复合机制（通用8篇）
复合机制 篇1
ZSM-5和Y型分子筛是石油催化裂化催化剂的两种主要活性组元[1,2,3]。其中Y型分子筛是最常用的催化剂基体,但由于其孔道结构的限制,会造成催化裂化产物中汽油辛烷值过低、裂化不充分等问题[4]。而ZSM-5分子筛恰好可以弥补Y型分子筛的这一缺陷,有效地提高产物中汽油的辛烷值和C3-C4烯烃的产率[5]。如果能够制备具有两种分子筛特性的催化剂颗粒,使其协同作用于石油的催化裂化过程,将具有非常重要的意义。
Degnan等[6]以机械混合的方式制备了同时含有ZSM-5和Y型分子筛的催化剂颗粒,但两种分子筛的协同作用不明显。而采用合成的方法制备的复合分子筛则表现出良好的协同作用和优良的催化性能[7,8]。由此,研究者在ZSM-5/Y复合分子筛的合成和催化反应方面做了大量的工作。申宝剑等[9,10,11]采用两步晶化法,在合成Y型沸石的基础上,以四乙基溴化铵和四丁基溴化铵为模板剂,采用“两次交换,两次焙烧”的方式合成出了ZSM-5/Y复合结构分子筛。和机械混合分子筛催化剂相比,改性后的复合分子筛具有较高的柴油产率和气体产率,汽油产率降低。郭群等[12]也是使用后合成方法,使用廉价的乙二胺为模板剂,采用两步晶化法水热合成了Y/ZSM-5复合结构分子筛样品。为了深入研究ZSM-5/Y复合分子筛在催化裂化反应中的作用原理,需要对其孔道结构和复合结构的形成机制进行研究。目前还未有此类研究报道。
本研究以现有的工业ZSM-5分子筛作为硅源,利用碱液对分子筛结构的溶解作用,在一定的碱度条件下溶解后加入铝源,水热合成ZSM-5/Y复合结构分子筛[13,14]。以期获得能应用于大分子催化反应上的ZSM-5分子筛和Y分子筛协同催化性能的复合结构分子筛。考察了碱液浓度、晶化时间对复合分子筛形成过程的影响,并对复合结构的形成机制进行了初步探讨。
1 实验部分
1.1 复合结构分子筛的制备
将一定量的工业ZSM-5(Si/Al=38)分子筛粉末加入一定浓度的NaOH溶液后搅拌 4h。再加入铝源,搅拌4h。最后加入NaY晶种(10%晶种量),搅拌1h后装釜,在100℃条件下晶化10～30h。所得产物经过滤、洗涤、干燥后,得到ZSM-5/Y复合分子筛样品。制备样品见表1。
1.2 样品的性质表征
样品的晶相结构由德国Bruker公司的D8FOCUS X射线粉末衍射仪测定得到,其使用参数为Cu靶,Kα源,管电压为40 kV,管电流为40 mA,扫描范围一般为:2θ=5～45°,扫描步幅0.1°。孔结构表征在美国公司(Thermo Electron Corporation) Sorptomatic 1900 型吸附仪上进行,使用HK法计算样品的孔径分布。形貌扫描测定在LEO 435VP电子显微镜上进行。固体MAS表征在BrukerAC-80MHz型傅里叶变换核磁共振波谱仪上进行。
2 结果与讨论
2.1 ZSM-5/Y复合结构分子筛XRD表征
采用X射线粉末衍射仪(XRD)对实验制备的复合结构分子筛进行了表征,如图1所示。图中样品ZY和ZY-2分别采用浓度为2.0mol/L和2.5mol/L的NaOH溶液溶解,同时加入1.5g Al2 (SO4)3·18 H2O 、0.5g NaY后晶化20h得到。样品ZY-0同ZY,但未加入晶种。
工业ZSM-5分子筛的特征峰为2θ=8.62°、9.1°、22.5°、23.1°、24°,Y分子筛的特征峰为2θ=6.3°、10.3°、15.9°、24.1°。从图1可以看出,样品ZY和ZY-2的特征曲线同时具有工业ZSM-5分子筛的特征峰(虚线箭头)和Y分子筛的特征峰(实线箭头)。说明实验成功制备了ZSM-5/Y复合结构分子筛。通过对比ZY-0、ZY和ZY-1 3种样品的XRD特征峰曲线发现,样品ZY中属于Y分子筛的特征峰强度要高于ZY-0,说明晶种的加入可以有效地提高晶化反应效率;样品ZY中属于ZSM-5分子筛的特征峰强度要高于ZY-2,说明NaOH溶液对工业ZSM-5分子筛具有溶解作用,破坏了其晶体结构,且随着溶液碱性的升高溶解性增强。
2.2 ZSM-5/Y复合结构分子筛SEM表征
由工业ZSM-5分子筛、ZY复合分子筛、Y分子筛的扫描电镜对比图(图略)可知,ZY复合分子筛晶体颗粒和工业ZSM-5分子筛晶体颗粒大小相近。
2.3 ZSM-5/Y复合结构分子筛孔结构表征
表征结果显示Z-1产物的孔道形状与尺寸不均匀,这是由于分子筛在碱处理以后脱除了分子筛骨架上的硅所导致的,但是分子筛的微孔结构仍然存在。
根据N2吸附-脱附表征数据计算所得ZY、ZSM-5和Z-1 3种样品的如图2中的产物孔径分布图所示。由图可知,Z-1的孔径最可几分布最大,接近1.6nm。ZY复合结构分子筛的孔径最可几分布与工业ZSM-5分子筛接近,在0.8nm左右,属微孔结构。由此可知,NaOH溶液能够溶解工业ZSM-5分子筛孔道表面的骨架物质。不加入铝源时,溶解的硅因为达不到晶化条件而不能形成新的骨架结构,使得分子筛孔道变宽,NaOH溶液起到扩孔的作用。加入铝源后,溶解的硅和铝源二次晶化,重新构成了微孔的硅铝骨架结构。
2.4 ZSM-5/Y复合结构分子筛MAS NMR表征
使用MAS NMR对分子筛进行29Si和27Al谱研究,分别得到如图3a和图3b所示的27Al MAS NMR谱和29Si MAS NMR谱图。
(a:27 Al MAS NMR spectrum;b:29Si MAS NMR spectrum)
如图3a所示,样品Z-1的27Al MAS NMR谱在50ppm左右出现1个骨架铝单峰,在0ppm左右出现存在于分子筛孔道中的非骨架铝特征峰。而ZY和工业ZSM-5分子筛的27Al MAS NMR谱仅在50ppm出现1个骨架铝单峰,说明在工业ZSM-5分子筛经NaOH溶液溶解制备样品Z-1过程中,骨架铝从分子筛骨架中脱除出来形成非骨架铝。样品Z-1进一步反应生成样品ZY过程中,非骨架铝又和硅结合形成骨架铝。
如图3b所示,工业ZSM-5分子筛的29Si MAS NMR谱出现Si(0Al)和Si(1Al)信号,说明工业ZSM-5分子筛样品中既有骨架硅,又有非骨架硅。样品Z-1谱出现Si(0Al)信号,说明部分硅从骨架中脱离出来,形成非骨架硅。而样品ZY谱出现Si(0Al)、 Si(1Al)、 Si(2Al)以及Si(3Al)信号,说明二次合成的ZY复合结构分子筛中既有骨架硅,又有非骨架硅。
3 复合结构形成机制
ZSM-5分子筛作为硅源,在碱性条件下溶解后经过添加Al源和Y晶种,可以水热合成具有ZSM-5和Y两种分子筛结构的复合分子筛。在碱处理条件下,分子筛表面的非骨架硅首先脱除,随后分子筛骨架上的硅进一步脱除。该过程中,分子筛骨架上Si-O-Si和Si-O-Al键逐步断裂,同时伴随着ZSM-5次级结构(pentasal链、五元环)的形成。
按照合成复合结构分子筛ZY方法,在经过一定碱度的溶解,改变晶化条件(未添加铝源和晶种)下,得到复合产物Z-1、2、3,与复合结构分子筛产物ZY-1、2、3对比。得到如图4所示的XRD谱图。由图4可看出,随着晶化时间的延长,两种样品曲线中属于ZSM-5分子筛的特征峰峰强度均有所降低。当晶化时间为10h时,Z-1和ZY-1两种样品均能观察到明显的ZSM-5分子筛的特征峰;当晶化时间为20h时,样品Z-2谱图中属于ZSM-5分子筛的特征峰强度有所降低,而样品ZY-2谱图中ZSM-5分子筛的特征峰几乎消失;当晶化时间为30h时,样品Z-3谱图中属于ZSM-5分子筛的特征峰进一步下降,但是仍然存在,而样品ZY-3谱图中没有发现ZSM-5分子筛的特征峰。在未加入铝源时,工业ZSM-5分子筛表面上的硅先脱离,随着晶化时间的延长,晶体骨架上的硅逐步脱落,发生骨架坍塌。当加入铝源时,工业ZSM-5分子筛骨架上的硅脱除的同时,又和新加入的铝晶化结合,形成新的骨架结构,该骨架结构具有Y分子筛的特征峰。且随着晶化时间的延长,Y分子筛的特征峰强度明显增加。
结合复合结构分子筛的27Al MAS NMR谱图和29Si MAS NMR谱图可以发现,工业ZSM-5分子筛经过碱处理以后,骨架结构受到一定程度的破坏,骨架中的部分硅和铝脱除出来。在未达到合成目标分子筛的晶化条件时,骨架上的Al也会脱落,整个骨架坍塌。当达到晶化条件时,从骨架中脱离出来的硅和铝、以及新加入的铝会迅速结合,进行二次晶化,形成Y分子筛骨架结构,从而得到ZSM-5/Y复合结构分子筛。扫描电镜结果也证明了这一点,新制备的样品ZY具有工业ZSM-5分子筛大小相近晶体颗粒且明显的不同于Y分子筛颗粒的形貌特征。
由此可推断ZSM-5/Y复合结构分子筛的形成机制如下:首先,ZSM-5分子筛在一定碱性溶液中溶解,分子筛晶体上的无定形硅首先溶解脱离,当溶解碱度较大时,分子筛晶体上的骨架硅也脱离骨架,为后继的反应提供了硅源。随后,添加一定铝源和晶种在晶化温度下老化搅拌时,铝源以两种方式和硅源进行二次晶化生成Y型分子筛:第一,和碱液溶解的硅结合;第二,和ZSM-5分子筛骨架上的硅结合。当以第二种方式结合时,ZSM-5分子筛的骨架结构(或次级骨架结构)起到了结构导向的作用。随着反应的继续进行,分子筛晶体上的骨架硅进一步脱离同时伴随着Y型分子筛的形成,所以这种脱离并未导致分子筛骨架的坍塌。在晶化过程中,ZSM-5分子筛骨架有可能会发生脱铝,导致ZSM-5的分子筛的骨架坍塌。此时,ZSM-5分子筛的次级结构参与晶化反应,形成稳定的复合结构骨架。最终通过选取合适的晶化条件,制备具有ZSM-5和Y型两种分子筛结构的复合分子筛。
4 结论
采用ZSM-5分子筛作为硅源,在一定的条件下能合成具有ZSM-5分子筛和Y型分子筛晶相及结构特征的复合结构分子筛。ZSM-5/Y复合结构分子筛的晶体尺寸与ZSM-5分子筛大小相近。加入晶种能有效地提高晶化反应进程。提高NaOH溶液碱性,对工业ZSM-5分子筛的骨架结构溶解作用增强。延长晶化时间,有助于Y分子筛结构骨架的形成,降低ZSM-5分子筛结构骨架的比例。初步推断ZSM-5/Y复合结构分子筛形成机制有两种:(1)铝源和溶液中溶解的硅结合;(2)铝源直接和ZSM-5分子筛骨架上的硅结合。两种晶化过程中同时进行,既保留了ZSM-5分子筛的骨架结构,又形成了Y型分子筛的骨架结构。通过改变溶液的碱性和晶化时间可以调控复合分子筛的孔道结构,进而制备性能优良的ZSM-5/Y复合结构分子筛,用于石油的催化裂化。
摘要：以工业ZSM-5分子筛作为硅源,采用水热法制备ZSM-5/Y复合结构分子筛,并对其进行了X射线衍射(XRD)、N2吸附(BET)、核磁共振(NMR)和扫描电镜(SEM)表征。结果表明,产物同时具有ZSM-5分子筛和Y型分子筛的晶相结构特征。晶种的加入能有效地提高晶化反应进程。NaOH溶液的碱性越高,对ZSM-5的溶解性越高。随着晶化时间的延长,属于ZSM-5分子筛的特征峰强度降低、Y分子筛的特征峰强度升高。在晶化时间为10、20和30h时,对体系中加入铝源和晶种进行了研究。结果发现,复合结构分子筛的合成过程伴随着分子筛上骨架硅解离、部分骨架铝解离、硅源和铝源在分子筛骨架外及骨架上晶化形成新的晶体的过程。推断ZSM-5/Y复合结构分子筛形成机制有两种:(1)铝源和溶液中溶解的硅结合;(2)铝源直接和ZSM-5分子筛骨架上的硅结合。
关键词：ZSM-5/Y复合结构分子筛,分子筛硅源法,形成机制
复合机制 篇2
复合垂直流构建湿地净化污水机制研究 I微生物类群和基质酶
构建湿地是20世纪70年代才蓬勃兴起的一种处理污水的方式,由于其造价和运行费用低,净化效果稳定,越来越引起各国的兴趣和高度重视.现已广泛应用于城市生活污水、工业污水和农业污水的.控制,有着十分广阔的应用前景.虽然关于构建湿地净化污水的研究已有不少报道,但关于湿地基质中的微生物类群和基质酶在污水净化中的作用仍不清楚.通过对生长在复合垂直流构建湿地和天然环境条件下菰和石菖蒲根区微生物类群数量及其根区基质酶活性的测定发现:同种植物在复合垂直流构建湿地根区微生物的数量比天然条件下的要高,特别是硝化细菌和反硝化细菌的数量,最高可达3个数量级以上;同时复合垂直流构建湿地中不同植物根区的酶活性有较大差别,这为研究复合垂直流构建湿地净化污水的机理和以酶活性强弱作为净化效果的评价指标提供了科学资料,为进一步研究提供了一条新思路.
