MATLAB耐高温陶瓷材料辐射率测量试验研究(2)
q 辐射热流密度,
T 温度，K
w 光谱散照率（消光系数）
吸收率
反射率
折射率
透过率
玻尔兹曼常数
辐射率（辐射率）
光谱衰减系数,
光谱吸收系数,
光谱散射系数,
光谱光学厚度
1 引言
1.1 课题研究背景及意义
高温结构陶瓷由纯净的硅、铝、氧等元素化合物的极细粉末烧结制成，其种类较
多，如碳化硅、氧化铝、氧化硅、氧化锆等。此类陶瓷耐腐蚀，耐高温，硬度和强度
均很高，且具备其他优良特性，如硅基陶瓷（氧化硅、碳化硅）具有极强的高氧化能
力和耐热震性；氧化错陶瓷在已知的材料之中具有最大韧性，因而被广泛应用，如飞
机、坦克的燃气轮机、发动机、核聚变反应堆内壁、导弹和火箭的喷管喉部与端头、
磁流体发电导管、航天飞机外层的绝热瓦等[1]
。
其中，陶瓷热障涂层是一种非常重要的应用。热障涂层是一层陶瓷涂层，其沉积
在超合金或耐高温金属的表面，对于基底材料起到隔热、降低基底温度的作用，使得
用此材料制成的器件能在高温环境下运行，并且能够提高器件（如发动机）热效率至
60%以上。
耐高温结构陶瓷多具有半透明与多孔特性。多孔介质定义为由固体物质组成的骨
架以及骨架间微小的空隙中充满的流体而组成的多相物体[2]
。以烧结二氧化钴和等离
子喷涂三氧化二铝为例说明多孔介质结构，作为表征材料表面辐射特征的热力学重要物理量，陶瓷热障涂层材料的辐射率对
于原件制作材料选择，以及高温下的工业热设计起到至关重要的作用，因此其精准测
量是十分必要的。耐高温结构陶瓷常具有半透明、多孔等特点，使其测量与一般材料
的测量方法有所不同。
1.2 耐高温陶瓷材料辐射率测量研究概况
1.2.1 国外研究现状 国外对材料辐射率测量的实验研究开展较早，持续时间较长，理论数据、实验数
据等资料相对完善，技术相对成熟。近 30 年来，辐射率测量由于和空间技术、红外
技术、能源工程、低温工程紧密结合，发展非常迅速，测量结果已在航天、建筑、地
质、医学等多个领域得到应用。研究者们针对各自的需求，依据不同原理，提出了多
种辐射率测量方法和装置，对具体材料的辐射特性进行了研究，并建立了与材料辐射
特性相关的数据库。
辐射率的测量方法和测试装置有很多，分类方法也不统一。有人从工作原理上分
成反射率法、卡计法、辐射计法，有人分为热学法和光学法，有人分为量热法、反射
法、能量法；有人从工作用途上分类，如分类为标准测试设备、测试设备和检测设备等[3]。
但是，由于材料辐射率与表面状况、材料组分、测试波长、温度、以及测量角度
等多种因素有关，利用不同方法测量所得结果的精度与重复性并不十分理想。对于耐
高温结构陶瓷材料，以陶瓷热障涂层材料为例，在只考虑陶瓷层中导热的情况下，许
多之前的研究，如在 R. Lopes[4]等人所做的研究中，研究者假设其为不透明材料。忽
略其半透明特性必然会导致相应误差，因此文献中找到类似材料的辐射特性描述仍呈