[发明专利]金属氧化层高温光学常数测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属氧化层高温光学常数测量方法，适用于测量多种金属氧化物在高温状态下的光学常数，以表征氧化金属的高温辐射特性。

背景技术

材料光学常数是表征材料辐射光学特性的重要物理参数，光学常数主要包括吸收系数α、折射率n、消光系数k等。随着薄膜材料在高新技术领域中的广泛应用，薄膜材料光学参数的准确测量在薄膜制备和特性表征方面有着重要的需求，而以薄膜材料为代表的光学常数测量方法与技术也正不断的被许多科研人员在不断研究完善与应用中，例如光谱法、椭偏法。光谱法主要是基于光的干涉理论，通过测量薄膜干涉的光谱特性来计算分析光学常数与薄膜厚度；椭偏法是基于反射光的偏振态特征，计算分析光学常数。这两种代表性的方法目前均已有较成熟的商业设备在广泛应用中。

目前，能源动力、航空航天等高新技术领域对于材料的高温应用提出了迫切需求，而氧化现象常见于金属材料高温应用过程中，因此，如何表征具有不同氧化状态金属材料的高温辐射特性是基本而重要的研究课题。氧化金属主要是由金属基底和金属氧化层两部分组成的，金属氧化层具有薄膜的特点，金属氧化层的光学常数则是表征氧化金属材料高温辐射特性的基本参数。

现有的光谱法、椭偏法虽然能够应用于氧化层的光学常数测量，但仍有一些局限性：

（1）现有的成熟商业设备通常基于干涉法或是椭偏法（例如椭偏仪）测量干涉光谱信息或是反射光谱信息来反演计算光学常数，难以实现500℃以上高温金属氧化层光学常数的测量，因为商业设备中一般仅提供非真空实验环境，非真空实验环境下往往使高温金属氧化层状态不稳，因此造成较大的测试误差，且难以实现更高温度的稳定加热。

（2）光谱法和椭偏法虽然能够测量金属氧化层的常温光学常数，但是对材料的要求较高，通常要求样品较薄以适合于理论计算，因而当金属氧化层较厚时，基于干涉的光谱法和基于偏振的椭偏法均存在较大的测量误差，且计算较为复杂。

总之，现有光学常数测量方法难以测量500℃以上金属氧化层的光学常数，也难以简单准确测量较厚金属氧化层的光学常数。因此，针对于现有光学常数测量方法的研究与应用现状，有必要建立新型金属氧化层高温光学常数测量方法，解决500℃以上金属氧化层光学常数测量，为氧化金属高温辐射特性的表征与应用提供基础数据。

发明内容

（一）要解决的技术问题

本发明的目的是提供一种金属氧化层高温光学常数测量方法，以克服现有技术难以测量500℃以上金属氧化层光学常数的缺陷。

本发明进一步解决了现有技术无法简单准确测量具有较厚金属氧化层的光学常数的缺陷。

（二）技术方案

为达上述目的，本发明提供一种金属氧化层高温光学常数测量方法，包括以下步骤：

S1、提供多份具有不同厚度金属氧化层的氧化金属样品，分别测量多份氧化金属样品的金属氧化层的厚度；

S2、利用高温光谱发射率测量实验台，在真空环境下分别测量每份氧化金属样品的法向光谱发射率；

S3、根据各氧化金属样品的法向发射率，建立光学常数数学模型，并以此计算出氧化金属样品的金属氧化层的光学常数。

其中，还包括制备表面特性一致的多份同种金属样品；然后在相同的温度下分别进行有时长差的氧化处理，得到多份具有不同厚度金属氧化层的氧化金属样品的步骤。

其中，所述金属样品在空气氛围高温加热炉内进行氧化处理。

其中，所述高温光谱发射率测量实验台具有真空腔作为实验腔体，所述真空腔内设有样品支架、高温石墨辐射加热器和样品温控单元；

所述样品支架用于固定氧化金属样品，所述高温石墨辐射加热器对氧化金属样品进行加热；所述样品温控单元通过控制高温石墨辐射加热器对氧化金属样品进行加热。

其中，所述真空腔外壁上设有光学窗口，光谱辐射仪通过所述光学窗口进行样品光谱辐射强度测量，进而获得稳定温度状态下的样品光谱发射率数据。

其中，还包括：将待测氧化金属样品放置于所述样品支架上，通过所述高温石墨辐射加热器对氧化金属样品加热，所述样品温控单元实时测量氧化金属样品的温度，通过温度信息反馈控制调整高温石墨辐射加热器的加热功率，以使样品加热到所需的稳定温度状态，进而通过光谱辐射仪测量样品光谱辐射强度，以获得稳定温度状态下的样品光谱发射率数据。