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发表于 2008-12-28 14:04:12
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来自: 中国江苏苏州
一、什么是微晶玻璃 3 z9 `* d, W1 q) o. D, H
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微晶玻璃(CRYSTOE and NEOPARIES)又称微晶玉石或陶瓷玻璃。是综合玻璃、石材技术发展起来的一种新型建材。因其可用矿石、工业尾矿、冶金矿渣、粉煤灰、煤矸石等作为主要生产原料,且生产过程中无污染,产品本身无放射性污染,故又被称为环保产品或绿色材料。 , C4 g& L c1 }+ t1 f9 c# ~8 j
7 G" x2 x, ]% h) w微晶玻璃集中了玻璃、陶瓷及天然石材的三重优点,优於天石材和陶瓷,可用於建筑幕墙及室内高档装饰,还可做机械上的结构材料,电子、电工上的绝缘材料,大规模集成电路的底板材料、微波炉耐热列器皿、化工与防腐材料和矿山耐磨材料等等。是具有发展前途的21世纪的新型材料。 ' k: P* O9 Q% Y- c3 P
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二、微晶玻璃的组成
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3 m$ W% e( T8 ^把加有晶核剂或不加晶核剂的特定组成的玻璃,在有控条件下进行晶化热处理,使原单一的玻璃相形成了有微晶相和玻璃相均匀分布的复合材料。微晶玻璃和普通玻璃区别是:前者部分是晶体,后者全是非晶体。微晶玻璃表面可呈现天然石条纹和颜色的不透明体,而玻璃则是各种颜色、不同程序的透明体。
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2 t1 U3 c/ _) r! `1 E微晶玻璃的综合性能主要决定三大因素:原始组成的成份、微晶体的尺寸和数量、残余玻璃相的性质和数量。 . ~! q) H, Q. m; R6 l
: g, s2 F2 `: M( y后两种因素是由微晶玻璃晶化热处理技术决定。微晶玻璃的原始组成不同,其晶相的种类也不同,例如有β硅灰石、β石英、氟金云母、二硅酸锂等,各种晶相赋予微晶玻璃的不同性能,在上述晶相中,β硅灰石晶相具有建筑微晶玻璃所需性能,为此常选用CaO-Al2O3-SiO2系统为建筑微晶玻璃原始组成系统,其一般成分如表一所示。
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表一: CaO-Al2O3-SiO2微晶玻璃组成
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颜色\组成 SiO2 Al2O3 B2O3 CaO ZnO BaO Na2O K2O Fe2O3 Sb2O3 2 R; |6 w; _& m- U5 l
白色 59.0 7.0 1.0 17.0 6.5 4.0 3.0 2.0 0.5 & z1 o) v3 ]7 K
黑色 59.0 6.0 0.5 13.0 6.0 4.0 3.0 2.0 6.0 0.5 6 U, ~5 {5 }3 S4 F: _
) A. c- l- b1 O) {% \8 F上述玻璃成份在晶化热处理后所析出的主晶相是:β——硅灰石(β——CaO、SiO2)。 ( s- B! |$ O# p; n, W# X9 t
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三、建筑微晶玻璃性能
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, e0 w5 a8 e- s5 r建筑用微晶玻璃装饰面板材与天然大理石、花岗岩性能列表二(见下页)。
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* G; @& N4 V4 J+ o) C, }! L材料 微晶玻璃 大理石 花岗岩
7 |! x2 {" b0 o. u特性
1 Q3 T# z2 x# J" g3 W' [9 ]机械性能 抗弯强度①(Mpa) 40~50 5.7~15 8~15
* O# b) L8 C" Y! X抗压强度(Mpa) 341.3 67~100 100~200 / M' P6 p0 ~) a' [7 E8 q' y$ b
抗冲击强度(Pa) 2452 2059 1961 0 E) _6 x0 X5 S* b/ _9 I# Z. }- |
弹性模量(×104MPa) 5 2.7~8.2 4.2~6.0
3 m* f* k! I# S' E5 \; p莫氏硬度 6,5 3~5 ~5.5
, a/ [$ v9 _- N) o( }3 t- n维氏硬度(100g) 600 130 130~570 `7 Q0 M0 J3 [" T
比重 2.7 2.7 2.7
7 j. D* d8 O L化学性能 耐酸性②(1%H2SO4) 0.08 10.0 0.10 ; E4 e! y7 P% J8 }- w6 [! Q8 F
耐碱性②(1%NaOH) 0.05 0.30 0.10
