根据传热理论推导出系统有关材料发射率的传热方程，再测出样品
有关点的温度值，就能确定系统的热交换状态，从而求出样品发射率。[18]
反射率法是根据能量守恒定律及基尔霍夫定律，将已知强度的辐射能投射到被测的不透
明样品表面上，并用反射计测出表面反射能量，即可求得样品的反射率，进而求得发射率。
能量法是直接测量样品的辐射功率，根据普朗克或斯忒藩-玻耳兹曼定律和发射率定义计
算出样品表面发射率的数值。
多波长法的原理是通过测量目标多光谱下的辐射信息、假定发射率和波长关系模型及理
论计算，得到温度和光谱发射率数据。[18]
1.2 半透明材料光谱辐射率测量方法研究现状
由现有的文献材料可知，半透明材料的光谱辐射率与多个因素有关。J.manara 等人的研
究中指出，材料表面结构以及其致密程度对其辐射率有较大影响[3]
。因此，对于材料表面进
行热处理会影响材料的透过率，作为涂层的材料透过率要低于经过热处理步骤的材料。这主
要是因为涂层材料因为有第二层圆柱结构而具有更致密的表面，而经过热处理的材料由于烧
结过程导致表面圆滑。A.Delmsa 以及 L.Robin-Carillon等人[1]
发现，材料内部孔隙形状与个数
也会影响其光谱辐射率。研究分析，材料内部孔隙形状以椭球形为主，由于孔隙的存在，材料内部的热发散增强，则材料光谱辐射率增大。
另外，半透明材料的厚度也对其在高温环境下的光谱辐射率有影响。
从而，半透明材料光谱辐射率测量具有一定的挑战，特别是在高温条件下，背景辐射的
影响等影响因素增加了测量的难度。通常而言，根据发射率的获得方式不同，光谱辐射率的
测量方法分为间接法与直接法。
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