作 者：吴振斌 梁威 成水平周巧红 邓家齐 詹发萃 作者单位：中国科学院水生生物研究所淡水生态和生物技术国家重点实验室,湖北,武汉,430072刊 名：长江流域资源与环境 ISTIC PKU CSSCI英文刊名：RESOURCES AND ENVIRONMENT IN THE YANGTZE BASIN年，卷(期)：11(2)分类号：X7关键词：复合垂直流构建湿地 污水净化 微生物数量 基质酶活性 评价指标
复合机制 篇3
关键词：高校,图书馆,复合型人才,培养机制
1 高校图书馆复合型人才概述
1.1 复合型人才概念
人才资源指的是人力资源中素质层次较高的那一部分人, 指杰出的、优秀的人力资源, 着重强调人力资源的质量。高等教育作为科技第一生产力和人才第一资源的重要结合点, 在经济发展中具有十分重要的地位和作用。
1.2 高校图书馆复合型人才概念
高校图书馆人才在现阶段是指除具有图书情报学专业知识外还具有其他各类专知识, 熟练掌握图书馆业务, 具有敏锐的信息意识, 良好的信息处理能力的新型复合型人才。有些高校是综合性高校, 也是研究型高校。综合性人才指的是兼具文理科背景的人士, 也就是说, 不仅要懂图书馆情报知识, 还要兼具其他专业知识, 另外, 还得掌握一定的英语能力和计算机操作能力, 还要有一定的识别能力和信息获取能力, 可以同时负责图书馆各个职位的工作。
2 高校图书馆复合型人才培养的必要性
2.1 不断发展的时代背景需要复合型人才
近年来, 国家大力支持高等教育, 图书馆的网络化、信息化、智能化特征愈发明显。信息技术的发展和应用改变了高校图书馆信息资源建设和信息获取的方式, 也使得高校图书馆的功能由传统、单一逐步向多样化、开放式转变。就目前来看, 高校图书馆馆员虽然大都获得了本科文凭, 但往往是学有所专, 术业专攻, 并且知识结构分布非常不均衡。在高校不断建设、扩张, 时代不断进步和发展的背景下, 高校图书馆对复合型人才的需求持续增加。这也对高校图书馆馆员提出了新的要求, 即不断更新自己的知识, 提高自己的综合素质, 应将馆员的专业学科背景和图书馆工作要求的全部能力联系在一起, 培养满足图书馆工作要求的综合性人才。
2.2 管理方式的转变需要复合型人才
随着时代的发展, 就职于图书馆需要更全面的技能, 书籍检索技巧的重要性已经随着时代而逐渐弱化, 现今的员工都需要掌握提供更深层次帮助的技能, 这对他们的知识体系与技能都提出了严格要求。所以, 对于高等院校图书馆的员工, 必须要求其具备相关专业技能, 能够搜集有用讯息与提供良好服务等只有建立一支精通图书馆业务、具备深厚的相关知识、能够胜任多份职务、拥有创新意识与良好的检索技巧的优秀团队, 图书馆才可以充分发挥出自身的作用, 才能为社会、科研机构等做贡献。
2.3 增强核心竞争力需要复合型人才
由于图书馆行业缺乏相应的准入制度, 在最近的几年时间里, 图书馆普遍存在下面几种不利情形。一是工作员工的年纪相对较大, 二是其基本没有太高的学习经历, 这也就造成了其综合素养偏低。一些院校领导没有把图书信息管理作为一门专业来对待, 将外部引进的高级职称人才的家属及子弟和院系分流人员安排在图书馆, 基本来自于非图书馆专业, 员工无法胜任该职位, 这使得图书馆具有浓厚的家族关系网的味道。虽然这些员工在工作的过程中会对相关专业知识有所了解, 但是认知缺乏系统性及完整性, 不利于服务读者, 并且导致人才队伍素质下降。
3 高校图书馆复合型人才培养机制存在的问题
3.1 管理者缺乏正确的管理意识
大部分高校图书馆对人们的管理尚处于行政人事管理向人力资源管理的过渡阶段, 一般都是以企业的生产组织过程为研究对象, 缺乏有效的管理共识, 导致图书馆管理者没有把馆员视为第一生产力, 而是视馆员为负担、成本。组织短期目标的实现, 重使用, 轻开发, 以人为工具, 利用馆员进行简单的事务管理, 仅仅把馆员放在执行层上, 部门性质只是单纯的成本中心, 采用以事为中心的管理模式和命令式、控制式的管理方式, 运用战术式、分散性的管理手段。
3.2 缺少培养内容
在高校图书馆中缺乏复合型人才, 图书馆员一般知识体系单一, 掌握图书情报知识的工作人员不了解与图书馆工作相关的其他专业知识, 反之, 对其他专业熟悉的馆员对图书情报学又不了解。随着现代科技的不断发展, 图书馆的建设也不断发展, 对人才的要求也不断提高, 不仅要求馆员熟知自身行业内部的各项知识, 也要求其可以融会贯通, 了解与图书馆相关的其他领域的内容。但是高校图书馆没有针对性地补足这方面的缺陷, 缺乏对馆员进行专业知识方面的培养, 没有引导馆员树立学习意识。高校图书馆功能模式逐渐向开放式、网络信息服务模式转变, 不再是只有单一功能, 业务方式多样化, 服务全球化。目前高校图书馆员知识结构比较单一, 知识结构不尽合理, 馆员缺少创造力, 大部分馆员只能提供简单的文献传递服务。加上员工年龄普遍偏大, 接受新知识的能力较弱, 往往墨守陈规, 服务意识不强。根据工作的需要, 考虑到工作岗位的特点, 图书馆应根据明确目的对馆员进行全面的规划, 培养馆员的学习兴趣, 增强馆员的学习主动性, 使图书馆馆员学以致用, 上升成为知识结构丰富的复合型人才, 同时提升馆员的价值。
3.3 培训机制不健全
面对图书馆馆员结构存在的若干问题, 必须要改变馆员知识体系单一、分配不均衡的问题。但是高校图书馆又不同于社会上的一些机构, 它们的发展受到很多限制, 因而也很难吸引到真正的人才加入到图书馆的建设当中。这就需要图书馆内建立一套切实可行的培训机制, 在没有理想人选希望进入图书馆工作之时, 高校可结合自身优势, 自行培养人才。但是由于受到资金、制度等方面的限制, 加之传统观念的影响, 对馆员的培训并未引起相关部门的重视, 也较少有人将其当作一份事业来做, 这就导致馆内人员素质偏低。
4 高校图书馆复合型人才培养机制的构建
4.1 确立以人为中心的管理理念
图书馆管理理念已经从过去以书为对象的管理变为以知识为对象的管理。员工是图书馆的主体, 是管理的核心, 员工参与是图书馆实现有效管理的关键。确立以人为中心的管理观念将人才引进作为图书馆的一项大的事业进行经营。应当重视人才的作用, 因为他们具备其他资源所不替代的价值与优势。对于馆员的管理, 应当根据其个人的协调、想象能力及融合能力分配具体职位。高校图书馆只有真正重视人才的价值, 调动人才的积极性, 才能从根本上改变当前的状况。
4.2 加强自主学习意识
自主学习是一项投资少、收益高的学习行为, 图书馆领导应该提倡自主学习, 让馆员理论联系实际, 知行合一, 通过学习更好地为高校师生服务, 为科研和教学做贡献。高校图书馆馆员的培训应当不断与读者的需求相适应。作为馆员, 应该及时了解学生的各类要求, 更好地为其服务, 最大限度地发挥其个人能力。在实际工作当中, 馆员应树立不断学习的思想理念, 除了参与图书馆的各类培训, 馆员个人应当解放思想, 不断地自学。在学习过程中, 不仅要了解当前我国图书馆的发展状况, 同时也应该了解世界各国的发展情况, 做到心中有数, 只要这样, 才能够较快地成为复合型人才, 才能不断促进图书馆的发展。
4.3 健全轮岗培训
就是通过调动员工工作职位的方式来进行培训, 调换职位可以丰富馆员的工作经验。图书馆馆员的知识背景不同, 结构多样化。岗位的轮换为不同素质、不同年龄以及不同专业的员工提供了继续学习的机会, 同时也提高了馆员学习新知识的兴趣, 消消了较易产生的厌烦心理。同时, 这种轮岗培训使馆员可以在较短时间内汲取更多的新知识, 不断丰富自己的知识体系, 为培养复合型人才提供了便利条件。馆员在岗位轮换过程中, 能够完善业务知识结构。通过轮岗, 新到馆的同志能在最短的时间里了解本馆各部门的业务工作, 包括读者服务、参考咨询、资源建设、现代教育技术、用户服务、网络运营、信息应用、行政管理等部门业务工作;部门业务骨干定期地进行轮岗, 可以在轮岗的实战中进行锻炼, 提高业务水平和工作技能。
5 结语
培养复合型人才对促进高校图书馆的建设极为重要。首先高校图书馆应当改变传统看法, 将图书馆的建设视为一项事业来;其次, 要重视人才的作用;最后, 要实行科学的轮岗制度。只有这样, 才能真正吸引人才加入到高校图书馆的建设当中, 才能培育出真正的复合型人才。
参考文献
[1]王乃芹.浅析新形势下科技查新人员的综合素质[J].创新科技.
