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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 ; O: v5 e3 |4 \5 f2 \) J; r
( B0 D6 o0 x! U- n9 D5 s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。
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/ l! x+ r: _/ o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。 ' O* H0 {, O) e9 z) U8 U$ x
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二、微晶玻璃的组成
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( d* [/ T! t; C8 s' y3 B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。 , t" `* U: P+ {2 X
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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。 2 A6 ^9 O9 ]* F& h% I4 J
, ~% G+ U* F' S$ C, \7 N$ F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 1 C+ x* m: Q5 j: n' W2 o
$ Q L, g! S) }( j6 A* x颜色\组成 SiO2 Al2O3 B2O3 CaO ZnO BaO Na2O K2O Fe2O3 Sb2O3
+ m' S$ p0 @( J; V: ]; E+ c: M白色 59.0 7.0 1.0 17.0 6.5 4.0 3.0 2.0 0.5
2 h* b; J1 v5 S1 ^. y: f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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) u3 |5 V0 @" _2 j8 U& G1 L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)。 9 m: Z4 f( V1 _/ R* O; M) a
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三、建筑微晶玻璃性能
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% ~8 ?/ v9 N9 n* c6 Q- D# k5 T( m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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材料 微晶玻璃 大理石 花岗岩 . {! I6 ?& J$ u1 U- a
特性
- `9 G& l) W/ x6 O5 n6 |机械性能 抗弯强度①(Mpa) 40~50 5.7~15 8~15 ' t8 e! `9 C! c1 n
抗压强度(Mpa) 341.3 67~100 100~200
: }2 p# ?8 G( V- l7 C抗冲击强度(Pa) 2452 2059 1961 / s$ r% Q! F1 P
弹性模量(×104MPa) 5 2.7~8.2 4.2~6.0
/ Y5 n8 N0 ^6 c8 e9 G' |莫氏硬度 6,5 3~5 ~5.5
8 [0 x# i3 m {2 {9 w" t维氏硬度(100g) 600 130 130~570 4 b, U$ ? L6 w* }
比重 2.7 2.7 2.7 - m# L9 `- u3 Y s J* H0 X
化学性能 耐酸性②(1%H2SO4) 0.08 10.0 0.10 : i! c: i1 ] ]
耐碱性②(1%NaOH) 0.05 0.30 0.10 * M: v ~$ ]+ G
耐海水性③(mg/cm2) 0.08 0.19 0.17
3 V3 ^9 C3 Y. \吸水率④(%) 0 0.3 0.35 2 G$ ]5 y8 G/ B, `; b# p
抗冻性(%)⑤ 0.028 0.23 0.25 + l2 j3 J, ]8 U' g! ~. n2 m- r
热学特性 膨胀系数
* }7 [* s6 e' G l% w X(10-7/30℃ -380℃) 62 80~260 80~150
- |4 u0 s( B# E' Q1 j% C1 h$ [' h热导率(w/m.k) 1.6 2.2~2.3 2.1~2.4
4 K( R) i5 B6 b- @- I比热(Cal/q°.C) 0.19 0.18 0.18 0 \$ w. K$ t6 a! q0 v! o/ q1 |: b
光学特性 白色度(L度) 89 59 66 1 F; N2 b# \9 g: G
扩散反射率(%) 80 42 64 . M' p2 Q2 _3 T0 f9 P
正反射率(%) 4 4 4 , d q' I5 p' X/ |5 U
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* F6 x! H. z) f' A( ^! X) e! m+ ]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。 % O' `5 B5 p2 A* e
. I) ]7 T/ z1 `6 H4 ~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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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。 ! o- J q* S; }4 A/ h
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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)。 - ~% S* s" X4 {% E0 _) r
( Y$ X& k0 H1 z) i( i7 d% ~% v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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/ h# v' d" b" ~$ F% u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。
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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。
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四、微晶玻璃的生产工艺 , M' U* z$ W/ i1 m; P- c% m l( Q
. B9 n% G+ G7 d X4 B0 |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。 & b7 Q, C' h8 A+ t: L9 X% ]
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烧结法工艺的微晶玻璃,有以下热点和难点:
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3 f3 l/ w: M5 D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。 E% @6 Z5 O! g' Z$ h$ p& ~% i
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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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; ]: {' w" K+ F# U& e, }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。 3 |; Z% ~9 U3 g& k/ U/ M/ e
# x0 O& O7 R* A$ N; a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。 ) L! Y, _5 N( _% }. @5 D# `
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五、微晶玻璃幕墙要点
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- g7 W5 w9 } K2 `& 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。 9 h- v5 [+ O( G1 O3 u3 D* ?
+ T2 j0 R5 S' b( | ?1 q- ~' 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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; v7 s) m1 d9 H; C) d3.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。 & g7 n* E* Y% i3 Z _& Q/ r
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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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! z+ ^9 u) L U# p(2)抗急冷、急热无裂隙。
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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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- I( W) e! {, @# ^7 a8 Y(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。 $ V3 P0 _( x5 o3 b# N
4 U# V4 R2 c# q- O3 Y, \(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。 $ W( P+ w; d5 A+ x1 H
; T3 t6 K) g( ]3 p+ F" ?0 q$ h5.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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$ @7 u0 U0 ^2 A4 S3 h$ a. a8 k7 q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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