Si指数（通用7篇）
Si指数 篇1
摘要：基于Moran's I指数的空间自相关性测度可以作为经济活动空间关联性的统计分析方法。运用省级、地级的经济增长数据进行实证分析,结果表明:改革开放三十年来,中国省级市区经济增长指标的Moran's I指数表现了明显的变化阶段性。在加入WTO过渡期,中国地级市区经济增长指标的Moran's I指数既表现了一定的纵向变化,又表现了明显的横向差异。
关键词：经济增长,空间关联性,Moran’s I指数,纵向阶段性,横向差异性
一、经济活动空间关联性的统计分析方法:Moran’s I指数
经济活动空间关联性的统计分析逐步受到应有的关注[1~8]。空间统计探索检验方法包括空间直方图、盒子图、分位数图和系列空间自相关指标。最常用的空间自相关指标是Moran指数(Moran,1950)和G系数(Ord&Getis,1995),这里具体只介绍前者。用Moran’s I度量目标变量的空间相关性分为全局指标(global Moran’s I)和局部指标(local Moran’s I),前者用于验证整个研究区域某一要素的空间模式,后者用于分析整个大区域中,局部小区域单元上的某种现象或属性值与相邻局部小区域单元上同一现象或属性值的相关程度。Global Moran’s I的定义是:
Local Moran’s I的定义是:
其中,n是空间单元总数,xi,xj为目标变量x在地区i和j的观测值,x是变量x的平均值。wi j是二元相邻权重矩阵的元素,当地区i和j边界相连接时,wi j的值为1,否则即为0。由I和Ii的公式及二者的关系可知,Local Moran’s I所测量的内容与Global Moran’s I类似,都是变量x在地区i和j的空间相关性。I和Ii的取值在-1~1之间[5]。
Global Moran’s I的统计意义:若各地区间变量x对应的经济行为是空间正相关的,则I的数值应当较大;若负相关则较小。当目标区域数据在空间区位上相似的同时也有相似的属性值时,空间模式整体上就显示出正的空间自相关性且有聚集现象;而当在空间上邻接的目标区域数据不同寻常地具有不相似的属性值时,就呈现为负的空间自相关性;零空间自相关性出现在当属性值的分布与区位数据的分布相互独立的情况。
Local Moran’s I的统计意义:当Ii=0时,表明地区i的属性值xi与所有相邻地区j的属性值xj不相关,地区i的目标变量x对应的经济行为不受相邻地区影响,不存在空间依赖性;当为Ii正值时,表明地区i的属性值xi与所有相邻地区j的属性值xj是正相关关系,有相似的属性;当Ii为负值时,表明地区i的属性值xi与所有相邻地区j的属性值xj是负相关关系。
值得注意的是Local Moran’s I值的总和与Global Moran’s I有一个倍数(r)关系:I=r×Σni=1Ii。Global Moran’s I能描述经济变量整体的空间自相关模式,但不能反映具体各地区的空间依赖情况,或与整体模式不同的地区,而Local Moran’s I为分析各地区的情况提供了信息。另外,标准化的经济变量与空间滞后经济变量的Local Moran散点图(四个象限)还能够显示不同的局部空间关联性。一般地,在空间经济计量建模之前需要检验判断地区间的空间相关存在与否,主要的检验方法包括Moran’s I检验、最大似然LM-Error检验及最大似然LM-Lag检验等空间效应检验来进行(Anselin1988)[9~10]。
二、指标选择、数据来源与Moran’s I指数
为了用Moran’s I指数区域经济增长的自相关性,这里从省级市区和地级市区两个层面选择经济增长指标。省级市区经济增长的指标包括1978—2007年国内生产总值GDP、第三产业国内生产总值GDP3和人均国内生产总值GDPP,地级市区经济增长的指标包括2000—2006年人均国内生产总值GDPP和人均国内生产总值的自然对数Ln GDPP。数据来源于《新中国五十五年统计资料汇编1949—2004》、《中国统计年鉴2006—2008》和《中国区域经济统计年鉴2001—2007》。Moran’s I指数用Geoda095i空间统计软件进行计算,空间权重矩阵选取一阶的空间邻近权重(Contiguity Weight)矩阵。
(一)1978—2007年省级市区经济增长的Moran’s I指数
1978—2007年省级市区GDP、GDP3和GDPP的Moran’s I指数分别用GDP_MI、GDP3_MI和GDPP_MI表示,计算结果如表1所示,趋势变化如图1所示。表1中的Moran’s I指数如果在区间[0.10,0.20]、[0.20,0.40]和[0.40,0.50],统计显著性检验就分别达到0.10、0.05、0.01的水平。
(二)2000—2006年地级市区经济增长的Moran’s I指数
2000—2006年地级市区人均国内生产总值GDPP和人均国内生产总值自然对数Ln GDPP的Moran’s I指数可进行全国整体与分地带的计算。其中,考虑到行政区划的变动,地级市区的样本数分别为:全国31省市区336个,东北3省36个,东部10省市87个,中部6省82个,西部12省区131个。Moran’s I指数的计算结果如表2所示。
三、区域经济增长的空间关联性分析
区域分工演进推动了经济活动的区域聚集和空间关联,对这一过程的深入理解可以从区域经济增长的空间自相关性方面进行定量分析。
改革开放三十年来,中国省级市区经济增长的Moran’s I指数明显表现了变化的阶段性。Moran’s I指数GDP_MI、GDP3_MI和GDPP_MI都有长期增大和短期波动的现象,从图1可以直观地看到比较短的和比较长的波动周期,如果按照三个阶段划分,那么可以表现为1978—1991年、1991—2003年和2003—2007年这三个较长的波动周期。回顾几十年的历程,这与重大的经济发展战略与政策的实施基本一致。例如,在20世纪90年代开始推进社会主义市场化进程、深化城市改革,在新世纪初全面推进区域统筹协调发展、加入世界贸易组织推进经济国际化。当然,其中也能够折射国际政治、经济形势变动的影响。值得注意的是,Moran’s I指数GDP_MI、GDP3_MI的变动基本上是同步的,而且1995—2003年间GDP3_MI大于GDP_MI。GDPP_MI的长期增大趋势最为明显,1986年首次赶上GDP3_MI,在1986—1995年间紧跟GDP3_MI,到了1996—2003年间有一个高位回落和上升的过程,最终在2004年明显超过GDP_MI、GDP3_MI两者。
