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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 ! k4 H0 \5 \/ u5 D7 R& u
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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。 , L! ]* |; p; ?& S, {1 v
8 H$ A" @# o( i" Q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。 , [, B4 l- t3 v. w$ Q+ {/ `
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二、微晶玻璃的组成 1 j0 s* }8 a3 }" L# w u( U
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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。 8 x" k3 ~$ n4 E) W1 X, X" l& E
$ k, {/ _( h; S: o9 v7 W2 f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。
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/ S3 J/ O2 O6 O7 ]6 O# i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。 " J+ M: y/ C$ V) ?& X2 l2 D! K- d$ W
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表一: CaO-Al2O3-SiO2微晶玻璃组成 ; {) [+ F; w3 N, { N" W
( G& d5 P3 s5 n: t7 W颜色\组成 SiO2 Al2O3 B2O3 CaO ZnO BaO Na2O K2O Fe2O3 Sb2O3 6 A& K/ ?8 z. f
白色 59.0 7.0 1.0 17.0 6.5 4.0 3.0 2.0 0.5 ! v; f7 a) v7 C% z) Y3 o k
黑色 59.0 6.0 0.5 13.0 6.0 4.0 3.0 2.0 6.0 0.5
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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)。 : b; q# h1 p" a, n6 g) h
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三、建筑微晶玻璃性能
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9 `3 C' P. \; K( t) V) d1 \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)。 9 B7 U6 o* H% M+ ?( e
7 l7 J$ D1 b5 A. P( M# p材料 微晶玻璃 大理石 花岗岩
?8 Z0 m r3 O$ \4 y* }9 [特性
; `8 m0 D& Y8 q0 ]; [机械性能 抗弯强度①(Mpa) 40~50 5.7~15 8~15
9 P$ _" w5 v8 c5 i0 d/ x X抗压强度(Mpa) 341.3 67~100 100~200 - D" }: W( P. b: e
抗冲击强度(Pa) 2452 2059 1961
6 O; D3 o# R" U! |, J弹性模量(×104MPa) 5 2.7~8.2 4.2~6.0
0 _4 n [0 {9 L4 a莫氏硬度 6,5 3~5 ~5.5
' t( H/ G5 ?+ m" d5 ]. Q f维氏硬度(100g) 600 130 130~570 , W% i, K4 h- ]- M. @
比重 2.7 2.7 2.7 9 ?( W/ N9 e Y7 O: z0 x7 X* D2 L
化学性能 耐酸性②(1%H2SO4) 0.08 10.0 0.10 5 y6 W4 ?( \* U$ d Y& Z+ c' q
耐碱性②(1%NaOH) 0.05 0.30 0.10 9 j5 T7 G! C6 N( v' U& G3 r: }
耐海水性③(mg/cm2) 0.08 0.19 0.17 J( X: P8 p3 ]( X6 Y) Z9 K9 T
吸水率④(%) 0 0.3 0.35
% ~, s5 [1 g5 F抗冻性(%)⑤ 0.028 0.23 0.25 9 q1 \) \$ @8 q
热学特性 膨胀系数
5 Z) ^0 x% a z* M(10-7/30℃ -380℃) 62 80~260 80~150
# \; Q# u5 q/ P. o' {热导率(w/m.k) 1.6 2.2~2.3 2.1~2.4 ( O) `& X' }& w0 I1 {
比热(Cal/q°.C) 0.19 0.18 0.18 ! M, P3 B! `5 t7 O- z6 w
光学特性 白色度(L度) 89 59 66 5 y" v: A- z( L) \0 B0 f4 z
扩散反射率(%) 80 42 64
, q. n, e. s/ J4 a. M正反射率(%) 4 4 4 # a6 x7 \" ~) k! k4 V
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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。 4 q9 i5 P, M! R7 d2 Q9 t
. u2 A! d& c/ U+ }, n6 {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。 - U# r$ T: R* q; k, {" }/ ^
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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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1 j* C2 d! J9 W. D* S/ j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)。 , }5 ^6 n+ D! Y! k, e
8 W" s, O6 @/ ]& a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。 `9 A- X4 T6 N K1 m& z
: i" B A/ x( S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。 ! Q# f! W8 e# A4 {! L" F
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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。 : D8 ^$ B! Y) }" @" B6 G
* k |7 a; h% j3 y& r四、微晶玻璃的生产工艺
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. H' M6 `7 ?+ F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: 9 }: w4 |8 e! y+ E
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( K K' Z, B5 z; R2 l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。 ! M7 _, w4 y0 M; W& o5 g1 v' x
# P3 w# ]7 F7 i; M4 P- `烧结法工艺的微晶玻璃,有以下热点和难点:
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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。
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- c: S3 y. H" e- D" M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。 & h, u, c1 r; `1 ~
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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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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。 2 D3 {! E5 t# a/ m! P
1 G9 X. j8 Q2 |+ T9 c. W: p五、微晶玻璃幕墙要点 , A# M9 z. ~' G$ R e4 w& I
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1.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。
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+ ^! Q7 `! }4 R1 S2.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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3.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。
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! x" x' }) D( e/ s' {7 o$ \6 Y4.用于幕墙的普型微晶玻璃板要求如下: 2 n1 K9 e! g" d+ b o
% G" C4 l# d( H(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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$ L6 `1 M0 P: E4 {0 Y(2)抗急冷、急热无裂隙。 ) C: ~) }) ]* l6 l; R/ ]
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(3)长度公差在±0.5mm,平面度1/1000,厚度公差±1mm。
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(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。
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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。 . c, J% F. F; F: J+ i) o" j7 K
; x- h# t& \7 x(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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/ e% s# ^9 o. v( I& k' p' e5.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。
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. B' V- A, k7 n3 L; U1 o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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