微晶玻璃及微晶玻璃幕墻

一、什么是微晶玻璃

　　微晶玻璃（CRYSTOE and NEOPARIES）又稱微晶玉石或陶瓷玻璃。是綜合玻璃、石材技術(shù)發(fā)展起來(lái)的一種新型建材。因其可用礦石、工業(yè)尾礦、冶金礦渣、粉煤灰、煤矸石等作為主要生產(chǎn)原料，且生產(chǎn)過(guò)程中無(wú)污染，產(chǎn)品本身無(wú)放射性污染，故又被稱為環(huán)保產(chǎn)品或綠色材料。

　　微晶玻璃集中了玻璃、陶瓷及天然石材的三重優(yōu)點(diǎn)，優(yōu)於天石材和陶瓷，可用於建筑幕墻及室內(nèi)高檔裝飾，還可做機(jī)械上的結(jié)構(gòu)材料，電子、電工上的絕緣材料，大規(guī)模集成電路的底板材料、微波爐耐熱列器皿、化工與防腐材料和礦山耐磨材料等等。是具有發(fā)展前途的21世紀(jì)的新型材料。

　　二、微晶玻璃的組成

　　把加有晶核劑或不加晶核劑的特定組成的玻璃，在有控條件下進(jìn)行晶化熱處理，使原單一的玻璃相形成了有微晶相和玻璃相均勻分布的復(fù)合材料。微晶玻璃和普通玻璃區(qū)別是：前者部分是晶體，后者全是非晶體。微晶玻璃表面可呈現(xiàn)天然石條紋和顏色的不透明體，而玻璃則是各種顏色、不同程序的透明體。

　　微晶玻璃的綜合性能主要決定三大因素：原始組成的成份、微晶體的尺寸和數(shù)量、殘余玻璃相的性質(zhì)和數(shù)量。

　　后兩種因素是由微晶玻璃晶化熱處理技術(shù)決定。微晶玻璃的原始組成不同，其晶相的種類也不同，例如有β硅灰石、β石英、氟金云母、二硅酸鋰等，各種晶相賦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，為此常選用CaO-Al2O3-SiO2系統(tǒng)為建筑微晶玻璃原始組成系統(tǒng)，其一般成分如表一所示。

表一： CaO-Al2O3-SiO2微晶玻璃組成

顏色\組成 SiO2 Al2O3 B2O3 CaO ZnO BaO Na2O K2O Fe2O3 Sb2O3

白色 59.0 7.0 1.0 17.0 6.5 4.0 3.0 2.0 0.5

黑色 59.0 6.0 0.5 13.0 6.0 4.0 3.0 2.0 6.0 0.5

　　上述玻璃成份在晶化熱處理后所析出的主晶相是：β——硅灰石（β——CaO、SiO2）。

　　三、建筑微晶玻璃性能

　　建筑用微晶玻璃裝飾面板材與天然大理石、花崗巖性能列表二（見(jiàn)下頁(yè)）。

材料 微晶玻璃 大理石 花崗巖

特性

機(jī)械性能 抗彎強(qiáng)度①（Mpa) 40~50 5.7~15 8~15

抗壓強(qiáng)度（Mpa) 341.3 67~100 100~200

抗沖擊強(qiáng)度（Pa) 2452 2059 1961

彈性模量（×104MPa) 5 2.7~8.2 4.2~6.0

莫氏硬度 6,5 3~5 ~5.5

維氏硬度（100g） 600 130 130~570

比重 2.7 2.7 2.7

化學(xué)性能 耐酸性②（1%H2SO4） 0.08 10.0 0.10

耐堿性②（1%NaOH) 0.05 0.30 0.10

耐海水性③（mg/cm2) 0.08 0.19 0.17

吸水率④（%） 0 0.3 0.35

抗凍性（%）⑤ 0.028 0.23 0.25

熱學(xué)特性 膨脹系數(shù)

（10-7/30℃ -380℃) 62 80~260 80~150

熱導(dǎo)率（w/m.k) 1.6 2.2~2.3 2.1~2.4

比熱（Cal/q°.C） 0.19 0.18 0.18

光學(xué)特性 白色度（L度） 89 59 66

擴(kuò)散反射率（%） 80 42 64

正反射率（%） 4 4 4



　　從表二中可以看出，建筑微晶玻璃在材料尺寸穩(wěn)定性（熱脹系數(shù)等的影響）耐磨性（硬度影響）、抗凍性、光澤度的持久性（耐酸耐堿影響）、強(qiáng)度（抗彎、抗沖擊）等，均優(yōu)於天在然的大理石及花崗巖。微晶玻璃與玻璃具有相同的成分，與硅酮結(jié)構(gòu)膠和耐候膠相容性較好。