在加入WTO过渡期,中国地级市区经济增长的Moran’s I指数既表现了一定的纵向变化,又表现了明显的横向差异。这里Moran’s I指数的纵向变化(普遍增大)是非常明显的,恕不赘述。下面就Moran’s I指数的横向差异予以简要分析。虽然Moran’s I指数的计算受到样本大小的影响,但是从地级市区样本大小相近的东部10省市(87个)和中部6省(82个)两大地带来看,人均国内生产总值GDPP和人均国内生产总值自然对数Ln GDPP的Moran’s I指数都是东部10省市远远大于中部6省。而且,尽管西部12省区有131个地级市区,对应经济增长指标的Moran’s I指数都比东部10省市的要小一些。另外,东北3省36个地级市区经济增长指标的Moran’s I指数除了Ln GDPP在2003—2005年大于中部6省以外,其余情况的Moran’s I指数横向来看都是最小的,这恰好显示了用Moran’s I指数测度经济活动空间关联性的优越性和局限性。总之,经济发达的地带经济增长的空间关联性明显要强于经济欠发达的地带。
基于以上分析可以看出,深入进行区域经济活动空间关联性的定量分析,既能够为时空特征整合的经济统计建模提供方法支持,又能够为全面推进区域经济协调发展、协同演进提供决策的数据支持,具有一定的理论意义和实践价值。
参考文献
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Si指数 篇2
近年来, 硅基纳米薄膜因为其稳定性好, 受热及外界化学气氛影响小, 作为基质的SiO2薄膜在硅器件和集成电路工艺中有着极其广泛的应用而一直受到广大研究者的关注[1,2]。据报道用富硅二氧化硅薄膜作为不挥发器件的电子注入层, 可以大幅提高电子注入效率、降低工作电压、延长使用寿命[3]。作为功率器件及集成电路的电压缓冲层, 它能够大大降低冲击电压对器件的破坏[4]。因此, 作为一种新型的硅基材料, 含纳米硅的二氧化硅在光电子学和微电子学中有非常广泛的应用前景, 而对其电学特性的了解将会对优化材料的制备工艺和应用条件产生重大意义。
笔者用射频磁控溅射法制备了Au/ (Si/SiO2) /p-Si结构的薄膜, 在室温下测定了薄膜的I-V特性曲线, 并结合相关的理论对其电学特性进行了定性研究。
2 实验
制备样品衬底是电阻率为8～11Ω·cm, [100]晶向p型硅单晶, Si衬底在装入淀积室之前, 进行表面化学清洁处理。将硅衬底在热的H2SO4∶H2O2 (1∶4) 溶液中煮10min, 以去除硅片表面的金属离子和其它杂质, 然后用去离子水充分冲洗后, 在稀释的HF溶液 (HF∶H2O=1∶20) 中浸泡20s, 去除表面的氧化层, 并用N2吹干。在背面蒸上铝, 并在530℃, N2气氛下退火, 以形成良好的欧姆接触。然后在JS-450型溅射系统中, 采用射频 (13.56MHz) 磁控溅射双靶交替淀积的方法在硅片的正面生长一层厚度约为8nm (厚度是用台阶仪精确测定的) 的含纳米硅的二氧化硅薄膜, 溅射前系统的真空度为5×10–5Pa, 充Ar气氛的压强为2Pa, 两个交替溅射靶分别为纯SiO2靶和高纯多晶Si靶。最后在氧化硅薄膜上面溅射一层半透明的Au膜以形成电极。这样就制成了Au/ (Si/SiO2) /p-Si结构的样品, 管芯的直径是1.5mm。
3 结果与讨论
图1是样品在室温下的电流-电压特性, 插图给出了电流对数-电压 (lnI-V) 曲线。由图可见, 在施加较低正向偏压时 (p-Si接正, Au电极接负) , 随电压增大, 样品的电流线性增大。当施加较高偏压后, 样品电流随电压指数式增大。在反向偏压下, 样品随电压的增大, 反向电流呈线性增大, 但变化并不明显。样品表现出很好的整流特性。从插图lnI-V关系曲线可见, 随着正向偏压的增大, 曲线弯向电压轴, 这是由于富硅氧化硅层串联电阻Rs所造成的电压降所致, 因此 (Si/SiO2) /p-Si接触的正向导通电流密度J可以近似地表示为[5]。
J=J0[exp (q (V-AeJRs) /nkT) -1] (1)
其中J是电流密度, V是样品的电压降, Ae是Au电极的面积, q是电子电荷, n是理想因子, k是玻尔兹曼常数, T是绝对温度, Rs是样品的串联电阻, 由实验数据分析可知, Rs不是常数。
Au/ (Si/SiO2) /p-Si结构的样品具有很好的整流特性, 表明在 (Si/SiO2) /p-Si附近存在一个势垒, 或形成 (Si/SiO2) /p-Si异质结。由于Au和 (Si/SiO2) 接触是欧姆接触, 在Au和 (Si/SiO2) 界面不存在或只存在很小的接触势垒。这就意味着在Au/ (Si/SiO2) /p-Si结构中, 起整流作用的势垒存在于 (Si/SiO2) /p-Si界面附近。由于介质氧化层的存在, (Si/SiO2) /p-Si异质结中扩散电流和热激发电流是主要的, 而隧穿电流是次要的[6,7]。
我们引进如图2所示的 (Si/SiO2) /p-Si结构能带模型分析其整流特性。图中符号的下标“1”和“2”分别表示富硅氧化硅和P型硅, EC、EV、EF分别表示能带的导带底、价带顶及费米能级, △EC和△EV分别表示P型硅和富硅氧化硅导带底的差以及价带顶的差, qVb1和qVb2分别表示富硅氧化硅和P型硅的表面势垒。此图为未计及界面电子态影响的富硅氧化硅和P型硅的理想能带图。由图可见, (Si/SiO2) /p-Si异质结的有效势垒高度由三部分组成, 它们分别是qVb1、qVb2和△EC。如果在Al电极相对于Au电极加正向电压, 则qVb1和qVb2所表示的两表面势垒相应降低, 助长了Si/SiO2一侧的自由电子向p-Si一侧转移。反之, 如果加负电压, 则势垒升高, 阻挡这种载流子输运。这样就使 (Si/SiO2) /p-Si接触具有图1所示的整流作用。等式 (1) 能成功地描述 (Si/SiO2) /p-Si的正向电流-电压特性。而在反向电流中势垒产生的电流占主要地位, 由于势垒区宽度随反向偏压的增加而变宽, 所以势垒区产生的电流是不饱和的, 随反向偏压增加而慢慢地增加。
总之, 用能带模型分析表明, 样品中起整流作用的势垒存在于 (Si/SiO2) /p-Si界面附近。对样品I-V特性分析表明, (Si/SiO2) /p-Si异质结的电流输运机制主要涉及自由电子的热扩散和热发射过程。当然, 对 (Si/SiO2) /p-Si结构薄膜的电学特性数值分析有待进一步研究。
参考文献
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SI体系建造百年住宅 篇3
编者按
随着我国经济持续高速增长和住宅建设迅猛的发展, 住宅建造、使用和更新过程中的资源环境问题已成为制约我国住宅建设与发展的瓶颈。从社会、资源和环境的可持续发展出发, 实现我国从资源消耗型向资产持续型的整体转型、实现住宅发展从短寿型住宅向长寿化住宅的建设转型已成为当前的首要课题。欧洲许多国家的住宅寿命在80年以上的住宅是非常普通的情况, 而我国城市大量的住宅寿命远低于正常设计使用寿命, 住宅寿命低于三五十年的情况相当普遍。据资料显示, 英国、法国、美国、荷兰、德国的建筑统计平均使用寿命分别为125年、85年、78年、68年、64年, “百年老屋”随处可见, 一栋房屋经历了几代人使用, 成为传承城市历史文化的载体和重要的旅游资源, 而我国普通住宅建筑的平均寿命仅为30~40年, 不仅远低于欧美各国的建筑寿命, 也未达到设计使用年限。在我国住宅生命周期呈短寿命型, 因为思想意识和利益驱动等社会经济原因, 处于使用年限内的住宅被拆除, 不符合可持续的科学发展观原则;由于结构安全质量、建筑老化和使用维护问题等建设与居住原因所致相当多的建筑被毁坏, 造成了大量资源浪费和居住者与社会财富的巨大损失。