[2]戎军涛, 张莉佳.新建本科院校图书馆人员编制研究[J].石家庄学院学报, 2014 (04) .
复合机制 篇4
全新复合型音乐人才指具备艺术领域综合能力，能够掌握艺术类学科基础知识，并将音乐、舞蹈、戏剧、舞美艺术中的传统精髓，融合性地汲取和传承，形成一种纯熟而精湛的复合专业能力。此类人才富于开拓性、具有创造力，通常具有灵活、开放、好奇的个性，具有精力充沛、坚持不懈、注意力集中、想象力丰富等特征。是人文、音乐、歌舞优秀文化遗产的继承者，是最新艺术成果的创造者和传播者，是未来音乐人才的培育者。
全新复合型音乐人才的培养目标是：在专业技能方面，要广泛了解和掌握音乐、歌唱、舞蹈、戏剧表演、舞美等专业方面的知识与技能，全面开发个人艺术潜质，努力掌握多项表演技能，不断开阔艺术视野，提高艺术审美能力和舞台表演能力。总的来说，应该从音乐、歌唱、舞蹈、戏剧表演等方面着手：
（一）音乐素质方面
1. 音准及音乐感受力。
音准指“五音俱全”，是获得美妙歌声的基础。音乐感受力包括音乐听觉和情绪感受两部分。如果先天缺乏听觉当然不可能有所感受，音乐听觉的要求比语言听觉要高，要求演员音调准确，能够听出音的高低，长短、强弱等等。
2. 音乐节奏感。
音乐中声音的强弱和时间长短有周期性规律的变化构成了音乐的节奏。要求能够准确把握音乐中的节拍速度及强弱关系，能够依据作品风格或表演需要，保持速度、拍感的稳定，合乎逻辑地诠释好各种非均分律节奏，如渐快、渐慢、突快，突慢、延长音等等。节奏感是音乐能力的重要组成部分，唱歌、舞蹈、戏剧表演都离不开节奏感。
3. 音乐表现力。
结合良好的音乐听觉、敏锐的节奏感觉，在抒发内心情感、交流情感、表现人物性格、情绪时所采用的非常普遍的、自然的表演方式，要具备正确把握音乐基调的能力。
（二）歌唱方面
1. 要具备声乐演唱的基本素质。
通过训练，能够掌握演唱的基本方法;音域较为宽广;音准、节奏正确，吐字清楚;能通过控制自己的音色、音量、力度的变化，较为生动、细腻地演唱声乐作品。
2. 能够完成“戏剧性”的演唱。
由于现代音乐、歌舞表演中常常带有叙述情境、展现人物行动、抒发人物情感、展示人物个性等内容的唱词，所以要求演唱要服从“戏剧性”的目的。演员要具备分析唱词、旋律的能力，善于利用对唱词的处理来开展舞台行动、塑造人物形象。
3. 能“说唱结合”、“唱跳结合”。
尤其在流行歌舞表演中，歌唱、舞蹈通常是交融在一起的。这就要求我们培养的表演人才能自觉地将这几种表演方式有机融合进行表演，这是由新型歌舞艺术样式的表演创作特征所决定的。“说唱结合”要求演员台词、唱词衔接自然、流畅清楚、平滑连贯;“唱跳结合”要训练演员在表演中边唱边跳的能力，尤其在激烈的形体动作中仍然能保持演唱的清晰与准确。
（三）舞蹈方面
1. 具备舞蹈基本素质。
包括身体的柔韧度、协调性;良好的肢体节奏感、模仿力、爆发力、弹跳力、表现力等。这些舞蹈的基本功是要通过专业、规范的学习和持之以恒的训练来掌握和保持的。没有舞蹈基本功，在综合表演创作中，任何形式和风格的舞蹈都是难以胜任的。
2. 能够完成“戏剧性”的舞蹈表演。
舞蹈在新生代歌舞表演中具有多种功能与作用：交代规定情境、创造剧情展现需要的节奏和气氛;展现剧情、舞台行动和冲突;营造戏剧情势、强化戏剧节奏、渲染戏剧高潮;刻画人物性格、诗化剧本的思想哲理等等。要求在表演时，舞蹈动作要符合剧作的规定情境;符合角色的人物身份与性格;符合角色的情绪与情感基调;要符合音乐整体戏剧性表达的需要。
3. 能够掌握多个舞种的舞蹈风格、语汇。
现代音乐、流行歌舞、音乐剧、歌舞剧都包含着大量不同风格、不同种类的舞蹈。在具备良好的舞蹈素质的基础上，还应该掌握多个舞种的舞蹈风格和语汇，尤其是目前较为流行的几个舞种：芭蕾舞、现代舞、爵士舞、踢踏舞等等。
（四）戏剧表演方面
1. 具备戏剧表演的基本素质。
掌握表演艺术的实质、表演的基本元素、核心元素、舞台人物形象的创作方法等等。增强自身的创作素质，包括观察力、想象力、感受力、判断力、思考力、适应力及表现力;具有真挚的信念与适度的真实感;善于捕捉人物特征的形象感;幽默感;具有适应行动发展所需要的节奏感。
2. 能将“歌、舞、说、演”有机融合。
在新生代歌舞剧、音乐剧中，无论是音乐、舞蹈、台词还是舞美等元素都是为戏剧的叙事、抒情和主题表达服务的，都服从于戏剧性的表达。所以，演员应当具备将“歌、舞、说、演”有机融合的能力，有效开展人物行动过程、塑造人物形象。
3. 具备爆发力、张力与舞台热情。
能够在真实的生活形态与歌舞表演非生活形态中迅速地跳进跳出，进出自如，具有表演的弹性与张力。尤其在流行歌舞表演中，追求节日般欢乐的氛围以及舞台与观众席共振同热的剧场效果，要求演员具备较好的表演激情与爆发力。
综上所述，全新复合型音乐人才的培养目标应当是：培养具备上述“音乐、歌唱、舞蹈、戏剧表演”素质与技能、具有正确艺术观念与艺术道德、具备一定艺术理论修养的表演人才。
二、构建全新复合型音乐人才培养机制的前提
培养全新复合型音乐人才首先要更新教育观念。是时代的发展孕育了这种崭新的艺术人才培养理念，并且它需要音乐、歌唱、舞蹈、舞美相结合的教育模式，这类人才需要通识相关的学科技能，依靠深厚的艺术文化底蕴和扎实的专业基本功来满足他源源不断的灵感与创作热情。在构建人才培养机制的过程中，现代艺术教育强调要结合经济社会发展需要，促进艺术人才全面发展。以学生个体为主，积极推动学生自主学习;强调艺术教育方式、过程要个体化、个性化;强调建立以实用性为目标的交叉学科结构;强调实践过程，使人才获得广泛的艺术生活经验、完整的艺术生命概念。
三、构建全新复合型音乐人才培养机制的基本措施
（一）拓宽专业口径，构建新型学科方向
音乐剧、现代音乐、流行歌舞等外来新型综艺样式的传入，使人们的审美心理蕴含了新感性的支点与视觉新奇。音乐、歌舞交汇融合的演出方式及绚丽的舞台美术效果越来越能满足人们的心理需求，人们的审美能力在顺沿一定层级逐步攀升，这必然对音乐、歌舞人才的培养提出了新要求。尤其在流行音乐市场，艺术人才正朝着复合型、唯美型、个性型的商业化方向迈进。传统的艺术教育形式使毕业生只能掌握单一型专业技能，难以适应社会需求。按照全新复合型音乐人才培养目标的要求，要整合新的专业方向。一方面对传统专业进行梳理，拓宽专业口径，精炼专业内容，优化现有专业。另一方面，把握人才需求信息，积极发现市场热点，构建实用性及竞争力强的复合型专业(如：舞蹈编导表演合一专业)或交叉学科方向(如：音乐表演歌舞方向)等等。
（二）建立特色课程体系，加强课程间的联系
建立全新复合型音乐人才知识结构是时代发展的需要，在制定教学培养方案、教学计划时应充分体现这个需要。要形成较宽的课程平台，分配好课堂教学、实践教学课程之间的比例。课程设置应强调科学性、系统性及互通性，加强课程间的融合与渗透，便于学生全面掌握专业知识及相邻专业知识。此外，原有专业的教学改革也需要与时俱进、行之有效，各专业教师应该即时总结出：现阶段的教学课程设置是否科学、课程内容是否实用、课程间的联系是否紧密以及教学效果是否良好等等，如有改进空间，可以结合各高校现有师资、教材、教学内容及硬件资源配备等情况，提出有利于该学科良性发展的建议及解决方案，努力形成科学的、实用的、统一的，具有普及意义的教育战略发展体系。从根本上完成由“因人设课”向“因需设课”的飞跃性的革新与进步。
（三）合理规划艺术实践活动，加强人才实践能力
高校音乐专业教育中的艺术实践教学是提高学生学习质量、深化教育改革、全面推进素质教育所面临的重要课题，学生掌握的理论知识与技能，需要通过各种艺术实践活动来得到验证。合理规划艺术实践活动，明确实践性教学的范畴、内容、形式及管理办法，打破以往艺术类专业教学中存在的课内教学、课外实践脱节的现象，将学生在校学习期间参与的校内外艺术实践活动统一纳入到专业教学的视野当中进行规范和计划，甚至可以在教学空间方面将教室设在舞台上，为学生开拓良好的教学环境。艺术实践活动将有利于展示课堂教学成果提高学生专业能力，有利于提高学生社会活动能力，有利于培养学生良好的思想道德品质，有利于把握社会发展需要推动课程建设。
在中国高等艺术教育必将取得更大发展的时代，在国家和社会共同期待新型音乐表演人才的今天，在高校全面而深入思考办学规律、效率和质量的节点上，构建全新复合型音乐人才培养模式符合时代发展对音乐人才的需求，能够有效缓解甚至解决多年来传统音乐教育办学中存在的弊端，值得广大音乐教育者进一步研究、探讨及完善。
参考文献
[1]马达.《音乐教育科学研究方法》.上海音乐出版社, 2005 (5)
[2]黄凯.试论音乐剧表演人才的培养规格[J].北京舞蹈学院学报, 2009 (4) :99-105
[3]郑艺.综合艺术院校创新型人才培养机制的建构[J].现代教育科学, 2011 (1) :157-159
[4]林雯.当前我国艺术人才培养、需求状况及其对策研究[J].湖北师范学院学报, 2009 (3) :125-129
复合机制 篇5
随着科技的不断进步,越来越多的电子、电气设备得到广泛运用,与此同时,不同频率的电磁波充斥着人们的生活空间,带来了许多电磁辐射与干扰;在军事上,由于各种先进的探测器及精确制导武器相继投入使用,对航空航天武器的生存及突防构成了威胁,隐身技术应运而生,这些都使电磁屏蔽与吸收材料的需求与日俱增[1]。目前应用最广泛的是铁氧体材料,大多数采用尖晶石型铁氧体[2,3],国外对尖晶石型铁氧体吸波材料研制较多,如美国的康达通(Conductron)公司、伊曼孙公司、哥德尔(Goodyear)公司、洛克威尔(Rockwell)公司,日本东京电气公司、关西涂料公司、东北金属工业公司等均在相关领域取得不少成果[4];其次导电炭黑、石墨、碳化硅[5]等碳相关材料,由于其原料来源丰富,导热性较好,同时可以大幅调整复合材料电导率,是典型的电阻型吸收剂;金属微粉由于具有良好可调的电磁参数,利于阻抗匹配和拓宽频带,是良好的磁损耗型吸波材料;导电高分子如聚苯胺、视黄基席夫碱等,因其质量轻、易于设计和加工等优点成为了新型的电损耗型吸收材料。
