Emissivität von Werkstoffen

Emissivität (ε) beschreibt die Fähigkeit einer realen Oberfläche, thermische Strahlung im Vergleich zu einem idealen schwarzen Körper gleicher Temperatur abzugeben. Sie ist definitionsgemäß das Verhältnis der emittierten Strahlungsleistung einer Oberfläche zur Strahlungsleistung eines Schwarzen Körpers und nimmt Werte zwischen 0 und 1 an.

Fundamental basiert Emissivität auf der Planck’schen Strahlungstheorie und ist eng mit der spektralen Verteilung der Strahlung verknüpft. Man unterscheidet die spektrale Emissivität ε(λ,T), die von Wellenlänge λ und Temperatur T abhängt, und die daraus integrierte hemisphärische Gesamt‑Emissivität. Für viele technische Anwendungen – etwa bei Infrarot-Pyrometrie oder thermischen Beschichtungen – ist insbesondere die Emissivität im infraroten Wellenlängenbereich („Infrarot-Emissivität“) entscheidend, da dort die Mehrheit der Wärmestrahlung bei typischen Einsatztemperaturen liegt.

Emissivität ist über das Kirchhoffsche Strahlungsgesetz direkt mit der Absorptivität verknüpft: Für einen Körper im thermischen Gleichgewicht gilt ε(λ,T) = α(λ,T). Damit bestimmen mikrostrukturelle Merkmale (Rauheit, Porosität, Phasenverteilung) sowie elektronische und phononische Übergänge (Metalle vs. Keramiken, Halbleiter) maßgeblich die Emissivität. Polierte Metalle zeigen typischerweise sehr geringe Emissivitäten (<0,1), oxidierte oder keramische Oberflächen deutlich höhere Werte (>0,8).

In der Werkstoffentwicklung wird die Emissivität gezielt eingestellt, um Wärmeverluste zu minimieren (niedrige Emissivität, z.B. „Low‑E“-Schichten) oder Wärmestrahlung effizient abzuführen (hohe Emissivität, z.B. schwarze Keramiken, thermische Barriereschichten mit angepasster Oberflächenchemie). Präzise Kenntnis der Emissivität ist daher unerlässlich für thermische Auslegung, numerische Simulation von Strahlungswärmetransport sowie die zerstörungsfreie Temperaturmessung.

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