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透明陶瓷粗糙面光散射研究

张文华  
【摘要】:透明陶瓷材料的优势不仅在于它具有较好的透明性,而且耐腐蚀,还能在高温高压下工作,并具有许多其它材料无可比拟的性质。目前国内外对透明陶瓷的研究大多从材料制备工艺和陶瓷的微观结构两方面入手。关于后者主要从陶瓷晶粒大小,气孔,晶界等因素来分析陶瓷的透明度,而且研究的相对成熟,而从陶瓷表面的粗糙度来分析陶瓷材料散射特性的不是很多。 本文从透明陶瓷表面的粗糙度这一影响要素出发,通过对不同粗糙度陶瓷面散射进行数学建模和理论分析,计算得到不同粗糙度陶瓷表面的散射系数表达式,进而分析得到陶瓷表面粗糙度对陶瓷表面散射的影响,对陶瓷透光性提高具有实际的指导意义。 本文首先对透明陶瓷进行了简单的介绍,内容包括透明陶瓷的发展,研究现状以及透明陶瓷的光学性能。接着介绍了描述粗糙面的统计参量和粗糙表面光散射的基本理论。之后详细分析介绍了陶瓷表面粗糙度对陶瓷的透光性的影响,采用微扰近似法研究了透明陶瓷微粗糙面的光散射问题,采用基尔霍夫驻留相位法研究了相对粗糙陶瓷表面的光散射问题,研究内容包括微扰近似法和基尔霍夫驻留相位法的理论分析、数值计算水平极化状态和竖直极化状态下入射角、高度起伏均方根、表面相关长度、入射波长及介电常数对后向散射系数的影响,得到陶瓷表面散射系数的基本特征,结果表明:微粗糙陶瓷表面的后向散射系数一定程度上受到入射角、高度均方根、表面相关长度、入射光波长以及陶瓷材料介电常数的影响,同时相同条件下入射光波的极化状态对陶瓷表面后向散射系数的变化趋势影响不大,而对其幅值具有一定的影响;较大粗糙度陶瓷表面的后向散射系数一定程度上受到入射角、高度均方根、表面相关长度以及陶瓷材料介电常数的影响,而受入射光波长的影响不大,同时相同条件下入射光波的极化状态对陶瓷表面后向散射系数没有影响。


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