An improved apparatus for measuring the spectral directional emissivity in the wavelength range between 1 µm and 20 µm at temperatures up to 2400 K is presented in this paper. As a heating unit an inductor is used to warm up the specimen, as well as the blackbody reference to the specified temperatures. The heating unit is placed in a double-walled vacuum vessel. A defined temperature, as well as a homogenous temperature distribution of the whole surrounding is ensured by a heat transfer fluid flowing through the gap of the double-walled vessel. Additionally, the surrounding is coated with a high-emitting paint and serves as blackbody-like surrounding to ensure defined boundary conditions. For measuring the spectral directional emissivity at different emission angles, a movable mirror is installed in front of the specimen, which can be adjusted by a rotatable arrangement guiding the emitted radiation into the attached FTIR-spectrometer. The setup of the emissivity measurement apparatus (EMMA) and the measurement procedure are introduced, and the derived measurement results are presented. For evaluating the apparatus, measurements were performed on different materials. The determined emissivities agree well with values published in literature within the derived relative uncertainties below 4% for most wavelengths.

The addition of opacifiers in foams considerably reduces the radiative thermal conductivity and consequently enhances the insulation performance of the foams. In this work two different methods were developed to calculate the spectral specific extinction coefficient of opacified extruded polystyrene (XPS) foam material. Cell morphology and thermal conductivity of two identical XPS-foams, one opacified with 3 wt% carbon black as opacifier and one without opacifier, were thoroughly characterized. The experimental results were in a good agreement with the theoretical results obtained from two different computing techniques. These methods allow a good prediction of the specific extinction coefficient of arbitrary opacified foam material.

Zusammenfassung: Die Effizienzsteigerung moderner Gasturbinen erfordert die stetige Anhebung der Betriebstemperatur. Die derzeitigen Brenngastemperaturen liegen mit über 1400 °C signifikant über der kritischen Temperatur der verwendeten Turbinenstähle. Zur Gewährleistung der Betriebssicherheit werden die Turbinenschaufeln neben Aktivkühlung durch Beschichtung mit thermischen Schutzschichten, sogenannten thermal barrier coatings (TBC), geschützt. Da es sich bei den TBC um Keramikschichten handelt, ist für die Erhöhung der Haftfestigkeit das Aufbringen eines Haftvermittlers (Verbindungsschicht) notwendig. Da die Eigenschaften dünner Schichten stark von den Eigenschaften des Bulkmaterials abweichen können und zudem von der Herstellungsmethode beeinflusst werden, ist eine Untersuchung der thermischen und infrarot-optischen Eigenschaften der tatsächlichen Schichtstrukturen unumgänglich, insbesondere im Hochtemperaturbereich. Hierfür wurden Proben des reinen Trägerstahls, des Trägerstahls mit Haftvermittlerschicht und des kompletten Schichtsystems aus Trägerstahl, Haftvermittlerschicht und Wärmedämmschicht verschiedener Dicken hergestellt und mittels Laser-Flash-Methode untersucht. Die Auswertung erfolgte dabei analytisch, ausgehend von der Trägerstahl-Einschichtprobe, über die Zweischicht- und Dreischichtsysteme. Vervollständigt wurden diese Untersuchungen durch infrarot-optische Charakterisierungen, mit denen sich die Wärmeausbreitung durch die Schichtsysteme beschreiben lässt. Zusammen mit den Laser-Flash Messungen erlaubt dies eine spätere Quantifizierung der einzelnen, bei Keramiken auftretenden, Wärmetransportmechanismen.