为响应百年住宅项目实施要求, 实现住宅产业化目标, 为开发商提供一站式服务, 实现建筑品质的可持续发展, 中国建筑标准设计研究院有限公司推出了全新的SI住宅装配式的内装方面服务模式。
SI住宅建造技术体系研究 篇4
1. SI体系概念
SI住宅建造体系是一种将住宅的支撑体部分和填充体部分相分离的建造体系, 其中S是英文Skeleton的缩写, 表示具有耐久性、公共性的住宅支撑体部分, 包括结构主体、共用管线及设备等, 是住宅建筑中不允许住户自行变动的部分;I是英文Infill的缩写, 表示具有灵活性、专有性的住宅内充填体部分, 包括各类户内设备管线、隔墙、整体厨卫和内装修等内容, 是住宅内住户可以根据需要而灵活变化的部分。
通过S (S k e l t o n支撑体) 和I (Infill填充体) 的分离使住宅具备结构耐久性、室内空间灵活性以及填充体可更新性的特色, 同时兼备低能耗、高品质和长寿命的优势。
2. SI住宅建造体系的优势
1) 适用于中小套型住宅:中小套型住宅因为空间小、空间数量少, 更需要空间的兼容性和多功能性, 同时中小套型易于实现大开间的建筑条件, 采用SI体系更可以灵活的改变格局, 适应未来生活的可变性。
2) 适用于建设全寿命周期住宅:因其支撑体和填充体分离, 使得改变和更新填充体的时候, 不会影响到支撑体, 从而保证支撑体的耐久性。而填充体的灵活性和可改变性, 更可以有效的适应一个家庭在不同阶段的需求;也可以通过对填充体的更新, 有效的延长住宅寿命, 提升住宅的可持续居住性, 实现住宅的长寿和新陈代谢。
3) 适用于高集成度的技术应用:SI体系作为一个全新的建造体系, 完全实现了支撑体和填充体的分离, 这样就为目前大量先进的技术应用提供了广阔的平台, 如同层排水、干式地板采暖等。
4) 有利于构建节约型社会:SI体系是一种先进的建造体系, 能够有效的提高住宅品质, 延长住宅寿命, 从而降低住宅重复建设比率。同时, 对减少建筑垃圾的产生, 减轻住宅建设和使用过程中资源消耗的压力也会起到重要作用。
5) 有利于推动住宅产业化的发展。SI体系由于可以精准的实现设计尺寸, 所以对于推广设计的标准化和模数化很重要, 而且通过大量建设工程的实施, 可以极大程度上推动建筑部品的产业化发展速度。
6) 有利于合理划分公共和私属产权, 为制定维护、改建乃至拆除等相关法规提供了清晰的技术支持。 (见图2)
3.住宅建造体系的技术要点
1) 需要采用高耐久性的结构体。
2) 尽量采用大空间的结构形式, 为可变的住宅格局提供条件。
3) 户内填充体部分应与结构体完全分离构造。
4) 建筑、设备、结构、内装修设计一体化进行, 设计应按照模数化进行, 有利于应用工业化建筑部品。
5) 建造过程尽量使用装配式干法施工工艺, 提高工厂化率。
6) 应根据结构和部品的生命周期特点, 制定长期的住宅维修管理计划。 (见图3)
SI体系作为高集成化的部品应用和干法建造体系, 将在竞争愈加激烈、产品成熟度高的未来, 成为行业推崇的主流建造体系之一。这种体系的推广将较大程度加快建筑部品的工业化发展速度, 进而进一步推动我国住宅产业化发展。
2、SI体系在住宅项目应用中的技术要点
1.配筋混凝土空心小砌块体系
SI建造体系对结构体的耐久性有很高的要求, 配筋混凝土空心小砌块体系, 是一种应用较少, 但同样拥有优良耐久性能的结构类型。
因采用清水砌筑, 保证建筑外观百年稳固不变。以砖块原有的自然色彩组合, 形成富有节奏感的基调。以朴素的质感, 呈现建筑强烈而独特的场所特征。同时实现结构施工的精准。
配筋砌块砌体的技术优势:
(1) 施工精准度高, 给内装和外装的施工提供了良好的基层;
(2) 如配合使用彩色砌块和内保温体系, 则可以实现清水立面效果, 外立面效果雅致而具有历史感, 同时具有了极高的维护便利性, 因为其材质本身和施工工艺形成的耐久性是其他装饰面材所无法比拟的。
2. 外墙内保温体系和衬墙
1) 外墙内保温实施的必要性
外墙保温形式无外乎两种, 即外墙外保温和外墙内保温。外保温和内保温均有各自的优缺点, 但从目前国内外墙保温的发展状况, 内保温逐渐减少, 外保温逐渐占领整个市场。之所以如此, 缘自内保温自身致命的弱点, 就是在窗户与外墙交接处特别容易结露。
雅世-合金公寓项目因为选择了清水砌筑混凝土小砌块外墙, 小砌块砌筑完成后的立面, 即为建筑物外立面, 此砌筑除了混凝土和局部大部分不做装饰, 故外墙外保温体系在本项目无法实施。外墙内保温是必然的选择。
2) 外墙内保温的技术优势:
这种内保温系统像是暖壶的内胆, 直接将室内的空气加热, 升温快且节能。使用兼具防水功效的发泡聚氨酯作为内保温材料, 同时采取有效构造措施对冷桥部位进行加强, 保证了墙体的保温性能。
发泡聚氨酯内保温体系:由于SI建造体系需要为设备管线预留夹层, 所以外墙内侧同样要安装内衬隔墙, 为节约空间, 提高使用效能, 所以可使用内保温体系。在目前成熟的保温体系中, 聚氨酯发泡保温是占用空间最小保温性能最好的材质, 而且兼具防水功能。所以, 采用此材料是适合于SI建造体系的。
技术优势:节能效率高/更适合独立采暖/防外墙渗漏/隔气/耐久性好/防火性能好/环保/清水外立面的最佳选择。
3) 既然内保温是本项目不二的选择, 那么有两个问题需要解决:
(1) 、内保温的结露问题; (2) 、内保温以内的装饰面如何处理。
外墙内保温易结露的主要原因有两个:
(1) 、过去外墙内保温材料一般为聚苯板, 聚苯板为块状, 其接缝处不易封闭,
(2) 、外墙内保温在门窗洞口处, 板墙结合处, 在冬季, 室内外气温差距很大, 室内能量极易自上述部位散失, 造成该区域温度比室内其它部位低, 使该区域空气中汽达到饱和而产生结露。
针对以上原因, 合金项目对症下药, 经研究决定, 采用硬发泡外墙聚氨酯内保温形式, 该方式最大特点是, 整个保温体系是封闭的, 可以解决接缝不封闭问题。
另一个问题的解决措施如下:项目为了保证整个保温体系能达到设计的节能效果, 特委托中国建筑科学科学研究院对我项目进行了保温计算, 给出各个部位保温的准确数据。
3) 设计计算:
对于硬发泡聚氨酯, 对应于当地气候, 规范和图集中只对其用于外保温明确了厚度与隔热技术指标, 而对于内保温, 近些年国内用得不多, 所以规范与图集查不到, 究竟多厚可达到节能要求, 无处可查。为了达到节能要求, 我司特委托了中国建筑设计研究院地球物理研究所专家对我项目进行了专门计算, 该所前后花费了月余的时间进行计算, 最后给出了具体的设计成果。
通过计算可知:
外墙主体部位传热系数为0.45W/ (m2·K) 时, 外墙平均传热系数可以达到0.6W/ (m2·K) 。需要的聚氨酯保温层厚度约为55mm。