在新型电磁吸收材料的研究中,纳米材料由于具有小尺寸效应以及高表面能等特点[6]受到了广泛重视,目前的研究集中在金属纳米粒子(以Fe、Co、Ni为主)、合金纳米粒子[7]、纳米纤维[8]、混合金属纳米粒子、氧化物纳米粒子[9]和纳米铁氧体[10,11]等方面。其中铁磁性纳米粒子兼具纳米材料和磁性金属的高Snoek极限和磁损耗[12]等优点,能在较宽的频段内实现对电磁波的吸收,因此被应用到微波吸波材料研究中。但铁磁性纳米材料由于磁性较强,在高频处易发生涡流损耗,且团聚现象较严重,影响了其实际应用。新型的核壳型Ni(C)纳米胶囊将高缺陷介电碳层包覆在Ni纳米粒子的表面,不仅可以弥补磁性金属纳米粒子介电损耗不足,抑制高频处的涡流损耗,提高磁导率,还可以隔离磁性纳米粒子的接触,减轻团聚现象,提高抗氧化性。前期工作中已讨论了单一含量的Ni(C)纳米胶囊电磁波吸收性能[13],本实验在此基础上以Ni(C)纳米胶囊为微波吸波剂,在0.1~18GHz范围内测试了不同含量吸收剂/石蜡复合材料的电磁参数,分析了吸收剂含量对电磁参数及吸收性能的影响,通过反射损耗及输入阻抗值的模拟计算,加深了对新现象的理解。
1 实验
1.1 Ni(C)纳米胶囊的制备工艺
通过直流电弧等离子体法制备Ni(C)纳米胶囊[13]。真空状态下通入0.03 MPa甲烷气体作为碳源,块体镍作为Ni源,蒸发电流保持120A。粉体制备完成后通入少量空气钝化,约6h后收集粉体待用。
1.2 Ni(C)纳米胶囊的性能与表征
采用XRD-6000型X射线衍射仪对样品的物相和结构进行表征(Cu靶Kα,λ=0.154nm,管压50kV,扫描范围30~80°)。采用Tecnai G20S-Twin型高分辨透射电镜分析样品微观形貌。使用矢量网络分析仪E5071C测得同轴样品(外径Φout=7.00mm、内径Φin=3.04mm)的电磁参数随频率变化的图谱,测试范围为0.1~18GHz,根据Nicolosn和Ross等提出的传输/反射法模型计算出复合样品的复介电常数和复磁导率[14]。
2 结果与分析
2.1 Ni(C)纳米胶囊的物相表征及结构分析
图1(a)是Ni(C)纳米胶囊X射线衍射谱,在2θ=44.517°、51.849°、76.370°处的3个峰分别代表Ni的(111)、(200)、(220)晶面,说明Ni(C)纳米胶囊的主相为金属Ni。X射线衍射谱中没有出现碳壳层的衍射峰,表明碳包覆层较薄,或没有出现尺寸较大的碳聚集体,与以往的纳米颗粒的衍射谱具有相同的特征,这在透射电子显微图片中得到了进一步证实。图1(b)是Ni(C)纳米胶囊的低倍率透射电镜照片,可以看出Ni(C)纳米胶囊为球形,粒径分布范围在50~70nm内,尺寸分布较宽,这是由于蒸发气氛为单一甲烷碳源,缺少相应冷凝条件所致,加入一定量惰性气体或控制外部冷却条件,纳米粒子的尺寸分布状况可以得到进一步改善。此外,可以观察到一定的团聚现象,这是由于纳米粒子具有较高的表面能而相互吸附引起的,通过溶剂环境下的强超声振荡或有机溶剂改性,可以缓解团聚现象[15]。图1(c)为高分辨透射电镜显微照片,可以清楚看到纳米胶囊中的核心Ni晶体以及表面碳包覆层,碳壳厚度约6nm,由数层弯曲的层状石墨结构构成,这一结构进一步验证了XRD结果。更具意义的是,弯曲的碳层中产生大量缺陷,这将成为电磁波作用下的极化中心,进而提高电磁波的损耗及吸收。
图1 Ni(C)纳米胶囊X射线衍射谱(a)、低倍率透射电镜照片(b)和高分辨透射电镜照片(c)Fig.1 XRD pattern(a),TEM image(b)and HRTEMimage(c)of Ni(C)nanocapsules
2.2 Ni(C)纳米胶囊电磁参数
2.2.1 Ni(C)纳米胶囊复介电常数分析
图2(a)、(b)分别是质量分数为10%、20%、30%和40%的Ni(C)纳米胶囊/石蜡复合材料的介电常数实部与虚部随频率的变化曲线。由图2可以看出,介电常数实部与虚部均随着质量分数的增加而提高,每个样品在0.1~10GHz范围内随着频率的增加而降低,在高于10GHz的范围内接近于常数,体现出明显的介电弛豫现象[13]。这是由于晶化的碳材料是良好导电体,但由于弯曲产生较多缺陷而成为一类介电损耗材料,同时碳层的包覆增加了金属/介电界面,因此会发生界面极化与弛豫现象,这是碳材料的典型表现行为。Ni(C)纳米胶囊的介电常数虚部在8.5GHz、10GHz和15GHz处出现3个共振峰,可能分别对应不同的介电损耗机制。首先,由于Ni(C)纳米胶囊比表面积很大,在复合材料中存在两种界面,包括由于Ni与C电导率不同而存在的界面,以及碳包覆层与石蜡基体间的界面,这两种接触面上会产生电荷积累,使界面极化加强[16];其次,在电磁场的作用下,表面石墨层弯曲形成的高缺陷成为了极化中心,空间电荷极化加强,并起到了消除涡流损耗的作用;最后,纳米胶囊中外部感应双电子层和内部的自由电子形成了宏观偶极子,在电场作用下产生了介电损耗,增强了偶极子极化。电子位移极化和离子极化通常出现在红外区和紫外区的高频段,将不出现在本测试范围内。因此,Ni(C)纳米胶囊的极化机制主要是界面极化、空间电荷极化与偶极子极化。
图2不同含量Ni(C)纳米胶囊复合样品的复介电常数实部(a)、虚部(b)随频率的变化曲线Fig.2 Complex permittivities versus frequency of the Ni(C)nanocapsules/paraffin composites with different Ni(C)contents:real part(a)and imaginary part(b)
从图2中还可以看出,随着纳米胶囊含量的增加,介电常数的实部与虚部都提高。这是由于石蜡作为透波材料,其作用只限于粘结载体,纳米粒子含量增加后,粒子与粒子间的距离减小,介电双层间距减小,传输电荷的能力增强,空间极化增强[17];同时,偶极矩会相应增多,偶极子取向极化也得到增强;且纳米胶囊与石蜡基体的接触面增多,界面极化也会增强。值得一提的是,电磁波在材料内传输时,随着Ni(C)纳米胶囊含量的增加,不仅会增加粒子对电磁波的吸收,还会引起电磁波在纳米胶囊表面的散射,造成多重散射和吸收,这一现象在碳纤维复合材料中也得到证实[18]。
将复介电常数转化为Cole-cole图进行分析。Cole-cole方程可转化为式(1):
这是一个以ε′为x轴和ε″为y轴,圆点为[(εs+ε∞)/2,0],半径为(εs-ε∞)/2的半圆。图3(a)是不同含量Ni(C)纳米胶囊/石蜡样品的Cole-cole图,图3(b)为图3(a)中圆弧部分。由图3(a)可以看出,不同含量Ni(C)纳米胶囊的Colecole图拥有类似的形状,包括多段圆弧与一条近似直线,且随着Ni(C)纳米胶囊含量的增加,实部与虚部均增加。图3(b)中,质量分数为10%与20%的圆弧部分较混乱,但可看出大致有两段圆弧,这是由于粒子质量分数较小,介电弛豫现象不明显导致的;当质量分数由30%增加到40%后,呈现出3个圆弧叠加的效果,展现清晰的三重极化弛豫现象,表明存在3种不同的极化机制。如前分析,这3种机制分别为Ni(C)纳米胶囊的碳包覆层带来的介电损耗,碳包覆层与镍核的界面弛豫,以及电磁场作用下碳层电子获得了足够能量进入到镍核内部,形成电荷积累而使空间电荷极化弛豫增强。
图3 Ni(C)纳米胶囊/石蜡复合样品的Cole-cole图:全频图(a)、圆弧部分放大图(b)Fig.3 Cole-cole plots for the Ni(C)nanocapsules/paraffin composites with different Ni(C)contents:full frequency range(a)and enlarged circles(b)
2.2.2 Ni(C)纳米胶囊复磁导率分析
图4(a)、(b)分别是质量分数为10%、20%、30%和40%Ni(C)纳米胶囊/石蜡复合材料的复磁导率实部与虚部随频率的变化曲线。由于外壳石墨层的存在减弱了饱和磁化强度[19],因此磁导率较低。这4种质量分数的复合材料的复磁导率实部分别从0.94、1.13、1.08、1.08变为0.99、0.96、0.93、0.92。在0.1~9GHz频率范围内磁导率实部一致降低,到10.0GHz后基本保持为常数。复磁导率虚部在整个频率范围内出现了多重共振峰,首先3.5GHz处的峰为自然共振峰,这与前期研究中测定的共振频率5.5GHz[13]有所差异,峰位向低频方向移动,根据Kittle提出的铁磁共振理论,自然共振频率与各向异性场相关,其关系式可以表示为:
式中:fr是自然共振频率,γ是旋磁比,HA是有效各向异性常数。根据简单模型[20]:
式中:Kv′和Ks′分别表示体积和表面积对有效各向异性场的贡献,且其与粒子的粒径成反比。因此,当粒子的粒径d增大时,Keff减小。而有效各向异性常数可以表示为:
