冷屏超低温发射率实验研讨

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1基于傅里叶红外光谱仪的测量方案

进行材料红外光谱发射率测试技术的方法很多，其工作原理和技术特点也有很大差异。根据不同的测试原理，通常将发射率测量方法分为量热法、反射率法、辐射能量法和多波长测量法等。但从总的发展趋势和实用效果角度讲，基于傅里叶红外光谱仪的材料红外光谱发射率测试装置代表了这项技术的最高水准［4］。

对于使用反射法进行材料的发射率测量，傅立叶变换红外光谱仪﹙工作原理图1﹚中，其低温反射附件，适用于低于室温下的反射光谱，可以在室温到77K﹙液氮温度﹚范围内和近正入射条件下测量红外、远红外反射光谱，并与同温度下黑体的辐射出射度卷积计算，获得材料在该温度下的红外发射率。

2参考金镜

本文中，选用红外高反射率的金镜作为参考样品，如图2所示。首先测量出金镜在室温300K时的红外发射率，然后使用傅立叶变换红外光谱仪及镜反射附件﹙如图3所示﹚，测量参考金镜在室温下的光谱反射曲线，作为参考标准。然后更换变温反射附件，分别测量参考金镜和各个样品在不同温度下的红外干涉图谱，与室温下参考金镜的反射谱相比较，转换各样品在各温度点的光谱反射率，进而计算出相应的发射率值。金镜在室温下发射率平均为0.03，其镜反射光谱图如图4所示。3.3样件制作根据傅立叶变换红外光谱仪测试要求，样件尺寸均为Ф16×2mm，其中1#、2#样件为不锈钢表面镀银件。银层厚度1#为5~6μm，2#为8~9μm，3#样件为不锈钢表面抛光件﹙粗糙度Ra1.6﹚，样件如图5所示。

3实验结果及结论分析

三个样件分别于五个测试温度点下的光谱反射图谱如图6所示。由结果可以看出1#和2#样品为红外高反射表面，与所用参考金镜的反射接近，因此实验中，系统干扰信号表现较为明显，但由于样品具有极低的发射率，且本方法的测量精度为±0.01，测试误差≤0.01，因此，测试结果仍具有一定参考性。试验结果显示，镀银不锈钢表面的低温发射率远远低于不锈钢抛光表面，且当镀银厚度达到5μm，在增加银层厚度，对低温发射率几乎没有影响，因此，银层厚度易控制在5μm左右。本实验结果将为大型超导托克马克装置冷屏表面处理工艺方法提供依据。

作者：刘辰 单位：中国科学院等离子体物理研究所