北京市地方标准规定的内保温构造墙体传热系数为0.3W/ (m2·K) , 需要的聚氨酯保温层厚度约为85mm。两者相比, 保温层厚度可以减少约35%
4) 构造措施 (见图6)
3. 轻钢龙骨隔墙体系
1) 系统说明:
SI体系的实现, 采用的均是成熟的技术和部品, 就像轻钢龙骨石膏板隔墙和吊顶体系, 在宾馆、酒店、写字楼被广泛应用, 而应用于住宅的项目并不多。 (见图7)
当我们解决好隔音、加固、挂重物的问题之后, 这个隔墙体系的优势就显露出来:重量轻、定位精度高、表面平整、可以被回收再利用, 同时具有优越的抗震性能。
2) 技术优势
轻钢龙骨隔墙体系是国目前实现SI建造体系的最佳选择。
其技术优势:节约空间, 自重轻 (抗震性能好) , 布置灵活, 便于装修布局的设计, 质量易于控制, 精准度高, 安装干法施工, 施工速度快, 便于维修、可变性强, 可循环利用;最为关键的是, 轻钢龙骨之间的空隙正好适合于管线和配套开关、插座的放置。
3) 特殊部位处理
(1) 阳角保护:阳角采用福美生产的树脂护角。 (见图8)
(2) 电视墙及空调室内机 (见图9)
(3) 龙骨档内管道固定 (见图10)
4. 轻钢龙骨吊顶体系
1) 系统说明:SI建造体系中的设备管线大部分要在天花吊顶中放置, 所以也需要合理的龙骨体系, 而轻钢龙骨正是最为合适的。
2) 技术优势:占用空间高度小, 可实现丰富造型, 其余与隔墙体系相同。
3) 技术要点:龙骨布局适应板材的模数化、与墙体窗帘盒的接口处理、天花收口条的处理、拼线处理、内藏灯射灯的节点处理、单层龙骨吊顶的应用。
5. 架空地板
为了有效的自由敷设管线、同层排水和布置隔墙, 采用架空地板也是SI体系的关键。
同时为了实现户内全部的干法施工, 传统的埋在混凝土垫层中的地板辐射采暖管道, 也被组合式的干式地暖板所代替。将以前由工人在现场自由安装的管道敷设在规整的衬板中, 规整有序, 同时减少施工过程中的损坏。
架空地板的使用, 也增加了地板的弹性和楼层间隔音性能。 (见图11)
SI建造需要设备管线与结构体完全分离, 在实际建造实施中, 大部分管路在天花吊顶和隔墙中综合布置, 最大程度上便于维修和更替, 但依然有部分管路, 如排水管需要在地面下设置, 这就需要采用合适的架空体系实现此功能, 地脚螺栓和刨花板组成的架空体系合理的解决了这个问题。
技术优势:
可实现SI干法作业适合工厂化装修易于架空层管线的维修易于地面基层找平施工速度快脚感好 (图12)
6. 干式地板采暖
地板辐射采暖对提高人体舒适度、节省室内空间都是非常有利的, 而干式地板采暖有效的解决了湿式地暖不易维修, 渗漏顽疾不好控制等问题, 也符合SI建造体系中管线和结构分离的要求。
1) 干式地暖在国内有粗管和细管两种类型, 各有优缺点, 但细管类型还需要进一步完成相关规范的制定, 才能推广使用。
2) 粗管式干式地暖的相关热工数据也是通过不断的研究和实验, 满足了规范的要求。 (见图13)
7. 管线布置
1) 原则:
建筑的寿命是一百年, 管线的寿命是30年, 30年后当管线老去, 怎么办?
在SI体系中, 把管线从墙体里解放出来。管线与解构墙体完全分离, 敷设在双层楼板、天棚、墙壁之内。这样, 在管线老化之后, 就不需要开墙凿壁, 只需置换管线即可。既减少因凿墙对承重墙面的影响, 也减少二次装修的污染, 同时架空的地板层还能起来有效减振隔声的作用。
2) 室内管线综合设计和实施: (见图14)
(1) 天花。利用全吊顶空间敷设水、电管线;
(2) 墙体。外围护结构墙、有保温的户间隔墙, 利用保温内衬墙敷设水电管线。户内轻体隔墙, 利用轻钢龙骨墙体内部空间敷设水电管线;
(3) 地面。利用架空地板空间敷设水电管线。在合适部位设计检修口便于检修改造。既满足使用功能又可实现SI体理念。
(4) 深化设计。施工单位根据设计院机电、装修、建筑图纸进行深化设计。重点考虑不同部位的吊顶、架空地板的净空, 综合管线所需的空间, 阀部件、过线盒位置, 检修口定位。保证施工依据精准。排布吊顶空间时要充分考虑水电管线支吊架所占空间。排布墙体内管线时要充分考虑管线穿龙骨的节点做法, 管线加固的节点做法。排布架地板空内管线时要充分考虑架空地板面层材料所占的空间。
(5) 建造实施。管线敷设的原则:横平竖直排列有序 (严禁杂乱无章就近布置) , 强弱电管、冷热水管采用不同颜色管道加以区分, 后期便于检修、改造。为建筑全生命周期配套服务。
8. 烟气直排
1) 概念:
烟气直排, 即卫生间废气、厨房油烟直排系统。这样处理使得产权分明, 防止户间公共烟道串味, 并利于户间防火和后期维护, 用在中小套型住宅中更是能合理节省空间。 (见图15)
2) 管道设计:
在此项技术应用时应分别设计排风、排油烟独立风管。排油烟风管为防止漏油, 设计成承插连接, 并沿气流方向设有坡度。
采用镀锌钢圆形风管, 风阻小、耐久性强。排油烟外立面特殊处理易于清洗。烟机靠近外墙管线距离尽量短, 利于排放。设计之初就考虑建筑体型, 有利于形成自然烟囱效应。 (见图16)
3) 风帽选型:
直排系统必然在外墙产生大量风口, 外墙风帽必须结合外立面设计, 否则将影响立面效果, 同时应注意:
(1) 风帽安装需保证向外倾斜防止雨水进入;
(2) 风帽与墙体连接牢固防止脱落;
(3) 风帽与墙体连接处需采取密封措施防止雨水进入。
9. 同层排水
板上同层排水:SI体系支撑技术措施, 产权分明, 减少噪音, 利于排水, 便于个性改造。
1) 排水主立管出户。在局部降板区域内设置局部同层排水管道, 污水、废水横向管道, 坡度排向立管。采用特殊管接头连接分支管道。铸铁接头构造为带导流叶片的多方向铸铁接头。水流通过管道进入接头在旋转导流叶片的分流下使水形成螺旋贴状态管壁顺流, 管道内自然形成汽水分离状态, 气体延管中心排走, 底部街头为鸭蛋形弯头, 利用突变扩张原理减少水跃现象, 不破坏水封防止反味。此为日本第三代产品、多方向接头。检修方便, 利于清扫支管。
2) 需浇注在楼板内、接头强度、寿命耐久性均非常良好, 减少了后期维护的麻烦。
3) 建造实施时应在结构施工同时预留垂直、水平孔洞。
4) 控制重点是排水坡度, 因为是板上排水降板空间有限, 故设计时要仔细排布确保坡度达标。另外要考虑架空地板及面层装饰材料厚度所占的降板空间。 (见图17)
通常, 楼板渗水大多都要影响到上下邻居。如果采用降板式同层排水体系, 管道采用可靠方式连接, 并经过多重实验程序保证不漏水, 不受邻居家漏水影响。由于没有设置地漏, 楼板无须防水处理, 也免去了破封和返味的影响。
需要维修时, 可通过架空地板上的检查口完成, 使维修在本层内即可解决。 (见图18)
10. 集中管井
在SI体系中, 所有水电等管道尽量集中在同一个管道井出口, 而双层地板下的线管选材又保证了管道中途不会有问题。因此, 发生故障的时候, 只需要在自家集中管道井接触口检查就可以了。而且这个集中管井尽可能设置于户外的公共区域上, 无须入户, 维修上十分省心。 (见图19)
11. 新风换气
住宅室内的空气质量, 对居住者的健康影响极大, 我们时刻需要吸入新鲜空气。
