研究目的
研究高纯镍在热氧化过程中及完全氧化状态下中红外发射率的演变,包括磁相变的影响,为精确的辐射传热计算提供定量数据。
研究成果
镍的发射率在居里温度处因磁相变而出现斜率变化。氧化过程中,发射率呈现干涉性与单调性混合演变特征,导致总法向发射率呈现非平凡演化规律。完全氧化形成的NiO其发射率特性受声子、双声子及磁振子相互作用影响,具有非线性温度依赖关系。该研究揭示了发射率演变的复杂性,并强调辐射传热应用中精确数据的必要性,同时凸显了即使在不透明层中基底影响的重要性。
研究不足
该研究仅限于高纯度镍及其氧化物,可能无法完全代表工业合金或其他材料。氧化过程在730°C下进行等温处理,不同条件下的结果可能存在差异。发射率测量在低温和长波长下的不确定性会增加。表面粗糙度等因素对发射率的影响尚未深入探讨。
1:实验设计与方法选择:
本研究采用高精度辐射计在受控气氛(氩气和空气)中测量镍和氧化镍的光谱发射率。使用改进的黑体法以避免虚假反射,并通过高温黑体和高等发射率涂层对辐射计进行校准。镍的温度通过热电偶测量,氧化镍的温度则采用克里斯琴森波长法测定。
2:样品选择与数据来源:
使用直径50毫米、厚度3.2毫米的高纯度(99.999%)镍溅射靶材,经机械抛光获得低粗糙度镜面(Ra=0.03微米,Rq=0.04微米)。氧化样品通过X射线衍射、光学显微镜和扫描电子显微镜进行表征。
3:2毫米的高纯度(999%)镍溅射靶材,经机械抛光获得低粗糙度镜面(Ra=03微米,Rq=04微米)。氧化样品通过X射线衍射、光学显微镜和扫描电子显微镜进行表征。 实验设备与材料清单:
3. 实验设备与材料清单:设备包括机械轮廓仪(Mitutoyo SJ201)、X射线衍射仪(X'Pert-Pro)、光学显微镜(Leica DM RXA)、扫描电子显微镜(FEG JEOL JSM-7000F)、高精度HAIRL辐射计、积分球(Bruker A 562-G配Infragold涂层)、K型热电偶,材料包含高纯镍、抛光用氧化铝粉及氩气。
4:1)、X射线衍射仪(X'Pert-Pro)、光学显微镜(Leica DM RXA)、扫描电子显微镜(FEG JEOL JSM-7000F)、高精度HAIRL辐射计、积分球(Bruker A 562-G配Infragold涂层)、K型热电偶,材料包含高纯镍、抛光用氧化铝粉及氩气。 实验流程与操作步骤:
4. 实验流程与操作步骤:样品经抛光后在氩气中200至800°C范围内测量基线发射率,随后在730°C空气中等温氧化33天并动态监测发射率变化。氧化后对氧化镍层进行表征,并在低于其奈尔温度至850°C的氩气环境中测量氧化镍发射率,采集分析光谱与总法向发射率数据。
5:数据分析方法:
通过普朗克函数加权数值积分光谱发射率数据获得总法向发射率,估算不确定度并与文献数据对比。采用X射线衍射和显微技术进行材料表征。
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optical microscope
DM RXA
Leica
Obtaining optical micrographs of the sample surface
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scanning electron microscope
JSM-7000F
FEG JEOL
Taking SEM images with back-scattered electrons
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integrating sphere
A 562-G
Bruker
Measuring reflectivity for Christiansen wavelength determination
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mechanical profilometer
SJ201
Mitutoyo
Measuring surface roughness of the nickel sample
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X-ray diffractometer
X'Pert-Pro
Acquiring X-ray diffraction patterns for material characterization
-
radiometer
HAIRL
University of the Basque Country
Performing directional emissivity measurements in controlled atmospheres
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thermocouple
K-type
Measuring sample temperature for Ni
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