铜光谱发射率特性研究

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铜作为一种重要的金属,在社会生产中被普遍应用。近年来,随着我国制造水平的提升,不同行业对于铜的品质要求变得更高。单一的铜金属的性质无法满足各行各业地需求,研究人员往往会对铜掺杂不同的金属,得到具有不同的性质的铜合金。在金属材料的冶炼和加工过程中,温度是一个重要的参数,通过精确测量和控制温度来得到高性能合金材料是工业过程中最关键的一个因素。在金属冶炼过程中,由于金属往往处于运动状态,目前常用辐射测温仪来测量目标的温度,而辐射测温的精度在很大程度上受制于发射率。发射率是与材料本身特性相关的热物性参数,是一个随温度、波长、掺杂等因素变化的变量。因此为了提高铜冶炼的质量,精确测量其发射率数据变得刻不容缓。本文通过实验室自建的发射率测量装置,对四种不同掺杂成分的铜合金的发射率进行了全面的测量与研究。  本文第一章重点介绍了当前国内外学者对铜发射率的相关研究,并对存在的问题进行了阐述,提出了本文的研究目的。  本文第二章对基本的红外辐射原理以及常用的红外辐射测量仪器进行了介绍,并对傅里叶红外光谱仪的先进性进行了阐述,着重对本实验室自建的傅里叶红外光谱发射率测量装置的结构通过图示做出说明,并解释了本次实验的测量原理和计算方法。  本文第三章通过对四个具有不同表面粗糙形貌的紫铜样品的测量,探究了表面粗糙度,温度和波长对样品发射率分布带来的变化。通过对测量结果的计算处理得到了样品在温度范围473K到973K和波长范围3-20μmm的发射率数据。数据表明,发射率的变化与温度和波长密切相关,并且二者带来的影响有着相互作用。结果也证实了表面粗糙度作为一种参量,对样品的发射率的影响也是显著的。随着粗糙度的增大,样品的发射率也变的更大,这一现象在四组样品中保持一致。为了进一步解释表面粗糙度与材料发射率之间的关联,Agababov提出了一种粗糙度系数。将实验测量得到的数据代入验证,得到了不错的分布结果。并且为了获得更匹配的关系模型,我们对该参数进行了修正,使该参数能够更清楚的表达表面粗糙度与材料发射率的关系。  第四章通过对黄铜,铍铜,钨铜三种铜合金样品氧化前后发射率的测量探究了不同掺杂金属对铜发射率的影响。结果表明,三种铜合金在未氧化的情况下,光谱发射率在不同波长的情况下分布基本保持一致。在氧化的条件下,三种铜样品因为表面氧化膜的生成,发射率都发生了变化,并呈现明显增大的趋势。但是三种材料的氧化过程并不同。三种材料当中,钨铜的氧化现象最为剧烈,发射率震荡也最为明显。根据实验后,样品表面生成物质的颜色判断,这种情况的发生是因为,合成材料的不同,导致氧化过程存在差异,生成的氧化膜物质成分不一样,氧化膜的厚度也不相等。而氧化膜又会使金属的辐射发生透射反射以及薄膜干涉作用,引起了三种铜合金材料发射率的分布差异。  第五章利用自建的方向发射率测量装置探究了方向对紫铜样品的发射率的影响。测量了紫铜在573K时,波长范围3-20μm,角度范围0°到80°的方向发射率。结果表明方向的改变对材料的光谱发射率有一定的影响。
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