采用负压式2 4小时新风换气系统, 确保整个空间户型无论朝向如何, 采光如何, 都能享受全天候的清风。在带来健康所必须的、含氧量高的新鲜空气之余, 还可解决室内衣物、棉麻织品的生虫、发霉问题, 并有效预防过敏等通过空气传播的一些慢性疾病。 (见图20、21)
负压式新风技术:具有舒适、静音、节能、清洁等突出优势, 尤其适用于中小套型住宅, 提高室内空气质量。
1) 传统住宅通风基本方式为卫生间设置土建风道, 通过机械排风。厨房设置土建风道通过机械方式排风。人体所需新鲜空气通过开窗解决。通过技术分析, 卫生间、厨房直排系统可与户内负压式新风系统结合应用。即在合适位置, 卧室、客厅分别设计新风口, 这样能取消垂直集中风道, 节省面积, 检修方便, 有效利用空间布置灵活, 控制方便。这样结合使用, 能有效利用厨房、卫生间、浴室排风产生的负压吸入室外新风进行通风换气, 更加节能。
2) 技术要点:部品选择时在满足使用功能的前提下, 重点考虑与外立面、室内装修风格的匹配程度。此外, 为减少室外空气直吹人体不舒适, 进气口应设在空调附近, 预冷 (热) 后进入室内。
1 2. 整体厨房
整体厨房系统, 保证了使用质量和生活品质。根据人体工程学原理, 合理安排吊柜的高度及洗涤区、烹饪区、储藏区等操作台。 (见图22)
1 3. 成品衣柜
工厂化订制加工的衣柜, 避免了现场作业的误差和质量问题。
1 4. 整体浴室
整体浴室是工厂化产品, 一体化的防水底盘、拼装式的壁板和顶棚, 将淋浴花洒、浴缸、暖风机等整体集成。
不同厂家根绝模具的不同, 具有不同的固定模数, 比如1200X1700, 1300X1600, 1600X1800等等, 在空间设置上要预留安装空间和管线空间, 一般时大于整体浴室外皮150mm。
整体浴室的装配式施工, 每套只需6小时即可安装到位, 比传统装修快24倍。由于采用了干式施工, 不受季节影响, 无噪音、无建筑垃圾。
排水盘和整体墙板的拼装工艺保证了永不漏水。即便出现了排水的问题, 由于集中用水的空间只有一个排水地漏, 检修也很方便。 (见图24)
1 5. 给水分水器的特点
给水分水器的使用, 不仅能够使各用水点保持均衡的压力, 还方便了检修、减少了漏水隐患。
(1) 、特点一:安全性
分水器系统管道材质为交联聚乙烯 (PEX) , 高性能塑料管, 可以弯曲。因此埋藏在墙体中的管道部分是一根整管, 不设弯头和三通, 管道及分水器在与管件连接时采用的是一次性承插卡箍式连接方式, 接头上粉色特殊标记使我们通过目测就能够判断管材与管件连接是否紧密。与传统管道相比, 更加安全。
每一条管线减少4个连接处。
(2) 、特点二:稳压性。独立铺设, 流量稳定
分水器系统每一个用水点均由单独一根管道独立铺设, 区别与传统管道的分岔-分岔-再分岔的给水方式, 流量均衡。即使同时用水压力变化也很小, 用水感觉很舒畅。
(3) 、特点三:卫生性。无锈水或混浊水发生
分水器系统管道采用交联聚乙烯管材 (PEX) , 其交联度较高, 是一种高性能的塑料管, 对自来水中含有的氯等成分有很强的耐腐蚀性, 并且管道内壁光滑, 摩擦阻力小, 因而不会产生赤水、氯水等现象。
(4) 特点四:节能环保性。口径小、节约用水
分水器系统所使用的管道 (4分管) 与以往分岔式所用管道 (6分管) 相比较:
约1升/分钟 (每1个人每使用一次)
12升/天 (按1天使用3次、一户4口人计算)
4.3吨/户 (1年)
(5) 出热水时间缩短, 减少水资源浪费
(6) 特点五:耐久性。通过交联反应后聚乙烯在常温和低温状态下可以保持其本来的特性, 在高温状态下 (95℃) 可以大幅度提高其耐热性和耐蠕变性, 因此使用寿命长久。
交联聚乙烯管道外有一层保护套, 可以避免管道在运输及安装过程中对内管造成的损伤。
(7) 特点六:方便性
安装简便——分水器系统安装简便, 连接方式为卡箍式连接, 在狭窄场所的施工性良好。
定期检查、维修方便——分水器系统管道隐蔽部分无接点, 只需在分水器安装位置设置检修口, 便于定期进行检查及维修。
Si指数 篇5
关键词：Si3N4/CrNx/Ag/NiCrNX/Si3N4,复合涂层,光热性能
随着人们对节能环保建筑采光要求的提高,具有高反射红外线光谱特性、且能显著降低冬季取暖和夏季制冷[1]能耗的镀膜玻璃成为研究热点。而浮法玻璃对太阳光谱具有高透过性,保温隔热性能差,因此SnO2(ZnO or Bi2O3)/Ag/Barrier/SnO2(ZnO or Bi2O3)/Glass的传统型Low-E玻璃[2]以其高反射红外线光谱特性在国外发达国家已被广泛使用。然而,传统型Low-E玻璃内外保护膜SnO2(ZnO or Bi2O3)较软,膜层容易被划伤[3],增加了后续加工的难度。
为此,本实验设计并采用磁控溅射法在玻璃上制备Si3N4/CrNx/Ag/NiCrNX/Si3N4复合涂层(简称:SCANS Low-E玻璃),与传统Low-E玻璃相比,增加20%银层厚度以提高对红外线的反射率并降低部分可见光和紫外线的透过率[4];选用硬度为玻璃四倍的Si3N4作为内外保护层,提高膜层硬度[3],有效地防止了在加工过程中膜层被划伤或压伤;并使用具有良好的阻挡特性的NiCrNX、Cr-N[5]双间隔膜结构,可防害气体对银层的破坏,获得了一种隔热节能性能优良的SCANS Low-E玻璃。
1 实验部分
1.1 实验仪器
GC 330H型磁控溅射镀膜机,具有24个靶位,德国VON ARDENNE公司;V-570型紫外-可见-近红外分光光度计,日本Jasco公司;SD 460手提式四探针面电阻测量仪,上海伟业公司;耐水擦洗仪,德国VAAT公司;SPI3800N型原子力显微镜,日本SEIKO公司;ESCALAB-250型X射线光电子能谱仪,美国热电公司。
1.2 SCANS Low-E玻璃的制备
首先将2000mm×1500mm新鲜的6mm浮法白玻用纯水玻璃清洗,并将洗尽的玻璃吹干。并在磁控溅射镀膜机上进行镀膜,工艺流程如图1所示。
1.3 测试部分
采用V-570型紫外-可见-近红外分光光度计测量可见光区银层厚度对透过率的影响;并对SNANS Low-E玻璃进行全波长扫描;考虑基体的厚度和膜层的厚度,采用SPI3800N型原子力显微镜和ESCALAB-250型X射线光电子能谱仪对膜层表面形貌和物质进行测试;采用耐水擦洗仪测试膜层的耐磨性能;采用SD 460手提式四探针面电阻测量仪测定膜的方阻(Rs),并依据公式(1)计算出辐射率(E),并GB/T 2680-1994[6]、ISO 10292-1994[7]推算SNANS Low-E玻璃的热学性能。
E=0.0129×RS-6.7×10-5×Rundefined (1)
2 结果与讨论
本实验采用磁控溅射法制备出了表面光滑,颜色均匀的Low-E玻璃,玻璃呈浅蓝色。用原子力显微镜观察薄膜表面形貌,如图2所示,测得薄膜表面粗糙度Ra为0.323nm,表面起伏在2nm以内,可见膜层结构非常致密, 表面十分平滑。同时,采用X射线光电子能谱仪探测膜层表面的元素,如图3所示。膜层表面的元素有C、O、Si、N、Na,可判断出样品表面的物质为Si3N4;少量的Na存在,一般为接触污染引入;C、O为样品在暴露空气过程中导致的少量吸附或沾污。