当粒子粒径增大时,有效异性常数减小,自然共振频率将向低频移动,前期工作中的Ni(C)纳米胶囊直径在20~30nm范围,而本实验中的粒径分布为50~70nm,粒径增大,因此自然共振峰向低频移动至3.5GHz。图4(b)中,在8.2GHz处出现的峰可能是Ni(C)纳米胶囊特殊的核壳结构或磁的相互作用引起的峰,而其他微小共振峰可能是由纳米胶囊在石蜡基体中分布不均匀,形成了不均匀的网络结构,或是样品与测试仪器间形成了谐振腔所造成的。值得一提的是,不同含量Ni(C)纳米胶囊/石蜡复合材料的复磁导率实部在8GHz处有一个共同的交点,在此频率磁导率实部不随吸收剂含量的变化而变化。Pan Shunkang等[21]研究了PrFe-Ni合金,发现Pr16.67Ni83.33-xFex(x=0、5.0、10.0、15.0、17.5)的电磁参数随着x的变化其复磁导率实部也在5GHz处出现相同的交点。左芳等[22]在研究聚苯胺包覆Ni纳米胶囊时发现交点出现在6.6GHz处,并解释为在此处存在共振。而Ni(C)纳米胶囊磁导率虚部在8.2GHz处存在一个由Ni(C)纳米胶囊特殊的核壳结构引起的共振峰,核壳结构本身不会随含量变化而发生改变,因此该交点是由于核壳结构引起的。图4中还发现磁导率实部和虚部在10GHz以上频段基本保持为常数,可能是由于高频处出现涡流损耗所导致。对于涡流损耗,根据Maxwell方程可以推导出,当纳米胶囊的直径d小于趋肤深度时,涡流损耗可以表示为:
图4不同含量Ni(C)纳米胶囊复合样品的复磁导率实部(a)、虚部(b)随频率变化曲线Fig.4 Complex permeabilities versus frequency for the Ni(C)nanocapsules/paraffin composites with different Ni(C)contents:real part(a),and imaginary part(b)
式中:f为电磁波的频率。若复合材料中只存在涡流损耗时,C0应是一个与频率变化无关的常数[23]。图5为不同含量Ni(C)纳米胶囊/石蜡复合材料的C0随频率变化图。由图5可以看出,C0随着纳米胶囊添加量的增加而变化,在1.5~6.0GHz和6.0~10.0GHz范围内出现2个峰,说明在此频率范围内存在多种损耗机制,且涡流损耗不是主导因素。但在10.0~18.0GHz范围内,4种样品的C0值均接近于相同的常数,说明在高频范围内存在涡流损耗,抑制了磁导率的变化,且与吸收剂含量无关。因此可认为10GHz以上频段复合材料磁导率实部和虚部保持为常数是由于存在涡流损耗所致。
图5不同含量Ni(C)纳米胶囊/石蜡复合材料的C0值随频率的变化曲线Fig.5 C0versus frequency for the Ni(C)nanocapsules/paraffin composites with different Ni(C)contents
从图4中还可以发现,随着纳米胶囊填充量的增加,复合材料复磁导率的实部和虚部都在一定频率范围内增加,这是由于基体石蜡只起到承载和粘结的作用,复合材料的饱和磁化强度只与填充粒子本征磁性及数量相关,因此当填充的纳米胶囊含量增加时,材料的磁化强度提高,磁导率随之增大。另外根据自由电子理论:
式中:ρ是纳米胶囊的电阻率。介电常数虚部值还与复合材料的电导率有关。当吸收剂含量增加时,粒子间间距减小,电阻率减小,因此介电常数虚部增大。
材料的其他磁损耗机制分别有磁滞损耗、磁后效、尺寸共振、畴壁共振等。磁滞损耗是由非可逆磁化引起的,在弱磁场中可以忽略,而且它和磁后效均发生在小于1 MHz的低频下,因此在本实验的测试范围内不存在磁滞损耗和磁后效;由于纳米胶囊粒径均小于100nm,而微波的波长在毫米尺度,因此也不存在尺寸共振;Ni纳米粒子为单畴颗粒,因而也不存在畴壁共振。通过以上分析,Ni(C)纳米胶囊中磁损耗机制主要包括自然共振和高频处的涡流损耗。
图6为不同含量Ni(C)纳米胶囊/石蜡复合材料介电损耗因子(tanδe=ε″/ε′)与磁损耗因子(tanδm=μ″/μ′)随频率的变化关系。由图6可以看出,复合材料的介电损耗随着吸收剂含量的增加而增加,随着频率的增加而降低;而磁损耗在0.1~10GHz范围内随着质量分数的增加低水平增加,在高频处基本没有磁损耗,这是由于高频涡流损耗所导致的。比较二者可以发现,在Ni(C)纳米胶囊/石蜡复合材料体系中,介电损耗占主导,而磁损耗相对较弱。正如前面所述,石墨层的弯曲扭折等缺陷形成了介电极化中心,增强了偶极子极化,同时出现的界面极化等因素导致Ni(C)纳米胶囊以介电损耗为主。
图6不同含量Ni(C)纳米胶囊/石蜡复合材料的介电损耗因子(a)、磁损耗因子(b)随频率的变化曲线Fig.6 Dielectricloss factors(a),and magnetic loss factors(b)versus frequency for the Ni(C)nanocapsules/paraffin composites with different Ni(C)contents
3 Ni(C)纳米胶囊反射损耗及输入阻抗计算
电磁波在空气/介质界面零反射条件是介质的输入阻抗与空间波的阻抗相匹配,即Zin=Z0,其中空气Z0=377Ω,此时可以实现介面的零反射,使电磁波最大程度地进入到介质内部。因此,当吸波剂沿着电磁波的传输路径有效分布或者说吸收剂包围了电磁波的所有通道时,若吸波体能满足阻抗匹配条件,则将会实现电磁波的有效吸收。根据传输线理论:
当材料的厚度d与频率f确定时,输入阻抗和反射损耗只与材料的复介电常数和复磁导率有关。利用已测得的电磁参数可计算含不同质量分数Ni(C)纳米胶囊/石蜡复合材料板在不同厚度下的输入阻抗及反射损耗值。
图7是厚度为4mm时不同含量Ni(C)纳米胶囊/石蜡复合材料的反射损耗及输入阻抗随频率变化曲线。在0.1~3GHz范围内,所有样品的输入阻抗均超过8000Ω,因此未在阻抗图中绘出。从计算结果可以看出,反射损耗随着纳米胶囊添加量的增加而增加。当Ni(C)纳米胶囊质量分数为40%时,最小反射损耗可达-18.8dB,有效吸收带宽为3.4GHz(RL≤-10dB)。因此,当复合材料输入阻抗接近空间波阻抗时,可减少电磁波在材料表面的反射,使电磁波更好地进入材料内部并被纳米胶囊吸收。
图7不同质量分数的Ni(C)纳米胶囊石蜡复合材料的计算反射损耗与输入阻抗(d=4mm)Fig.7 The calculated reflection losses and input impedances versus frequency for the Ni(C)nanocapsules/paraffin composites with different Ni(C)contents(d=4mm)
4 结论
复合机制 篇6
磨损同腐蚀和疲劳共同构成工程构件三大主要失效形式,造成巨大经济损失。采用先进的表面工程技术制备耐磨涂层,可以提高构件的耐磨损性能,延长其使用寿命。原位自生颗粒增强金属基复合材料综合了陶瓷相的高硬度和金属基体良好的塑韧性,而且增强相通过原位反应生成,具有洁净牢固的界面结合,在耐磨损领域具有良好的应用前景[1,2,3]。
激光熔覆技术采用高能密度激光束(104～106W/cm2)作为热源,加热熔覆粉末和部分金属基体形成熔池,熔池凝固后形成与基体呈冶金结合的具有特殊物理、化学或力学性能的熔覆层。由于激光熔覆技术与传统表面工程技术相比具有凝固速度快、应力变形小、加工精度高等显著特点,成为近期原位自生颗粒增强金属基复合涂层技术的研究热点[4,5,6,7,8,9],各种碳化物、氮化物、硅化物常常被用来强化涂层金属基体[10,11]。在各种常用强化相中,TiC具有较高的硬度和良好的热稳定性,并与Fe液之间具有良好的润湿性,在制备Fe基复合材料涂层方面得到了良好应用[12,13]。然而目前针对激光制备原位自生颗粒增强复合涂层的研究大多集中于对该类涂层的制备与表征,对该类涂层中增强相形成机制的研究仍然十分缺乏[14,15]。由于激光熔覆过程中熔覆层的形成要经历独特的热循环过程,因此增强相的形成也与原位铸造法和XD法等其它原位自生技术有较大区别,需要深入研究。本实验采用廉价钛铁和石墨制备了TiC增强Fe基复合涂层,重点分析了TiC增强相的形成机制,以期促进激光熔覆技术制备颗粒增强耐磨复合涂层的应用与发展。
1 实验
1.1 材料和设备
实验用金属基体材料为低碳钢Q235钢(0.14%～0.22%(质量分数,下同)C,0.3%～0.651% Mn,≤0.3% Si,≤0.05% S,≤0.045% P),试样表面经砂纸打磨后采用丙酮清洗,以除去试样表面的铁锈和油污,试样尺寸为50mm×30mm×10mm。熔覆合金粉末为石墨(纯度99.5%,～10μm)和钛铁(26.15% Ti,≤4.5% Si,≤7.1% Al,≤0.089% C,≤0.24% Cu,≤0.049% S,≤0.030% P,≤2.5% Mn,～30μm),石墨和钛铁的质量比为92.14∶7.86,对应Ti和C的原子比为1∶1.3。合金粉末利用混料机混合均匀,将水玻璃调成糊状预置在试板之上,厚度为1.2mm。所用CO2激光器为国产DL-HL-T5000型横流高压电激励连续CO2激光加工器。配套机床为DL-LPM-IV三维数控加工机床。实验采用功率为2500W,光斑直径为3mm,激光扫描速度为5mm/s,搭接量为30%。熔覆时侧向喷吹氩气保护,氩气流量为20L/min。
1.2 方法
采用日本理学电机D/Max-rB型X射线衍射仪分析试样物相,加速电压40kV,电流100mA,衍射范围20～80°,衍射速度4(°)/min,步长0.02°。金相试样经切割、镶嵌后,利用金相砂纸研磨并采用金刚砂抛光剂抛光。腐蚀剂为3%硝酸酒精。为观察TiC增强相形貌,对试样进行了5～8min的深腐蚀,并采用JSM-6480LA扫描电镜(SEM)及其能谱仪(EDS)对试样进行了观察。此外,采用H-800型透射电镜(加速电压150kV)对薄膜试样进行高倍组织形貌观察以及电子选区衍射分析。
2 结果与讨论
2.1 实验结果
(1)熔覆层物相组织