$ ]% r# t2 S$ a耐海水性③(mg/cm2) 0.08 0.19 0.17 " y d+ e: g9 w3 Z( q" ` H4 U9 l
吸水率④(%) 0 0.3 0.35 4 b+ K7 Q3 h: S5 l- c
抗冻性(%)⑤ 0.028 0.23 0.25
1 m$ \! H# G/ M1 h# v1 P! S热学特性 膨胀系数
. |0 l7 P* _* F, B: g" |; v(10-7/30℃ -380℃) 62 80~260 80~150 . d; K6 e( c7 P R6 w7 e8 D$ f
热导率(w/m.k) 1.6 2.2~2.3 2.1~2.4 " b/ }3 j; C2 Z# r6 i/ R7 `# Z
比热(Cal/q°.C) 0.19 0.18 0.18 ' z. L) P, ?7 [
光学特性 白色度(L度) 89 59 66
- |- q% w+ z; e扩散反射率(%) 80 42 64 : V. H% X0 q& F: E* b$ i
正反射率(%) 4 4 4 6 j( v+ x3 M/ R" o/ V- g
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从表二中可以看出,建筑微晶玻璃在材料尺寸稳定性(热胀系数等的影响)耐磨性(硬度影响)、抗冻性、光泽度的持久性(耐酸耐碱影响)、强度(抗弯、抗冲击)等,均优於天在然的大理石及花岗岩。微晶玻璃与玻璃具有相同的成分,与硅酮结构胶和耐候胶相容性较好。
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由于微晶玻璃是透明、半透明和不透明等多相组成均匀分布的复合材料,射入微晶玻璃的光线,不仅从表面反射,光线从材料内部反射出来,显得柔和,而且具有深度,产生类似钻石般晶莹剔透、璀璨发亮的光学效果。
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6 ?; r% s t4 ~, t3 z7 S3 M0 Z Z同晶玻璃无吸水性、防冻、防铁锈、硅油等渗入,不溶易附着尘埃,纵然附着尘埃也容易清洗,有自净性。
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/ ^* t! D- T; p$ E微晶玻璃有令强度高,而且强度稳定,没有天然花岗岩那样的分散性大。组织均匀,各向强度同性,没有花岗岩那样的各向异性(层理性和焉理性)。
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微晶玻璃的弧面或曲面,可将其加热到760℃~800℃左右。因此与天然石材相比,具有强度均匀、工艺简单、成本较低等优点。
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生产白色或色彩鲜艳的微晶玻璃时,一般都使用矿物原料和化工原料,可以没有色差,也可以仿真成天然石材的各种色彩。这些色彩是用不变色的金属氧化物经高温加热形成,耐候性好,不会变色和退色。 # L. _. @" a! N: w8 i: V( q# | k& v. z
+ }2 j. F" y/ v0 j6 v6 @4 z微晶玻璃因其优良性能,在国内外已被广泛应用于宾馆、饭店、商店、机场、车站、影剧院以及其他高档建筑的外墙及室内装饰,是21世纪建筑的新材料。 5 Z" b$ C! l8 K6 G( M2 a
' R$ z' W/ u T$ G/ E$ \四、微晶玻璃的生产工艺
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建筑微晶玻璃生产工艺有两种,即压延示和烧结法,其工艺流程如图所示:
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目前建筑用微晶玻璃均采用烧结法,而且不加入晶核剂。它的基本原理是,玻璃是一种非晶态固体,从热力学观点看,它处于一种亚稳状态,较之晶体有较高的内能,所以在一定条件下,可以转化为结晶态。从动力学观点来看,玻璃熔体在冷却过程中,粘度急剧增加,抑制晶核的形成和晶体长大,阻止了结晶体的成长壮大。建筑用微晶玻璃利用了不加晶核剂的非均相结晶化机理,充分应用了热力学上的可能和动力学上的抑制,在一定条件下,使这种相反相成的物理过程,形成一个新的平衡,而获得的一种新材料。
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烧结法工艺的微晶玻璃,有以下热点和难点: % ?1 r6 b! S3 i5 [, R/ Q7 Z/ b
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一是玻璃熔融:除使用晒粉着色的微晶玻璃,通常用密封性好的坩锅内熔化外,其他色彩的微晶玻璃都使用池窑熔化。它的生产成本与质量均优于坩锅炉。但建筑微晶玻璃池窑不能照搬一般玻璃池窑,它要便于排料、换料、停炉。 ' X8 R0 c( C, N" b- U4 Y
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二是晶化热处理:玻璃经晶化热处理后,才能形成微晶玻璃。热处理的工艺参数和工艺规范对主晶相的种类、大小、数量、制品的炸裂、平整度、气泡大小和数量、产量、燃气耗量和成本等,都有重要影响。晶化炉也不同於一般的热处理炉和陶瓷烧烤炉,其温度场和结构,要适合微晶玻璃晶化热处理的特点和工艺。