2.1 银层厚度对透射率的影响
用紫外-可见-近红外分光光度计测试了银层厚度对透射率的影响,如图4所示。银的等离子振动波长为138nm,所以反射率应该从138nm附近开始急剧升高[8],且银膜的厚度不同,透过率降低幅度也不一样。银层厚度为12nm(传统型Low-E玻璃银膜厚度)时,可见光透射率为62%;当银膜厚度增加到12nm(SCANS Low-E玻璃银膜厚度)时,可见光透射率降低到32%。说明增加2nm的银层厚度,可明显降低可见光透射率。
2.2 SCANS Low-E玻璃光学性能分析
用紫外-可见-红外分光光度计测试玻璃的紫外、可见光、近红外透过率、反射率曲线,如图5所示。从SCANS Low-E玻璃和传统型Low-E透射、反射率曲线可以看出,SCANS Low-E玻璃膜层采用Si3N4后,没有影响SCANS Low-E玻璃的光谱特性。依据GB/T 2680-1994、ISO 10292-1994推测出玻璃的光学性能,如表1所示。在可见光区,SCANS Low-E玻璃的透过率为62%,低于传统型Low-E玻璃的88%和白玻的81%,遮挡了部分可见光的透过,而且,SCANS Low-E玻璃和传统型Low-E玻璃的透过率与相对应的银层厚度的透过率有差异,是由于光在SCANS Low-E玻璃膜层中发生干涉作用,但是引起SCANS Low-E玻璃的透过率小于传统型Low-E玻璃的透射率的主要原因是增加银层厚度。在红外区,SCANS Low-E玻璃透过曲线急剧下降,在2500nm处的透过率降低至6%;与此同时,反射曲线急剧上升,在2500nm处的反射率高达89%,说明SCANS Low-E玻璃能将大量的红外线反射,防止热能的散逸,具有良好的隔热保温功能。
2.3 SCANS Low-E玻璃膜层的辐射率和热学性能分析
玻璃的绝热性能一般采用辐射率表示,Krichhoff[9]认为,在相同温度下材料的辐射率吸收率相等,由于玻璃本体中Si-O键振动引起的强烈吸收导致大于4.5μm红外线的完全失透,玻璃对于波长大于4.5μm的红外线只有吸收和反射,因此对红外辐射具有高反射率的材料具有低辐射率,其绝热效果就越好。本实验制备的SCANS Low-E玻璃的辐射率为0.07,低于传统型Low-E玻璃的0.11和浮法玻璃的0.84,说明SCANS Low-E具有良好绝热性。
SCANS Low-E玻璃的热学性能,如表2所示。SCANS Low-E玻璃的太阳热能热总透过率、太阳热能总热透过量均小于传统型Low-E玻璃和白玻,更能有效地阻挡热量传递。热传导系数显示,SCANS Low-E玻璃传导的热量小于传统型Low-E玻璃和浮法玻璃,防止热量的传导,具有良好的隔热、保温功效。
2.4 抗磨性测试
SCANS Low-E玻璃和传统型Low-E玻璃分别擦洗1000和1500次后,检查SCANS Low-E玻璃和传统型Low-E玻璃的外观情况。擦洗1000次后,发现SCANS Low-E玻璃表面没有出现不良,而传统型Low-E玻璃表面有明显划伤,而且擦洗处部位的颜色也发生了变化;擦洗1500此后,SCANS Low-E玻璃表面出现少量的细微划伤,而传统型Low-E玻璃表面的划伤和擦洗处的色差更加明显,且局部已有脱膜现象,SCANS Low-E玻璃采用Si3N4作为保护层后不但明显增加涂层的硬度,而且提高了整个涂层的附着力。
薄膜附着性的来源有范德瓦尔斯力、扩散附着、机械锁合、静电引力、化学键力等[10],溅射膜与基体间的界面为类扩散界面,其附着性主要来源于散附着和机械锁合,这是由于溅射时具有一定能量的成膜粒子进入基体造成的。如果膜与基体间发生化学反应,化学键力对附着性也有较大作用。由于银膜与玻璃之间的键合力小于玻璃内部的结合力,所以扩散进入玻璃内的金属银微粒仍是以银原子的形式存在[11],结果银膜很容易从玻璃基底上脱落。而若在玻璃基底上预先溅镀硅膜和铬膜后,由于铬原子与硅原子和硅原子与玻璃之间的键合力要大,与玻璃表面形成化学键,同时铬与银互扩散,结合良好,增强了银膜与基底之间的附着力。
3 结论
采用磁控溅射法在玻璃上制备了Si3N4-CrNx-Ag-NiCrOX-Si3N4复合涂层,并研究了其光热性能,现得出如下结论:增加Ag层厚度后,红外线反射率也随之增大,同时降低了可见光的透过率,提高了隔热保温性能。与传统型Low-E玻璃相比,SCANS Low-E玻璃采用Si3N4作为内外保护层后,不仅增加了复合涂层的硬度和附着力,而且并不影响复合涂层的光谱特性。SCANS Low-E玻璃以其优良的隔热和控制可见光的能力,在阳光充足毒辣的热带和亚热带地区具有良好的市场前景。
参考文献
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Si指数 篇6
1 实验
采用真空自耗电弧熔炼法制备了成分为Ti-35.20Nb-8.96Si-5.75Cr-3.43Hf-3.69Al-1B-0.05Y(原子分数/%)的母合金锭。采用线切割法从母合金锭上切取7mm×7mm×7mm的块状试样,再经80～1200#水砂纸依次打磨试样表面、超声波酒精清洗,然后烘干备用。渗剂由被渗元素粉末(Cr粉和Si粉的质量分数各为12%),催化剂(NaF粉的质量分数为5%)及填充剂(Al2O3粉的质量分数为71%)组成。将称量好的渗剂在QM-1SP4L球磨机中进行4h的球磨,以使其充分混合和细化。
将被渗试样埋入装有渗剂的Al2O3坩埚中,用高温黏结剂将坩埚和盖子密封。共渗实验在自制的高温高真空可控气氛包埋渗炉中进行。装料完毕后将包埋渗炉抽真空到10-2Pa后开始加热,加热到700℃时停止抽真空并充氩气保护。共渗温度为1350℃,时间为10h。包埋渗后试样随炉冷却至室温。Si-Cr共渗试样的静态氧化实验在AHTOT-I型高温拉伸氧化炉中进行,在1250℃分别氧化了5,10,20,50h和100h。利用光学显微镜4XB-TV测量各氧化时间后的氧化膜厚度。
利用扫描电镜(SEM, Supra 55)观察涂层及氧化膜的组织形貌。通过X射线衍射仪(XRD,Panalytical X’Pert PRO)及能谱仪(EDS)确定涂层和氧化膜的相组成及成分分布。
2 实验结果与分析
2.1 共渗涂层的组织结构
图1(a)为经1350℃/10h制备的Si-Cr共渗涂层横截面的SEM形貌。涂层可分为最外层、次外层、中间层和过渡层4层。图1(b)为涂层各层的XRD分析结果,可见最外层由(Ti,X)5Si3 (X代表Nb, Hf和Cr元素)和(Nb1.95Cr1.05)Cr2Si3两相组成,其EDS分析成分为32.62Si-18.44Ti-20.71Cr-28.23Nb(原子分数/%),(Nb1.95Cr1.05)Cr2Si3与Ti5Si3具有相同的晶体结构,都为有序hcp结构[14];次外层主要由(Ti,X)5Si3组成,其EDS分析成分为38.59Si-29.40Ti-4.79Cr-23.90Nb-3.33Hf(原子分数/%);中间层由(Ti,X)5Si4组成,其EDS分析成分为44.13Si-30.01Ti-2.50Cr-20.78Nb-2.59Hf(原子分数/%);过渡层由(Ti,X)5Si3组成,且过渡层与基体之间还存在着不连续分布的块状(Nb,Ti)3Si相(如图1(a)中箭头所示)。
