填料近表層分布對紅外隱身涂層發射率的影響

周玉雪,任培旗,張文杰,劉林華

(山東大學 能源與動力工程學院,山東 濟南 250061)

顆粒摻雜型涂層由于其良好的機械性能、抗老化性能及經濟性能在紅外隱身和輻射制冷等領域得到了廣泛應用[1]。這類涂層多通過在高紅外透明粘結劑中摻雜鋁、銅等高紅外反射性填料顆粒后涂敷于裝備表面[2],其表觀發射率通常通過求解彌散介質內輻射傳輸方程的方法進行理論預測。此類方法一般將涂層視為由填料顆粒均勻分布在粘結劑中形成的各向同性彌散性介質,由Mie散射理論或幾何光學方法計算得到單個顆粒的吸收和散射特性,然后根據體積分數線性求和得到彌散介質的等效吸收和散射特性,進而通過二流法求解介質中的輻射傳輸過程。例如,Liu等[3]利用Kubelka-Munk理論(K-M理論)和Mie散射模型求解了顏料顆粒濃度不高時涂層的輻射傳遞方程,研究了涂層發射率與顆粒半徑以及涂層厚度之間的關系;Chen等[4]采用擴展的幾何學方法,計算了水平取向金屬薄片顆粒的吸收和散射截面,并用K-M理論計算了含片狀顆粒的涂層發射率,討論了涂層發射率與顆粒的半徑、厚度、濃度和涂層厚度之間的關系。

然而,在涂層的實際制備過程中,由于重力、浮力,以及表面張力等因素的共同作用,填料顆粒在涂層中往往出現漂浮、沉積等空間非均勻分布[7]。一些學者在實驗和理論上研究了空間非均勻分布對涂層表觀發射率的影響。例如,Ateia等[8]以及Wang等分別使用漂浮型片狀Cu顆粒和片狀CeO2顆粒為填料制備了紅外隱身涂層,其研究結果表明顆粒的漂浮性對涂層的輻射特性具有顯著影響。……