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三是如何根据建筑师的美学要求,方便逼真调制各种色彩的微晶玻璃防止自爆和气孔,增加规格和品种,提高大面积板材平整度,降低成本,是进一步推广建筑微晶玻璃应用的热点和难点。
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! i! f; e/ c+ t. E) J以上介绍,可以看出,微晶玻璃也是一种科技含量高的新产品。在国外,美国、俄罗斯率先起步开发和使用微晶玻璃,日本、西欧、亚太地区的一些国这也正在开发新型的微晶玻璃产品。我国目前已有3家公司批量生产建筑微晶玻璃,据了解,生产能力约为50万平方米,但由于产品规格、品种、花色和价格等,还不能满足建筑市场的要求,加之对微晶玻璃这种新型建筑材料推广、宣传力度不够,国内仅有少数工程,如人民大会堂广东枯、北京新机场候机楼、大连国际中心采用了微晶玻璃。每年我国从国外进口大量高档石材来满足国内市场的需求,微晶玻璃代替天然石材尤其是代替进口的高档天然石材,是建筑市场潜在的迫切要求。微晶玻璃不仅在建筑的内装饰会得到很大应用,而且在建筑石材幕墙中也值得大力发展和推广。 : m6 b, e" k+ U; I/ r% ~
, G# c* v/ M9 _& G; R; G+ h% q2 X; ~五、微晶玻璃幕墙要点 9 Q% ^: P1 ?% Z) a! H: o- ~5 S+ R, v4 b
+ @- O2 ~# Q8 ~; m0 U1.微晶玻璃属于脆性材料,开口部位施工后很容易破裂,不能完全照搬天然石材幕墙的节点,一般来讲,天然石材幕墙的短槽式和通槽式的结构不宜采用。 : {4 ^ c) r$ V: S( a
& q& G; G+ W" z3 P2.微晶玻璃板材做为幕墙面板,要求耐抗急冷、急热。其试验方法为:规格为100mm×80mm×板材厚度,每组五块试样,将试样放置在比室温水中冷却。然后用铁锤轻轻击试样各部位,如果声音变哑,表面有裂隙、掉边、掉角等情况,则判为不合格。
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( M7 ]# Q5 V7 ~& Y$ Q& X/ O. |2 A3.尽管要求微晶玻璃板材耐急冷、急热,但为了防止幕墙面板万一破裂时,碎片不会危及人,所以在微晶玻璃板的背面用多元板脂贴上一层玻璃纤维(FRP)以求安全。 3 j+ D5 K8 v. o' R, A! N
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4.用于幕墙的普型微晶玻璃板要求如下:
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(1)弯曲强度标准值不小于40MPa。试验方法按GB 9966.2中的规定进行。
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(2)抗急冷、急热无裂隙。 ; d. A1 [: @) E. Z
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(3)长度公差在±0.5mm,平面度1/1000,厚度公差±1mm。 9 N7 b) B2 b- ?
0 f) k& X( Q {* V( ^(4)无缺棱、缺角、气孔。表面无目视可观察到的杂质。
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(5)镜面板材的光泽度不大于85光择单位。 & M7 W+ ^$ E. B H' L5 r( X, k
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(6)同一颜色、同一批号的板材色差不大于2.0CIE1AB色差单位。
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& X4 Y( o! ]! t4 z( ? ](7)用于幕墙面板的微晶玻璃板生产厂商应提供:型式试验报告;该批板材出厂检验报告,该报告应至少写明弯曲强度、长度、厚度及平面度公差,耐急冷、急热试验结果、色差及光泽度;并提供10年质量保证书等。
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`/ Z. ^ e+ G- |5.微晶玻璃幕墙必须100%进行全尺寸4项性能(耐风压、水密、气密、平面内变形)试验。试验合格后方能进行施工。 ! m0 {9 K, n$ }1 Y ?2 S; z
8 }4 z& S2 t: D- N$ t) j! E总之,微晶玻璃用于建筑幕墙,在国内还不多,今后在推广过程中,除了前述的微晶材料推广应用的热点和难点之外,对微晶玻璃幕墙而言,加强对其节点和构造、加工工艺、力学特性的开发研究,尢为迫切和重要。除了测定其弯曲度之外,最好能测定其断裂韧度,使微晶玻璃幕墙的强度,打下断裂力学设计基础。 |
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