2.2 Si-Cr共渗涂层在1250℃氧化后氧化层的组织及成分
图2为Si-Cr共渗涂层在1250℃经过5,10,20h和100h氧化后氧化膜表面的形貌。图3为在1250℃氧化5, 20h和100h后氧化膜表面的XRD分析图谱。可见,Si-Cr共渗试样在1250℃氧化5～100h后的氧化膜均主要由TiO2和SiO2组成。结合SEM形貌及EDS微区成分分析发现,氧化5～20h后氧化膜表面的TiO2形态为短棒状和片状(如图2(a),(b),(c)所示),而且在氧化5h的氧化膜中主要为短棒状,在氧化10h和20h的氧化膜中主要为宽片状(如图2(b),(c)所示),而在氧化50h和100h后的氧化膜中,TiO2则基本连接成片,如图2(d)所示。从图2(a),(b),(c)可以看出氧化5～20h后的氧化膜表面,TiO2主要是镶嵌在SiO2中。而氧化50～100h后,氧化膜表面已经全部由TiO2所覆盖,只有少量近圆形的SiO2裹在TiO2中(如图2(d)所示)。随着氧化时间的增加,TiO2逐渐由棒状长大到片状,最后连接在一起。这表明在1250℃氧化过程中,涂层中Ti元素被优先氧化并使涂层内部的Ti元素不断向外扩散,最终导致氧化膜外层全部由TiO2组成,如图2和图4(a)所示。
(a) 5h; (b) 10h; (c) 20h; (d) 100h(a) 5h; (b)10h; (c) 20h; (d) 100h
图4为Si-Cr共渗涂层经1250℃氧化20h后横截面的SEM形貌及各元素的EDS线扫描分析结果。氧化膜及涂层中各区域的EDS成分分析结果如表1所示。可以看出,经1250℃氧化20h后,氧化膜总厚度约为33μm,氧化膜致密,可分为外层和内层两层,如图4(a)所示。外层主要是由灰白色相组成,另外还夹杂着少许黑色相。表1的能谱成分分析表明,灰白色相为含有一定量Nb和Cr的TiO2,可以写为(Ti,Nb,Cr)O2;而黑色相为固溶少量Ti, Nb及Cr的SiO2,氧化膜内层主要为致密的SiO2。可以看出氧化膜与涂层结合良好,整个氧化膜及涂层中裂纹很少。根据图4(b)中各元素EDS线扫描分析及表1中EDS定点成分分析发现,在1250℃氧化20h后,原来的涂层外层已经被氧化耗尽,残留的涂层为原来的内层及过渡层,而且在(Ti,X)5Si4层与氧化膜界面处有如图4(a)中“A”所示的区域,其EDS成分分析结果如表1所示。可以看出该区域中氧含量较高,组织较疏松,而且从成分分析来看,其Ti含量约为Nb含量的一半,属于部分已氧化为SiO2及TiO2,部分仍为残余涂层基体的氧化前沿。在氧化过程中,涂层过渡层增厚不明显,原来在基体与涂层的过渡层界面处所形成的(Nb,Ti)3Si在氧化过程中未发生明显变化。这与单独渗Si所得NbSi2涂层和MoSi2涂层的氧化行为不同[10,15],后者在氧化过程中其过渡层(Nb,X)5Si3或(Mo,X)5Si3层明显增厚。原因可能是(Ti,X)5Si4层与基体中Si的浓度梯度较NbSi2层与基体中Si的浓度梯度小,所以在高温氧化过程(相当于热处理过程)中反应(Ti,X)5Si4→(Ti,X)5Si3+Si进行缓慢,而反应NbSi2→Nb5Si3+Si则较快。
图5为Si-Cr共渗试样在1250℃氧化50h后氧化膜横截面及基体的SEM形貌像。氧化50h后涂层主体刚好被氧化消耗完,在原来涂层过渡层下面的部分(Nb,Ti)3Si相已经被氧化,如图5(b)所示。经1250℃/50h氧化形成的氧化膜虽然在取样过程中未剥落,但其与基体之间的结合已不紧密,在镶嵌试样过程中,挤压造成氧化膜从与基体结合处开裂,电木粉进入开裂处使氧化膜与基体分离,如图5(a)所示。另外,氧已经扩散进入基体内部发生了内氧化,Hf优先被氧化生成HfO2(如图5(b)所示)。在1250℃氧化100h后形成的氧化膜虽然在取样过程中也未剥落,但在氧化膜中存在很多横向裂纹,并且变得非常疏松。
2.3 氧化机理及氧化动力学
由各氧化物的ΔG0-T图[16]可知,Ti,Si和Cr在1250℃与氧的亲和力依次降低。在1250℃氧化开始时,优先氧化的是涂层最外层的(Ti,X)5Si3。MITRA R等人[3,4]的研究表明(Ti,X)5Si3的氧化符合抛物线规律,氧化膜为TiO2和SiO2的混合物。因为TiO2的生成自由能比SiO2的小,氧化速率常数较SiO2的高,且Ti/TiO2热力学平衡所需氧分压较Si/SiO2低,所以可以推断TiO2生长速率大于SiO2。MITRA R等人[3,4]认为,氧化膜外层由TiO2组成说明氧化的控制过程是:Ti4+从氧化物/基体界面开始通过氧化膜向氧化物/空气界面外扩散。当Ti扩散到氧化膜外与氧结合后,就在TiO2膜下面留下一层高活性的富Si层,使得Si氧化所需的平衡氧分压降低而促进了SiO2的形成。SiO2的生长速度较TiO2慢。当生成一定厚度的TiO2和SiO2膜时,氧化速度就会降低。然后,氧离子会通过氧化膜扩散进入基体/氧化物界面,使得涂层被进一步氧化[4]。Si-Cr共渗涂层的氧化过程中,首先Ti和Si优先氧化抑制了Cr2O3的形成,根据前面的分析,Cr主要是固溶在TiO2中。而且,在高于1200℃的氧化环境中,即使形成了部分Cr2O3,Cr2O3也会继续与氧反应生成易挥发的CrO3,即2Cr2O3+3O2=4CrO3(g)[17]。所以Si-Cr共渗涂层氧化后在氧化膜中未发现Cr2O3。
表2为Ti-Nb-Si基超高温合金试样和Si-Cr共渗涂层试样在1250℃氧化2～100h后氧化膜的厚度。图6为Ti-Nb-Si基超高温合金试样与Si-Cr共渗涂层试样在1250℃的氧化动力学曲线的比较。拟合后发现Ti-Nb-Si基超高温合金试样在1250℃氧化2.5～47.5h内大致遵循直线规律,其方程如式(1)所示,其中:y为氧化膜厚度,单位为μm;t为氧化时间,单位为h;R为拟合方程的相关系数。Si-Cr共渗涂层试样在1250℃氧化5～20h内大致遵循方程(2)的抛物线规律;在1250℃氧化20h后其动力学曲线出现明显拐点,在20～100h内大致遵循方程(3)的抛物线规律。
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未加涂层的试样在1250℃氧化遵循直线规律,在氧化后取样过程中氧化膜已全部脱落,形成的氧化膜对基体基本不具有保护作用。加涂层的试样在1250℃氧化遵循分段抛物线规律。假如变化其抛物线方程(2)和(3)的形式为y2=kt[10,17],k为抛物线速率常数,单位为μm2·h-1,Si-Cr共渗涂层试样在氧化5～20h内的抛物线速率常数为15.366μm2·h-1,在氧化20～100h内的抛物线速率常数为735.499μm2·h-1。从图4和图5可见,氧化至约20h时,涂层最外层和次外层已经消耗完;而在20h后的氧化过程中原来涂层的中间层及过渡层也被依次消耗殆尽。在氧化时间为20～100h的抛物线速率常数比5～20h内氧化的大约高1个数量级。可见,具有高Cr含量的外层比中间层及过渡层具有较好的抗氧化性。