　　由于微晶玻璃是透明、半透明和不透明等多相組成均勻分布的復(fù)合材料，射入微晶玻璃的光線，不僅從表面反射，光線從材料內(nèi)部反射出來(lái)，顯得柔和，而且具有深度，產(chǎn)生類似鉆石般晶瑩剔透、璀璨發(fā)亮的光學(xué)效果。

　　同晶玻璃無(wú)吸水性、防凍、防鐵銹、硅油等滲入，不溶易附著塵埃，縱然附著塵埃也容易清洗，有自凈性。

　　微晶玻璃有令強(qiáng)度高，而且強(qiáng)度穩(wěn)定，沒(méi)有天然花崗巖那樣的分散性大。組織均勻，各向強(qiáng)度同性，沒(méi)有花崗巖那樣的各向異性（層理性和焉理性）。

　　微晶玻璃的弧面或曲面，可將其加熱到760℃～800℃左右。因此與天然石材相比，具有強(qiáng)度均勻、工藝簡(jiǎn)單、成本較低等優(yōu)點(diǎn)。

　　生產(chǎn)白色或色彩鮮艷的微晶玻璃時(shí)，一般都使用礦物原料和化工原料，可以沒(méi)有色差，也可以仿真成天然石材的各種色彩。這些色彩是用不變色的金屬氧化物經(jīng)高溫加熱形成，耐候性好，不會(huì)變色和退色。

　　微晶玻璃因其優(yōu)良性能，在國(guó)內(nèi)外已被廣泛應(yīng)用于賓館、飯店、商店、機(jī)場(chǎng)、車站、影劇院以及其他高檔建筑的外墻及室內(nèi)裝飾，是21世紀(jì)建筑的新材料。

　　四、微晶玻璃的生產(chǎn)工藝

　　建筑微晶玻璃生產(chǎn)工藝有兩種，即壓延示和燒結(jié)法.



　　目前建筑用微晶玻璃均采用燒結(jié)法，而且不加入晶核劑。它的基本原理是，玻璃是一種非晶態(tài)固體，從熱力學(xué)觀點(diǎn)看，它處于一種亞穩(wěn)狀態(tài)，較之晶體有較高的內(nèi)能，所以在一定條件下，可以轉(zhuǎn)化為結(jié)晶態(tài)。從動(dòng)力學(xué)觀點(diǎn)來(lái)看，玻璃熔體在冷卻過(guò)程中，粘度急劇增加，抑制晶核的形成和晶體長(zhǎng)大，阻止了結(jié)晶體的成長(zhǎng)壯大。建筑用微晶玻璃利用了不加晶核劑的非均相結(jié)晶化機(jī)理，充分應(yīng)用了熱力學(xué)上的可能和動(dòng)力學(xué)上的抑制，在一定條件下，使這種相反相成的物理過(guò)程，形成一個(gè)新的平衡，而獲得的一種新材料。

　　燒結(jié)法工藝的微晶玻璃，有以下熱點(diǎn)和難點(diǎn)：

　　一是玻璃熔融：除使用曬粉著色的微晶玻璃，通常用密封性好的坩鍋內(nèi)熔化外，其他色彩的微晶玻璃都使用池窯熔化。它的生產(chǎn)成本與質(zhì)量均優(yōu)于坩鍋爐。但建筑微晶玻璃池窯不能照搬一般玻璃池窯，它要便于排料、換料、停爐。

　　二是晶化熱處理：玻璃經(jīng)晶化熱處理后，才能形成微晶玻璃。熱處理的工藝參數(shù)和工藝規(guī)范對(duì)主晶相的種類、大小、數(shù)量、制品的炸裂、平整度、氣泡大小和數(shù)量、產(chǎn)量、燃?xì)夂牧亢统杀镜?，都有重要影響。晶化爐也不同於一般的熱處理爐和陶瓷燒烤爐，其溫度場(chǎng)和結(jié)構(gòu)，要適合微晶玻璃晶化熱處理的特點(diǎn)和工藝。

　　三是如何根據(jù)建筑師的美學(xué)要求，方便逼真調(diào)制各種色彩的微晶玻璃防止自爆和氣孔，增加規(guī)格和品種，提高大面積板材平整度，降低成本，是進(jìn)一步推廣建筑微晶玻璃應(yīng)用的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。

