薄膜半球发射率测量仪.doc

薄膜半球发射率测量仪一用途：用稳态量热法测量内管上所镀薄膜在一定温度下的发射率，作为重要的产品指标。二基本原理：在一个内壁涂黑的真空冷壁腔体内，对平面状的小块薄膜样品进行加热，当温度达到稳定时，根据基尔霍夫定律，能量守恒，存在等式：样品对腔体的辐射量=腔体对样品的辐射量+样品加热功率根据这个基本关系式，可以推导出样品在该温度下的半球发射率H=WAT14-T24其中，W为外部加热功率，为斯特潘波尔兹曼常数，A为样品表面的面积，T1和T2分别为样品和真空室内壁温度。另外，所测得的发射率实际是薄膜及其不锈钢基底共同产生的发射率，因此，要得到薄膜的发射率，必须单独测出不锈钢基底的发射率，然后扣除。铜电极、热电偶所带走的热量在可能的情况下也需要计算扣除。如果样品无法达到处处均温，计算时还需要根据温度梯度进行修正。三构成：1.真空室：真空室由两个同心钟罩和一个底座组成，整体横置固定于台面上。外罩为真空密封作用，内罩为热沉，底座为带手轮的铰链门。热沉由紫铜制成，外壁有通水蛇形冷却管，可使内壁恒温，进出水管从真空室顶部通入。热沉内壁喷砂处理后涂上无光黑漆，黑漆的半球发射率大于0.9。内罩由圆柱和半球两部分组成，圆柱高约10cm，内径约40cm，半球内径40cm，两者平滑衔接。真空室底座中央区域伸出两根f10的铜电极，长约10cm，周围用三层绝热屏包围起来，最外一层与测量的样品共面，以防止测量时高温的材料以及发热的铜电极向非测量区域（真空室的圆柱部分）辐射热量。绝热屏需固定在真空室底座上，并确保底座打开和关闭时不与真空室内其它物体碰擦。真空室由氟胶圈密封。2.样品：不锈钢基底以及表面的膜系。平面，25mm25mm3mm。平面状样品可以通过镀膜时加入陪片的办法来获得。不锈钢基底一对角线两端有耳，耳上打孔，测量时用来固定在铜电极上，使样品处于真空室中央。3.加热系统：通过对不锈钢基底通电的方式加热。铜电极与不锈钢基底之间尽量减少接触电阻以免热量损失。电极长度约10cm从真空室底部伸出，顶部通过螺钉来固定在不锈钢样品预留的孔上。整个加热系统外围（样品平面以下的部分）需要用隔热材料包围，以减少其对真空室内壁的热量辐射。加热电源为1V，300A的交流变压器，并配备调压器。4.测温装置：测量样品温度用铠装热电偶，工作在400500，需要两个，从真空室底座（即铰链门）伸出，顶在样品背面中心/边缘位置。测量热沉温度用PT100热电偶，需三个，分别与热沉外表面三个位置接触，钎焊固定，导线从真空室顶部伸出。两组热电偶各用一个表头。5.测加热功率：测出两个铜电极上的电压和电流来计算功率。6.真空泵组：分子泵（现有）和机械泵各一台。真空室下方开口连接到工作台面下方的泵组系统，分子泵，机械泵。真空室侧面开孔，安装电阻规和角阀。真空室上方开孔，安装电离规。7.工作台：现有工作台。8.其它：水源、数据采集和控制系统。技术要求1 真空度：30min内达到优于10-3Pa，工作压强1.310-3Pa。极限真空度优于10-4Pa。抽真空前通入氮气（99.99%），防止以后加热时样品氧化。2 温度：真空度达到后，使待测样品温度均匀上升，升温速率10/分钟，能在400450保温60min。最高温度500。测温精度1。3 测量与控制：样品表面分布2个测温点，温度差不超过5。用PLC控制和记录加热功率，并根据反馈信号进行调节，使样品温度稳定。热沉表面温度监测，要求正常测量时每个点温度波动不超过2。计算机实时采集记录数据，计算发射率。工作操作步骤1. 检查电路：保证电路通畅以及电源供应的稳定；检查水路：保证冷却水洁净、温度正常、水量充足、水压稳定；2. 手动打开放气阀，气压平衡后，打开手轮，拉开真空室门。将样品装入，通过螺丝固定在铜电极上。将热电偶固定在样品上，中心和边缘各一个。关闭真空室门，手轮拧紧。热沉冷却水路打开，分子泵水路打开。3. 放气阀关闭。打开机械泵，打开真空计。待电阻规示数达到10Pa以内，打开分子泵精抽。4. 待电离规示数进入10-4Pa，开始向铜电极通电，缓慢调节调压器，逐步增大加热电源电压，使样品热电偶温度示数稳步上升，并在所需的温度点（例如200，300，400等）稳定一段时间，记录样品温度、内罩温度、加热电流和电压。5. 测量结束后，关闭加热电源，关闭分子泵，关闭机械泵。待样品温度下降到1