图1为钛铁和石墨预置合金粉末及所制备的熔覆层的XRD结果,原预置合金粉末衍射峰分别对应Fe2Ti物相和石墨物相。与原预置合金粉末相比,激光熔覆层的衍射峰为α-Fe和TiC,因此可以看出经过激光处理获得了原位合成的TiC增强相。此外,还可以看到本实验选择的钛碳原子比为1∶1.3的配比可有效弥补熔覆过程中石墨元素的烧损,促进增强相TiC的形成。
采用扫描电镜观察了熔覆层的显微组织,并采用能谱仪进行了元素线扫描分析,观察的视场选择为熔覆层表层区域,所得熔覆层的显微组织和元素分布如图2所示。在熔覆层中,花瓣状和枝晶状的化合物均匀地分布于基体之上。通过对试样中出现的枝晶形貌化合物进行元素线扫描分析可以看出,在化合物出现的区域,Ti、C的含量相应升高,而Fe以及Al、Mn、Si的含量降低。通过分析元素分布,结合XRD结果可以判断,花瓣状和枝晶状的化合物为TiC增强相,而灰色的基体组织为固溶了其它合金元素的α-Fe,固溶元素Al、Si、Mn为原铁合金中含有的元素。
(2)增强相形态
为详细观察TiC形貌特征,对试样进行了深腐蚀,所得熔覆层组织如图3所示,其中图3(a)为枝晶状TiC形貌,图3(b)为图3(a)中黑色椭圆处的共晶TiC形貌。增强相TiC表现出典型枝晶状特征,均匀分布于α-Fe基体中,二次枝晶臂与枝晶主干呈90°夹角生长,有些枝晶的二次枝晶臂已经非常发达,而且枝晶表现出典型的小平面相特征。试样中有些区域TiC砖块状堆积排列是由于观察用试样平面同二次枝晶臂相截产生的结果。熔覆层中大量枝晶相TiC的存在可以显著提高熔覆层的耐磨损性能。此外,熔覆层中还发现了尺寸细小具有短棒状和分叉形貌的TiC增强相,如图3(b)所示。这种TiC尺寸较小,为鱼骨状形貌,与尺寸较大的树枝晶区别明显。分析该种TiC的形貌特点应为共晶反应形成的TiC增强相。
图4为熔覆层内TiC增强相的TEM图,可以看出TiC粒子与基体之间具有平直的结合界面,符合原位自生复合材料的特征。这种界面使得增强相与基体具有牢固的结合,在磨损过程中可有效克服增强相脱落,从而提高熔覆层的耐磨损性能。图4(b)为TiC增强相undefined晶带轴的电子衍射斑点。对TiC晶格参数的计算结果表明其晶格参数为0.4336nm,略大于TiC的标准晶格参数(0.43285nm)。TiC晶格参数的畸变是因为其固溶了一定量的其它合金元素。由于激光熔覆的冷却速度远远偏离TiC形成的平衡热力学及动力学状态,在其凝固过程中导致溶质元素截留以及凝固生长界面捕获溶质原子,因此TiC形成过程中其内部会固溶一定量的其它元素(铁合金含有的Fe、Al、Si、Mn),从而导致其晶格参数略大于标准值。
2.2 讨论
激光熔覆制备原位颗粒增强熔覆层,体系中增强相的形成过程受激光加热、材料熔化、反应放热、熔池持续升温、快速凝固以及随后的固相相变等的影响,具有独特的生长机制。钛铁和石墨体系在激光加热、预置粉末熔化形成熔池并达到钛铁低熔共晶点时将诱发Ti+C→TiC反应,通过在液相中扩散、化合析出的方式形成增强体,其尺寸十分细小。由于上述反应为放热反应,因此增强相在生成过程中还将伴随大量反应放热。该热效应将同激光的热量耦合,对熔池持续加热使熔池升温,因而在此条件下反应生成的细小有序增强体结构将部分或全部分解、熔化于合金液中。在随后的凝固冷却过程中,增强相将以形核-长大的方式从溶体中析出。
在激光作用下形成的熔池中,当某一微区成分满足增强相TiC形核所需的浓度起伏、结构起伏和能量起伏时,在该微区便可形成增强相的晶核。当晶核达到临界晶核的尺寸时,将会在冷却过程中不断长大,形成最终的增强相。随着晶核的长大,TiC前沿熔体的扩散驱动力增大,而且由于溶质再分配导致的界面前沿液相线温度变化,极易出现成分过冷,从而导致TiC晶体界面失稳生长发展成辐射枝晶形状。TiC晶体为立方晶系,属于NaCl型晶体结构,Ti和C原子处于面心立方晶格的结点。面心立方晶体的[100]方向具有较高的生长速度[16],沿该方向界面最易失稳发展成枝晶主干,而最终显露出的枝晶臂平面则为具有最低界面能的(111)晶面,如图5(a)所示。TiC具有较高的熔化焓(71.18kJ/mol),因此具有较高的Jackson因子(文献[17]的结果显示TiC的Jackson因子为5～7),生长方式为小平面生长。图3中枝晶状TiC平直的端面形态也反映了这一特征。
根据F. Scandella[18]对Fe-Cr-Nb-C体系相变过程研究结果的分析,TiC增强Fe基熔覆层各相的析出和相变过程为L→TiC+L→δ-Fe+TiC+γ-Fe→TiC+γ-Fe→TiC+α-Fe。随着上述初生TiC增强相的生长,Ti、C浓度降低,当熔池成分达到一定成分范围内时,便会发生准共晶反应,具有较低C原子溶解度的δ-Fe排出C原子,而周围Fe-Ti熔体吸收C原子形成共晶TiC,如图5(b)所示。由于TiC与δ-Fe之间形成的共晶体为粗糙-平滑界面共晶,二者界面的微观结构不同,导致它们形成的共晶具有复杂的形态。粗糙界面较光滑界面所需的动态过冷度较小,因此δ-Fe的生长往往超前于具有光滑界面结构的TiC晶体,两相生长的各相异性将导致滞后生长的TiC只能在余下空间生长,其生长范围受到限制并可能发生枝化,由此得到短棒状和分叉状形貌的共晶TiC。
3 结论
采用激光熔覆技术,通过钛铁和石墨的原位冶金反应可以制备TiC增强Fe基激光熔覆层。TiC增强相通过熔体析出方式形成,初生TiC在形成过程中由于晶核在界面前沿熔体扩散以及成分过冷的作用下导致界面失稳,易沿着[1]方向作为枝晶主干生长成枝晶状形貌,枝晶端部的显露面为密排{111}平面。当熔体中Ti、C元素浓度降低到一定程度时还将发生L→δ-Fe+TiC共晶反应,从而形成鱼骨状共晶TiC。
摘要：激光熔覆技术在制备原位自生颗粒增强金属基耐磨复合涂层领域具有良好的应用前景。以廉价钛铁和石墨为熔覆粉末,采用横流CO2激光器在低碳钢基体上制备了TiC增强Fe基复合涂层,并对涂层物相组织和TiC增强相的形成机制进行了研究。结果表明,增强相TiC通过原位冶金反应形成,在熔体的冷却过程中析出长大,具有树枝晶和鱼骨状两种形态。树枝晶形态的TiC为熔体先析出相,其生长形态受界面前沿成分过冷和晶体生长习性控制。鱼骨状TiC由δ-Fe和TiC的准共晶反应形成,溶质原子扩散特征和晶面能决定了共晶TiC的最终鱼骨状形貌。均匀弥散分布的TiC增强相有助于提高涂层的耐磨损性能。
复合机制 篇7
铜基颗粒增强复合材料是将高强度、高硬度、高模量、高熔点的颗粒加入到塑性良好的铜基体中,提高铜的抗拉强度、弹性模量、硬度和耐磨性,并使这些性能的改善在高温下更加明显[1]。Cu/WCp颗粒增强复合材料作为一种电接触材料使用越来越广泛,关于其制备工艺、力学性能[2]以及耐摩擦性能[3]已经有过相关研究。但是作为结构材料其疲劳性能是评价材料优劣的重要指标,疲劳行为研究已成为材料工作者的重要课题。影响材料的疲劳裂纹扩展速率的因素较多,其中应力比对材料疲劳裂纹扩展速率的影响以及对其影响机制分析引起了较多研究者的关注[4,5]。应力比R对颗粒增强复合材料的疲劳裂纹扩展行为的影响也有相关报道[6,7]。
裂纹闭合的概念在20世纪70年代早期由Elber最先提出,裂纹闭合效应被认为是应力比对疲劳裂纹扩展速率的影响机制[8]。为了量化裂纹闭合影响,Elber将有效应力强度因子幅ΔKeff引入到裂纹闭合模型中;在此基础上Schijve[9]和陆夏美等[10]研究者对有效应力强度因子幅ΔKeff进行过更深入的研究,提出了不同裂纹闭合模型。Xu[6]和Tokaji[7]等均认为裂纹闭合效应是不同应力比下粉末冶金制备的SiCp/Al颗粒增强复合材料疲劳裂纹扩展速率的影响机制,而并没有考虑到Kmax引起的裂纹尖端的单调损伤的影响。但是,裂纹闭合概念的提出是伴随着争议的,研究者们关于裂纹闭合对裂纹扩展的意义也没有达成一致。为了更好地解释应力比对材料疲劳裂纹扩展速率的影响机制,Daniel[11]提出一种新的两参数裂纹驱动力参数(ΔK+Kmax)0.5来评价应力比R对铝合金裂纹扩展速率的影响,从结果来看该两参数驱动力模型较裂纹闭合模型的相关性更好。另外Zhan等[12]也提出了一种研究应力比对材料疲劳裂纹扩展速率的近似模型。总之,关于研究应力比对粉末冶金制备的Cu/WCp颗粒增强复合材料疲劳裂纹扩展速率的影响,并结合裂纹闭合模型和两参数驱动力模型来分析其影响机制的报道还比较有限。
本工作主要研究了不同应力比R下粉末冶金制备的Cu/WCp颗粒增强复合材料的疲劳裂纹扩展速率,并结合裂纹闭合模型U=ΔKeff/ΔK和两参数裂纹驱动力模型(ΔK+Kmax)0.5分析了应力比R对Cu/WCp颗粒增强复合材料疲劳裂纹扩展速率的影响机制;最后通过扫描电镜SEM进行断口分析,探讨应力比对材料疲劳损伤的影响机制,旨在为Cu/WCp颗粒增强复合材料的制备提供实验依据。
1 实验
1.1 材料制备
本实验中所用材料为粉末冶金工艺制备的Cu/WCp颗粒增强复合材料,具体制备工艺如下:将电解铜粉和碳化钨颗粒按碳化钨体积分数15%、铜粉体积分数85%换算成质量分数后进行称量,并分别放入球磨机中球磨混粉8h,球磨机转速是100r/min。将混好的粉末分别装入石墨热压模具中,然后将模具放置到真空热压烧结炉内。为了防止烧结体氧化,在加热烧结之前,要对炉腔抽真空,使炉腔内的大气压在10Pa以下,然后以15℃/min升温到200℃,压力保持在1MPa,以较低的升温速度10℃/min升至烧结温度950℃,匀速加压至30 MPa,保温保压1h,最后随炉冷却至室温。用电火花线切割机把烧结好的毛坯料加工成拉伸试样和疲劳试样。
1.2实验过程