　　以上介紹，可以看出，微晶玻璃也是一種科技含量高的新產(chǎn)品。在國(guó)外，美國(guó)、俄羅斯率先起步開(kāi)發(fā)和使用微晶玻璃，日本、西歐、亞太地區(qū)的一些國(guó)這也正在開(kāi)發(fā)新型的微晶玻璃產(chǎn)品。我國(guó)目前已有3家公司批量生產(chǎn)建筑微晶玻璃，據(jù)了解，生產(chǎn)能力約為50萬(wàn)平方米，但由于產(chǎn)品規(guī)格、品種、花色和價(jià)格等，還不能滿足建筑市場(chǎng)的要求，加之對(duì)微晶玻璃這種新型建筑材料推廣、宣傳力度不夠，國(guó)內(nèi)僅有少數(shù)工程，如人民大會(huì)堂廣東枯、北京新機(jī)場(chǎng)候機(jī)樓、大連國(guó)際中心采用了微晶玻璃。每年我國(guó)從國(guó)外進(jìn)口大量高檔石材來(lái)滿足國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的需求，微晶玻璃代替天然石材尤其是代替進(jìn)口的高檔天然石材，是建筑市場(chǎng)潛在的迫切要求。微晶玻璃不僅在建筑的內(nèi)裝飾會(huì)得到很大應(yīng)用，而且在建筑石材幕墻中也值得大力發(fā)展和推廣。

　　五、微晶玻璃幕墻要點(diǎn)

　　1.微晶玻璃屬于脆性材料，開(kāi)口部位施工后很容易破裂，不能完全照搬天然石材幕墻的節(jié)點(diǎn)，一般來(lái)講，天然石材幕墻的短槽式和通槽式的結(jié)構(gòu)不宜采用。

　　2.微晶玻璃板材做為幕墻面板，要求耐抗急冷、急熱。其試驗(yàn)方法為：規(guī)格為100mm×80mm×板材厚度，每組五塊試樣，將試樣放置在比室溫水中冷卻。然后用鐵錘輕輕擊試樣各部位，如果聲音變啞，表面有裂隙、掉邊、掉角等情況，則判為不合格。

　　3.盡管要求微晶玻璃板材耐急冷、急熱，但為了防止幕墻面板萬(wàn)一破裂時(shí)，碎片不會(huì)危及人，所以在微晶玻璃板的背面用多元板脂貼上一層玻璃纖維（FRP）以求安全。

　　4.用于幕墻的普型微晶玻璃板要求如下：

　　(1)彎曲強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值不小于40MPa。試驗(yàn)方法按GB 9966.2中的規(guī)定進(jìn)行。

　　(2)抗急冷、急熱無(wú)裂隙。

　　(3)長(zhǎng)度公差在±0.5mm，平面度1/1000，厚度公差±1mm。

　　(4)無(wú)缺棱、缺角、氣孔。表面無(wú)目視可觀察到的雜質(zhì)。

　　(5)鏡面板材的光澤度不大于85光擇單位。

　　(6)同一顏色、同一批號(hào)的板材色差不大于2.0CIE1AB色差單位。

　　(7)用于幕墻面板的微晶玻璃板生產(chǎn)廠商應(yīng)提供：型式試驗(yàn)報(bào)告；該批板材出廠檢驗(yàn)報(bào)告，該報(bào)告應(yīng)至少寫(xiě)明彎曲強(qiáng)度、長(zhǎng)度、厚度及平面度公差，耐急冷、急熱試驗(yàn)結(jié)果、色差及光澤度；并提供10年質(zhì)量保證書(shū)等。

　　5.微晶玻璃幕墻必須100%進(jìn)行全尺寸4項(xiàng)性能（耐風(fēng)壓、水密、氣密、平面內(nèi)變形）試驗(yàn)。試驗(yàn)合格后方能進(jìn)行施工。

　　總之，微晶玻璃用于建筑幕墻，在國(guó)內(nèi)還不多，今后在推廣過(guò)程中，除了前述的微晶材料推廣應(yīng)用的熱點(diǎn)和難點(diǎn)之外，對(duì)微晶玻璃幕墻而言，加強(qiáng)對(duì)其節(jié)點(diǎn)和構(gòu)造、加工工藝、力學(xué)特性的開(kāi)發(fā)研究，尢為迫切和重要。除了測(cè)定其彎曲度之外，最好能測(cè)定其斷裂韌度，使微晶玻璃幕墻的強(qiáng)度，打下斷裂力學(xué)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。