3 结论
(1)Si-Cr共渗涂层分为4层:最外层为(Ti,X)5Si3和(Nb1.95Cr1.05)Cr2Si3,次外层为(Ti,X)5Si3,中间层为(Ti,X)5Si4,过渡层为(Ti,X)5Si3。
(2)Ti-Nb-Si基超高温合金Si-Cr共渗涂层在1250℃氧化不同时间后,氧化膜主要分为两层,外层为(Ti,Nb,Cr)O2,内层为SiO2。涂层中的过渡层在氧化过程中没有明显增厚。
(3)未加涂层的试样在1250℃氧化遵循直线规律。Si-Cr共渗涂层在1250℃氧化遵循分段抛物线规律。5～20h内为y=15.81+3.92t1/2,20～100h内为y=-82.71+27.12t1/2。在20～100h内氧化的抛物线速率常数比5～20h内氧化的大约高1个数量级。具有高Cr含量的外层比中间层及过渡层具有较好的抗氧化性。
摘要：利用包埋共渗法在Ti-Nb-Si基超高温合金表面制备了Si-Cr共渗涂层,共渗温度为1350℃,时间为10h。将Si-Cr共渗后的试样在1250℃下分别氧化5,10,20,50h和100h。利用SEM,EDS和XRD等分析方法研究了涂层及氧化后氧化膜的结构、元素分布及相组成。结果表明,氧化前Si-Cr共渗涂层分为4层:最外层为(Ti,X)5Si3(X代表Nb,Hf和Cr元素)和(Nb1.95Cr1.05)Cr2Si3,次外层为(Ti,X)5Si3,中间层为(Ti,X)5Si4,过渡层为(Ti,X)5Si3。涂层试样在1250℃氧化后形成的氧化膜分为两层:外层为(Ti,Nb,Cr)O2,下层为SiO2。未加涂层的试样在1250℃氧化遵循直线规律。加涂层的试样在1250℃氧化遵循分段抛物线规律,520h内为y=15.81+3.92t1/2,20100h内为y=-82.71+27.12t1/2。在20100h内氧化的抛物线速率常数比520h内氧化的大约高1个数量级。具有高Cr含量的外层比中间层及过渡层具有较好的抗氧化性。
紧身运动服专利技术分析Si 篇7
随着科学技术和体育运动的日益发展,高科技运动装备为体育运动带来的影响越来越受到关注。普遍认为,运动紧身服装在运动防护及提高运动员力量、速度和耐力等方面具有一定积极作用[1],在越来越多的体育项目中得到广泛应用。[2]
2 紧身运动服的专利申请情况
2.1 国际申请量分析
通过统计专利文献,全球紧身运动服专利申请始于1982年,比第一件运动服出现的时间——1965年晚了17年。在1990年以前,紧身运动服的申请量极小,自1992年开始出现增长,1997年出现了一个跳跃式发展,其原因在于欧美国家对紧身材料氨纶和紧身运动服运动防护特点的研究。1997年以后,年申请量维持一个略显下行的平稳态势,至2004年,实现了另一次跳跃。而在2004—2010年,申请速度放缓。2012年以后,年申请量基本持平。
专利申请情况在一定程度上反映了各个国家相关的技术实力。图1以专利申请人国别作为统计入口,分析全球紧身运动服专利申请的分布情况。从图中可以看出,美国、日本、中国和欧洲在该领域的专利申请量位列前四,其中日本的申请量最为领先,日本最早的紧身运动服专利申请出现在1994年,均为华歌尔株式会社的专利申请,该公司也是紧身服领域申请量最大的申请人,此外,日本的美津浓株式会社也在该领域具有较大的申请量。紧随其后的为美国,占总申请量的21%,美国最早的紧身运动服专利申请出现在1982年,申请号为US19820415678A,这也是世界上第一件紧身运动服专利申请,2004年以后,美国的申请量开始增大,这也说明美国紧身运动服技术开始有了较大的发展,美国最重要的申请人为耐克公司。华歌尔株式会社、美津浓株式会社及耐克公司也是紧身运动服领域申请量最大的三个公司。
2.2 国内申请情况分析
以专利申请人省份作为统计入口,分析国内紧身运动服专利申请的国内分布情况,如图2所示。从图中可以看出,上海、江苏、浙江占的比例最大,分别为33%、21%、16%,占国内申请总数的70%。众所周知,江、浙、沪地区传统的服装业发达,服装领域为劳动密集型产业,早期的发展主要依靠人力。而紧身运动服则是属于服装领域的科技型产业,上海的东华大学和江苏无锡的江南大学,依靠其在纺织专业的先进科技水平,极大推动了相关区域的服装产业发展;江、浙、沪是我国的经济发达地区,因其资金优势和对科技的投资,对科技型企业及人才具有较大吸引力,极大推动了地区科技的发展。
3 紧身运动服专利技术分布情况
紧身运动服按照其作用主要分为肌肉及关节保护、运动自由度、疲劳恢复、肌肉训练等5个分支,还有减小空气阻力、散热、身体位置标记、按摩、摩擦系数增强、改善姿势等零星的分支。[3]其中,肌肉及关节保护、辅助运动所占比重较大,这两个方向是紧身运动服的主要研究方向,不断地获得技术改进。
3.1 运动防护
最早的紧身运动服为US19820415678A (申请年为1982年),是一种运动防护上衣,通过在肩、肘等关节添加缓冲垫来达到运动防护的效果。1987年,美国专利US4694505率先使用了表面非平整的缓冲垫结构,这种结构的缓冲垫由于在同等体积下质轻、同等质量下缓冲力大的优点,被广泛地应用于紧身服的缓冲垫结构,耐克公司在随后的申请中在该发明构思下进行了很多进一步的改进,包括防护垫的形状、材料及设置方式等方向。
3.2 辅助运动
随着运动科学的发展,人们逐步发现,紧身运动服除了基础的缓冲功能之外,因为其对身体的压迫作用,以及对运动过程中肌肉、韧带的状态也具有一定的影响,合理地运用该影响,则可以在一定程度上提升运动的效果。在这方面,日本的华歌尔株式会社的研究极为广泛,如JP20206594A等。
此外,应用空气动力学原理,对紧身服表面进行处理,从而减少运动阻力的申请在骑行服、滑雪服中也有广泛的应用,具体包括RU2046585C1、US5819315A等。
4 结论
通过对运动服领域中专利技术总体情况的分析,可以得出以下结论:①紧身运动服领域技术创新活跃,未来该领域专利申请量将继续保持稳步增长状态;②运动服领域中创新主体较为集中,美国与日本在本领域已具有较强竞争力;③我国紧身运动服技术处于较为落后状态,整体实力较弱,没有形成掌握核心技术的创新主体;④紧身运动服研究,从开始运动防护角度的研究,已逐渐延伸到运动促进领域。
参考文献
[1]蔡娟娟,李亚宁,陆阿明,等.紧身运动装压迫对人体运动机能的影响[J].现代丝绸科学与技术,2013(2).
[2]许振斌,张胜年,黄睿.紧身服对中高强度跑台运动能耗的影响[C].桂林:第十六届全国运动生物力学学术交流大会(CABS 2013)论文集(中国体育科学学会运动生物力学分会),2013(2).