本工作对粉末冶金制备的Cu/WCp颗粒增强复合材料在不同应力比下进行疲劳裂纹扩展速率试验研究;试验用复合材料的静态力学性能在WDW-20微控电子万能试验机上进行测试,材料的弹性模量为139GPa,屈服强度和抗拉强度分别为172 MPa和307 MPa。疲劳裂纹扩展试验在MTS810疲劳试验机上进行,疲劳试件为单边缺口拉伸试件,试样平行段尺寸为30mm×12mm×5mm。试样表面分别用金相砂纸进行逐级打磨并抛光至镜面。根据规范HB7680-2000[13]的要求,采用降荷载法对带有缺口的试件预制0.5mm的裂纹,预制裂纹时应力比均为0.1。不同应力比下施加的疲劳载荷大小见表1。
疲劳裂纹长度采用长焦距显微镜M75裂纹长度监测系统进行原位停机测量,通过显微镜记录下相邻两个裂纹尖端,用显微系统自带的测量软件VOMT100测量出裂纹扩展增量Δai。同时记录下相邻两裂纹尖端对应的疲劳荷载循环次数Ni,采用割线法计算da/dN:
单边缺口拉伸试件的应力强度因子范围参照式(2)[13]。
式中:B为试件厚度,W为试件宽度。计算应力强度因子ΔK值,并与相应的da/dN进行数据回归。
2 结果与分析
2.1 疲劳寿命及扩展
图1为不同应力比下的疲劳寿命(见图1(a))和裂纹扩展速率da/dN与裂纹驱动力ΔK的关系(见图1(b))。从图1中可以发现疲劳裂纹扩展寿命随应力比的增大而减小;而裂纹扩展速率则随应力比的增大而增大,尤其在近门槛区域区别更明显。在第二阶段裂纹扩展速率逐渐汇合在同一区域,这说明应力比R对裂纹扩展速率的影响在近门槛区域较线性扩展阶段明显。
在描述裂纹扩展速率da/dN与裂纹驱动力ΔK的关系时最常用到的是Paris裂纹扩展模型:
式中:C和m为材料常数。对线性阶段进行Paris公式拟合(见表2),从结果来看应力比R越大C越大,裂纹扩展速率越快。对于应力比R对裂纹扩展速率的影响机制将在以下小节中进行详细阐述。
2.2 影响机制分析
2.2.1 模型理论基础
裂纹闭合最初是指疲劳载荷循环过程中塑性变形使得裂纹面过早接触导致施加的裂纹扩展驱动力ΔK降低为有效的裂纹扩展驱动力ΔKeff,用它可以成功解释应力比R对裂纹扩展速率的影响。后来随着裂纹闭合概念的推广,粗糙度诱发裂纹闭合、氧化物诱发裂纹闭合、粘性流体诱发裂纹闭合和材料相变诱发裂纹闭合等多种裂纹闭合机制被提出[14]。
为了量化裂纹闭合效应的大小,Elber[8]将有效应力强度因子幅ΔKeff引入到裂纹闭合模型中,有效应力强度因子幅ΔKeff定义为:
对完全张开裂纹,Kmax是最大循环载荷下的应力强度因子,Kop是裂纹开始张开时荷载计算的应力强度因子。同时引入裂纹闭合系数U(见式(5))来衡量不同应力比R时裂纹闭合效应对应力强度因子ΔK的降低程度:
裂纹闭合系数U=f(R)的引入可以将裂纹闭合效应和应力比R有效关联起来。Elber[8]、Schijve[9]等基于不同应力比下测量的裂纹闭合效应的大小提出了不同的裂纹闭合系数方程式U=f(R),这些方程式的提出均能将分散性较大的d(a/dN)i-ΔK数据点汇聚于一条较窄的范围内。由于裂纹闭合系数方程适用范围不同,结合本试验研究内容(应力比为0.1、0.3、0.5)笔者选取了Elber裂纹闭合方程式(6)和Schijve裂纹闭合方程式(7)对不同应力比下裂纹扩展速率结果进行关联性研究。
然而,裂纹闭合概念的提出是基于实验结果而得来的,研究者们对裂纹闭合之于裂纹扩展的实际意义没有完全达成一致。实际上,裂纹尖端影响区的实际损伤是由Kmax引起的单调损伤和由ΔK+引起的循环损伤两种损伤过程的叠加。式(5)中的裂纹闭合概念并没有考虑到由Kmax引起的单调损伤贡献。为了避免使用具有争议性、非重复性的裂纹闭合数据,Daniel[11]提出一种两参数(ΔK+Kmax)0.5(ΔK+是荷载P>0时的应力强度因子)驱动力模型来关联铝合金在不同应力比下的裂纹扩展速率。Donald等[15]也认为疲劳裂纹扩展速率不仅和应力强度因子幅ΔK有关,而且也受到Kmax的影响,并提出了两参数驱动力模型(ΔKeff1-nKnmax)(n是拟合常数)来分析不同应力比下Kmax对裂纹扩展速率的影响。
综上,本工作将根据裂纹闭合模型和两参数驱动力模型对不同应力比下粉末冶金制备的Cu/WCp颗粒增强复合材料的疲劳裂纹扩展速率进行关联性研究。通过不同应力比下(da/dN-ΔK)曲线间的关联程度,分析应力比对粉末冶金制备的Cu/WCp颗粒增强复合材料的疲劳裂纹扩展速率的影响机制和疲劳损伤机制。
2.2.2 分析结果对比
图2是以ΔK(a),ΔKeff((b)、(c)),(ΔK+Kmax)0.5(d)作为驱动力时不同应力比的裂纹扩展速率的相关性对比结果。从图2(a)中可以发现,当以应力强度因子幅ΔK作驱动力时,不同应力比的裂纹扩展速率数据点分散性较大,尤其在近门槛值附近区域数据波动越明显。当去除裂纹闭合效应,即以有效应力强度因子幅ΔKeff作为裂纹扩展驱动力时(Schive模型见图2(b)和Elber模型见图2(c)),不同应力比下的裂纹扩展速率的离散性均较应力强度因子幅ΔK低,在整个有效应力强度因子幅内裂纹扩展速率数据点的相关性均有较大提高。这说明应力比R对Cu/WCp复合材料疲劳裂纹扩展速率的影响在一定程度上是由裂纹闭合引起的,裂纹闭合的程度在近门槛值附近尤为明显,说明应力比R对近门槛附近裂纹扩展速率的影响较大。
为了考虑Kmax导致的材料单调损伤对裂纹扩展速率的影响,本工作运用两参数驱动力模型来研究Cu/WCp在不同应力比R下的裂纹扩展速率的关联性,见图2(d)。从结果可以看到以(ΔK+Kmax)0.5为驱动力时不同应力比R下的裂纹扩展速率数据点高度重合,相关性最好,数据分布带最窄,接近一条曲线分布。这说明应力比R对Cu/WCp疲劳裂纹扩展速率的影响因素中Kmax占主导作用。
2.2.3 断口分析
从裂纹扩展速率结果来看,在近门槛值附近应力比对裂纹扩展速率的影响较稳定扩展阶段明显。因此,对断口分析也分为近门槛值附近区域和稳定扩展区域两个阶段。由于篇幅限制这里仅选取应力比R=0.1、0.5的疲劳断口进行对比研究(见图3)。从断口整体对比来看,高应力比(R=0.5)的断面较低应力比(R=0.1)的断面粗糙,呈高低不平的台阶状样。台阶状样的形成主要是由于高应力比时Kmax使得裂纹尖端塑性区内颗粒和基体间的脱粘较严重,脱粘后形成较多的二次裂纹,在循环载荷作用下主裂纹主要沿着裂纹尖端能量消耗较小的路径扩展,主裂纹与即将连接的二次裂纹并不在同一个平面,从而形成高低不平的台阶状。高应力比时断口呈现偏脆性断裂形式。而低应力比时断口有大量的基本平行于裂纹扩展方向的撕裂脊,撕裂脊的形成主要是分布在高低不同的几个面上,高度不同的面之间通过集体塑性变形撕裂相连接而形成了撕裂脊[16]。从局部放大来看(见图3(e)和(f)),在近门槛值附近区域,低应力比时断口形貌以基体撕裂为主而高应力比时断口韧窝和裸露颗粒较多并伴随有少量二次裂纹出现,具有明显的脆性断裂特征。二次裂纹的出现也说明高应力比时Kmax加剧了裂纹尖端塑性区内的损伤累积。
平面应力裂纹尖端张开位移[17]公式为:
式中:K为应力强度因子,E为材料弹性模量,σy为材料的屈服强度。根据式(8)可以计算得到应力比为0.1和0.5时整个ΔK范围内最小循环载荷Pmin下的裂纹尖端张开位移CTODmin范围分别为0.014~0.087μm和1.11~3.16μm。由于颗粒平均粒径为1.5μm,远远大于低应力比的最小循环载荷下的裂纹尖端张开位移值,这说明低应力比时颗粒粗糙度引起的裂纹闭合效应远远大于高应力比时颗粒粗糙度引起的裂纹闭合效应,所以高应力比时裂纹扩展速率较快。
另一方面,裂纹尖端塑性影响区尺寸[18]公式为:
可以发现Kmax越大,裂纹尖端塑性影响区ry越大,这说明高应力比的Kmax加剧了材料的单调损伤,具体表现形式为WCp颗粒和基体Cu脱粘形成大量的韧窝,并伴随局部二次裂纹,形成粗糙的裂纹面并加速了疲劳裂纹扩展速率。图4为裂纹尖端塑性区和裂纹尖端张开位移示意图,不同应力比下的裂纹尖端塑性区如图4所示,图中黑色线为塑性区内可能的裂纹扩展路径。由于高应力比下的Kmax引起的裂纹尖端塑性区尺寸较低应力比的塑性区尺寸大,使得裂纹尖端塑性区内的颗粒和基体脱粘严重,从而降低了材料的疲劳裂纹扩展抗力;而低应力比时裂纹尖端的塑性影响区较小,导致颗粒脱粘的数量和概率明显减小从而使得裂纹路径相对平坦。同时不同应力比下的裂纹扩展驱动力ΔK大小相等,使得循环塑性区尺寸是一致的,所以Kmax导致材料单调损伤是高应力比下裂纹扩展速率加快的因素之一,即单调塑性区尺寸越大,裂纹扩展速率越快。
3 结论
复合机制 篇8
关键词：经济危机,经济外交,外交决策,政策行为者,复合决策体制
一、中美贸易摩擦的背景和产生的原因
自1979年中美建交及《中美贸易关系协定》签订以来, 中美双边贸易快速增长。2010年, 中美两国贸易额达到3853.42亿美元, 中美两国已互为第二大贸易伙伴。但是, 随着中国加入WTO以及在双方贸易量持续增加的同时, 中美贸易摩擦也快速增加, 美国对进口国提出的倾销指控中, 有20%以上涉及中国。
中美之间的贸易摩擦主要发生在两个方面:一是中国具有比较优势的出口领域;二是中国没有优势的进口领域。中国自改革开放以来发生了翻天覆地的变化, 也对世界经济格局产生了重要的影响, 世界制造业中心逐渐从发达国家转向发展中国家。新古典国际贸易理论认为, 劳动力相对充裕国家, 一般拥有生产劳动密集型产品的比较优势, 而资本相对充裕的国家, 则具有生产资本密集型产品的比较优势。中国是劳动力充裕的国家, 则发展制造业这样的劳动密集型产业, 而美国拥有充裕的资金和先进的技术, 则发展资本和技术密集型产业。这样就导致了中美之间贸易收支的不平衡。中国劳动力供给充足, 工资低廉, 生产成本低, 所以大量出口。中国人均收入相对较低, 对进口资本和技术密集型产品需求较小。而美国人均收入高, 但是制造业大多都是生活必需品, 但是美国的工资成本高, 所以对此类产品的进口需求较大。因此, 产生了中国对外贸易的顺差和美国对外贸易的逆差。据统计, 2010年美国对中国的贸易逆差达1812.66亿美元, 年均增长率为5.9%。巨大的对外贸易逆差导致美国国内大量的制造业工厂倒闭, 工人失业, 外汇储备减少。为了改善国际收支, 美国对中国采取了贸易保护主义, 通过提高关税、征收反倾销税、反补贴税等各种渠道限制中国具有比较优势的产品的出口。
