微晶玻璃及微晶玻璃幕墙

微晶玻璃及微晶玻璃幕墙

一、什么是微晶玻璃

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。

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。

二、微晶玻璃的组成

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。

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。

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。

表一： CaO-Al2O3-SiO2微晶玻璃组成

颜色\组成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热处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

建筑用微晶玻璃装饰面板材与天然大理石、花岗岩性能列表二（见下页）。

材料微晶玻璃大理石花岗岩

特性

机械性能抗弯强度①（Mpa) 40~50 5.7~15 8~15

抗压强度（Mpa) 341.3 67~100 100~200

抗冲击强度（Pa) 2452 2059 1961

弹性模量（×104MPa) 5 2.7~8.2 4.2~6.0

莫氏硬度6,5 3~5 ~5.5

维氏硬度（100g）600 130 130~570

比重2.7 2.7 2.7

化学性能耐酸性②（1%H2SO4）0.08 10.0 0.10

耐碱性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

抗冻性（%）⑤0.028 0.23 0.25

热学特性膨胀系数

（10-7/30℃ -380℃) 62 80~260 80~150

热导率（w/m.k) 1.6 2.2~2.3 2.1~2.4

比热（Cal/q°.C）0.19 0.18 0.18

光学特性白色度（L度）89 59 66

扩散反射率（%）80 42 64

正反射率（%）4 4 4

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。

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。

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。

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）。

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。

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。

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。

四、微晶玻璃的生产工艺

建筑微晶玻璃生产工艺有两种，即压延示和烧结法

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。

烧结法工艺的微晶玻璃，有以下热点和难点：

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。

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。

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。

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。

五、微晶玻璃幕墙要点

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。

2.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。

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。

4.用于幕墙的普型微晶玻璃板要求如下：

(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。

(2)抗急冷、急热无裂隙。

(3)长度公差在±0.5mm，平面度1/1000，厚度公差±1mm。

(4)无缺棱、缺角、气孔。表面无目视可观察到的杂质。

(5)镜面板材的光泽度不大于85光择单位。

(6)同一颜色、同一批号的板材色差不大于2.0CIE1AB色差单位。

(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。

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。

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。