课件:材料物理性能第四章材料的光学性能.ppt

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I — 为光束通过厚度为x的试件后,由于散射在光前进方向上的剩余强度, S —散射系数,与散射质点的大小、数量以及散射质点与基体的相对折射率等因素有关,见图4.6。其单位为 。 当光的波长约等于散射质点的直径时,出现散射的峰值。 如果将吸收定律与散射规律的式子统一起来,则: 从图4.6中可以看出,曲线由左右两条不同形状的曲线所组成,各自有着不同的规律。当 时,则随着d的增加,散射系数S也随之增大;当 时,则随着d的增加,s 反而减小,当 时,s 达最大值。 对于散射,可以认为散射系数正比于散射质点的投影面积: 式中: N—单位体积内的散射质点数; R —散射质点的平均半径; K—散射因素,取决于基体与质点的相对折射率。 设散射质点体积 ,则 故 由上式可知, 时,R越小,V越大,则S愈大,这符合实验规律。当 时,此时散射系数。 总之,不管在上述哪种情况下,散射质点的折射率与基体的折射率相差越大,将产生越严重的散射。 三、材料的透光性 光通过厚度为x的透明陶瓷片时,各种光能的损失见图4.7所示。强度为I0的光束垂直地入射到陶瓷左表面,由于陶瓷片与左侧介质之间存在相对折射 ,因而在表面上有反射损失①: L①= 透进材料中的光强度为: 这一部分光能穿过厚度为x的材料后,又消耗于吸收损失②和散射损失③。到达材料后表面时,光强度剩下 。 再经过表面,一部分光能反射进材料内部,其数量为 L④= 另一部分传至右侧空间,其光强度为 显然 才是真正的透光率。 影响材料透过率的因素有: 1.吸收系数 对于陶瓷、玻璃等电介质材料,其吸收率或吸收系 数α在可见光范围内是比较低的,见图4.4所示。 2.反射系数 材料对周围环境的相对折射率大,反射损失也大。 3.散射系数 这一因素最影响陶瓷材料的透光率。 ① 材料宏观及显微缺陷 ② 晶粒排列方向 ③ 气孔引起的散射损失 四、提高材料透光性的措施 1.提高原材料纯度 2.掺加外加剂 目的是降低材料的气孔率,气孔由于相对折射率的 关系,其影响程度远大于杂质等其它结构因素。 3.工艺措施 采取热压法比普通烧结法更便于排除气孔,因而是获得透明陶瓷较为有效的工艺,热等静压法效果更好。 第三节 界面反射和光泽 一、镜反射和漫反射 当光的反射是指材料表面光洁度非常高的情况下的反射,反射光线具有明确的方向性,一般称之为镜反射。 陶瓷中大多数表面并不是十分光滑的,因此当光照射到粗糙不平的材料表面上时,发生相当的漫反射,其原因是材料表面粗糙,在局部地方的入射角参差不一,反射光的方向也各式各样。材料表面愈粗糙,镜反射所占的能量分数愈小。如图4.8 二、光泽 要对光泽下个精确定义是很困难的,但它与镜反射和漫反射的相对含量密切相关。已经发现表面光泽与镜反射光带的宽度和它的强度有密切关系。这些因素主要由折射率和表面光洁度决定。 为了获得高的表面光泽,需要材料表面形成完整的光滑表面。为了减少表面光泽,可以采取低折射率的玻璃相或增加表面粗糙度,例如采用研磨或喷砂的方法,表面化学腐蚀的方法以及由悬浮液或气相沉淀一层细粒材料的方法产生粗糙表面。 第四节 不透明性(乳浊)和半透明性 一、不透明性 图4.9所示为釉和玻璃板中小颗粒散射的总效果图。 影响该效果的光学特性有: a.镜反射光的分数(它决定光泽); b.直接透射光的分数; c.入射光漫反射的分数; d.入射光漫透射的分数。 要获得高度乳浊(不透明性),就要求光在达到具有不同光学特性底层之前被漫反射掉。为了有高的半透明性,光应该被散射掉。决定总散射系数从而影响两相系统乳

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