面对美国对华的一系列贸易保护政策, 中国国内也有很多不同的声音, 有的主张采取报复性贸易保护政策, 有的主张从长远角度处理中美关系, 加强谈判与合作。总之, 中国政府在对外经贸的政策上不再是过去的一元主导政策, 而是形成了包括政府、非政府组织、进出口商、公众等多个政策行为者首先进行利益表达, 然后通过从政府到社会、从社会到政府和从集中到民主、从民主到集中的循环往复完成了利益的协调, 最终产生一套实现全社会利益最优化的具体的政策。
二、中国经济外交决策体制的变迁
外交政策是一国处理国际、对外关系问题, 进行外交活动所遵循的基本原则和行动方针。所谓经济外交, 是外交政策的一种表现形式。国家为发展国内经济或实现某种政治军事目的而进行的对外经济活动, 包括发展对外贸易、引进外资、消除贸易壁垒、加入国际组织以及对落后国际给予经济援助等。
建国初期, 我国的外交决策体制高度集中。当时很多外交决策都是由党中央高层领导毛泽东、周恩来等少数政治精英制定的, 外交部等部门实际上只负责提供建议和执行具体的政策, 并不直接参与外交政策的制定。新中国成立之初, 国内百业待兴, 国际上面临以美国为首的西方资本主义阵营的排挤, 在这样的国情下, 高度集中的外交决策体制是最适合中国的。毛泽东根据国内外形势, 提出了“另起炉灶”、“一边倒”、“打扫干净屋子再请客”三大外交方针。当时中国的对外经贸领域几乎空白, 主要依靠苏联的经济援助和进口物资。
上世纪70年代末, 国内和国际形势发生巨大变化。国内刚结束长达十年的文革, 国民经济严重受创。美苏两极对抗升级, 我国则处于两极对抗的孤立地位, 国际形势非常不利。对此, 邓小平同志审时度势, 提出了“韬光养晦, 有所作为”, 并决定改革开放。改革开放以来, 中国对外经济迅速发展, 国际关系日益复杂, 贸易摩擦也日益剧增, 原有的一元主导下高度集中的外交决策体制已经适应不了新时代的形势。外交部在对外关系中逐渐居于核心位置。同时, 随着外向型经济的发展, 经济领域成为中国外交决策的核心之一。在此背景下, 1982年由进出口管理委员会、对外贸易部、对外经济联络部和外国投资管理委员会合并而成的对外经济贸易部作用凸显, 全面负责拟定国家对外经济贸易发展战略和规划, 研究和贯彻对外经济贸易方针政策, 并对全国对外经济贸易实行宏观控制和经济调节。
与此同时, 中国经济外交决策的民主化、科学化程度越来越高。非政府组织、进出口企业、公众、大众传媒对决策的影响力越来越大。如1999年炸馆事件后, 在对美关系的处理上, 民意及媒体的反应在一定程度上影响到中央高层对事件的处理。当下微博、人人等网络社交工具的兴起, 更是为民意的表达提供了更为便捷的途径。20世纪80年代以来, 由各研究所、高校等组成的外交政策思想库的影响力逐渐扩大, 为外交决策的专业化、科学化做出了贡献。
总的来说, 中国外交决策体制经历了从一元主导向复合决策、高度集权向有限分权的转变。随着经济全球化的深入, 大量的跨国公司、非政府组织、政府间组织开始影响中国的外交决策。同时, 受到信息革命的影响, 公众和媒体舆论对政府的外交决策的影响也越来越大。以政府为主导、受多方政策行动者影响的复合决策体制开始成为中国外交决策体制转变的主流方向。
三、政策行为者对经济外交政策制定产生的影响
首先, 中国政府在政策制定上处于主体地位, 是政策的法定生产者。政府在制定经济外交政策的时候, 是站在国家的角度上, 代表的是整个国家的政治利益, 追求的是社会利益最大化。中美贸易摩擦由来已久, 主要的导火索就是美国在中美贸易长期处于贸易逆差。尤其是在经济不景气时期, 美国国内失业率居高不下, 社会矛盾加剧, 更加促使了贸易保护主义抬头。进口国常用的手段包括征收“双反”关税、限制进口配额、技术贸易壁垒等, 如美国对华光伏产品的“双反”政策。新中国建国以来, 一直坚持“和平共处五项原则”发展外交关系, 改革开放以来, 更是积极主动地发展多边外交, 坚持走和平崛起的道路。因此, 面对美国的贸易保护措施, 中国政府应该更多地选择谈判的方式来缓解两国的贸易摩擦。因为如果一味地采取报复措施、打贸易战, 这对于两国来说都会造成损失, 也不利于我国经济的长期发展。1991年, 美国认为中国损害了美国厂商的专利权、版权和商标权, 发起调查后决定针对中国出口的106种商品征收100%的关税, 中国随即提出了价值12亿美元的反报复清单。两国的出口商对此十分紧张, 于是通过各种形式对政府进行游说, 促使了谈判的继续, 最终签订了《关于保护知识产权的谅解备忘录》, 最终一场贸易战得以避免。
可见, 政府在做出某项决策的过程中, 会接受来自各个利益群体的利益表达, 包括公民、社会团体、政党、大众传媒等非政府政策行为主体。谋求和增进公共利益是一切政策的出发点, 经济外交政策也不例外, 所以政策的制定必须有利益群体的参与。民意是指民众意愿和民众利益诉求。民意表达可以通过官方路径、民间路径、媒体路径和专业路径四种形式。官方路径主要是指政策制定者在政治系统内部, 主动设置若干参与渠道供民众进行利益表达, 人民代表大会制度和政治协商制度就是典型的代表。民间路径主要包括基层群众自治组织和社会团体路径。媒体路径和专业路径则主要指大众传媒和专家“智囊团”。
从“引进来”到“走出去”, 是中国开放经济的重要战略内容。“走出去”是鼓励本土企业到海外去投资, 有利于利用国内外资源, 同时也被认为是规避贸易摩擦的重要手段。但是, 美国千方百计将中国企业的投资行为政治化。2005年海尔公司并购美泰公司、中海油公司美国加州石油公司都遭到美国国会的反对而未能成功。除了这一系列的“投资壁垒”, “走出去”战略对国内宏观经济形势也会产生一些负面影响。如果本土企业大规模扩张海外投资, 则会减少国内的投资, 一大批工人会失业, 会产生公众的不满。所以在实施“走出去”战略时要谨慎小心、缓慢推动。
除了“走出去”战略, 还可以采取多元化市场和技术创新等手段对付贸易保护主义。但是, 这系列措施同样也会损害一部分群体的利益。如果积极扩张新的海外市场, 减少同美国的贸易额, 中美贸易商则会不满。如果加强技术创新, 则可以优化产品结构和出口结构, 但是会使一大批传统企业倒闭, 产生更严重的社会问题。
除了普通公众、进出口商和工会等社会团体之外, 大众传播也对当今政府制定经济外交政策产生了重大的影响。大众传播可以检测环境变化、及时发现和提出公共问题, 促进信息交流、释放社会多元诉求, 制造“焦点效应”、催生热点公共问题。大众传播作为公民参与的重要平台, 具有贴近群众的特点, 能够在政府和民众之间架设有效沟通的桥梁。一方面可以反映民意, 一方面可以传递政府的意图。美国对华光伏产品的“双反”在微博上引起了网民的热议, 对于政府的政策制定产生了一定的影响。
政府的外交“智囊团”在经济外交政策的制定过程中也发挥了不小的作用。有些专家认为, 美国目前还是世界上唯一的超级大国, 美国的总体实力强于我国, 在中美贸易摩擦中我国将处于被动地位的局面短时间内不会改变, 中国应该采取适当的妥协政策来争取有利的国际环境。但是, 另一部分人认为应该在“韬光养晦”的同时“有所作为”, 美国的一些反华政策严重影响了中国的经济利益甚至是民族根本利益, 他们主张对美采取强硬的态度。
在国际社会上, 一些国际组织也对中国的经济外交政策产生了一定的影响。WTO (世界贸易组织) 的职能主要包括寻求解决贸易争端, 监督各成员贸易政策等。中国在2001年加入世贸组织后, 逐步开放国内市场, 一直遵守WTO的成员守则, 采取和平方式解决贸易争端。
四、“后危机时代”经济外交应注意的问题
当下, 世界经济正在缓慢回暖, 但是经济危机遗留下来的一些问题还在影响着全世界, 很多国家国际贸易采取了紧缩型政策。此外, 西方制造的“中国威胁论”和“中国阴谋论”对我国发展外向型经济产生了不利的影响。在未来的很长一段时间内, 我国在贸易领域将面临巨大的挑战。
就应对贸易摩擦而言, 技术进步、产业优化、出口市场多元化和对外投资等战略安排的效果并不如多数人想象的那样显著。当前, 需要政府部门、企业、行业协会、公众、媒体等各方共同努力提升应对贸易摩擦的专业技能。在面临重大经济外交问题的时候, 不能由政府单一地进行决策, 而是应该形成包括政府、非政府组织、进出口商、公众等多个政策行为者进行利益表达, 然后通过循环往复的利益协调, 最终制定出民主、科学的、能够实现全社会利益最大化的经济外交政策。
参考文献
[1]海文P.林德特王新荃:《国际贸易》, 格致出版社, 上海人民出版社, 第77—78页
[2]商务部国际贸易经济合作研究院:《中国对外贸易形势报告 (2011年春季) 》
[3]《中国共产党组织史资料 (中央卷) 》, 附卷一 (下) , 第803页
[4]杨洁勉:《后冷战时期的中美关系外交政策比较研究》, 上海人民出版社, 2000版, 第307—308页
[5]陶文钊, 何兴强:《中美关系史》, 中国社会科学出版社, 第318页
[6]宁骚:《公共政策学》 (第二版) , 高等教育出版社, 第209页
[7]宁骚:《公共政策学》 (第二版) , 高等教育出版社, 第218页