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微晶玻璃

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 微晶玻璃微晶玻璃,是一种由适当组成的玻璃颗粒经烧结与晶化,制成的由结晶相和玻璃相组成的质地坚硬、密实均匀的复相材料。微晶玻璃又称微晶石玻璃陶瓷微晶玉石、结晶化玻璃、人造石材等。一般将用在建筑装饰上的微晶玻璃列入人造类石。微晶技术和微晶材料可用在很多领域,作为建筑装饰材料的微晶石的生产采用矿渣、岩石(玄武岩辉绿岩)、石英砂为基本原料。微晶玻璃的颜色是靠生产过程中添加金属氧化物而形成的,如氧化铁、氧化铬等来控制。微晶玻璃具有天然石材所不具有的优点,机械强度高、耐磨性好、耐酸碱、质地致密、吸水率极低、可做出薄板、可人为控制颜色、无色差、耐热性高、无放射性、可工业化大批量供应等,是一种高级的装饰装修材料

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概述编辑本段回目录

微晶玻璃,又称玻璃陶瓷。由晶相和残余玻璃相组成的质地致密、无孔、均匀的熔结体。它是由某些玻璃加入一定量的成核剂(有时也不加),再经加热(称热敏)或(和)光照(称光敏)处理,使玻璃体内均匀地析出大量细小的晶体,而制成的透明或不透明材料。晶体尺寸一般小于0.1μm,晶体含量可达50%~90%(体积)。这类玻璃的机械强度、化学稳定性、电性能均优于普通玻璃,而生产工艺和使用原料却与普通玻璃相似,还可大量利用工业废料,成为20世纪60年代以来迅速发展的一种新型玻璃。

特点和应用领域编辑本段回目录

微晶玻璃台盆
微晶玻璃台盆
微晶玻璃具有比一般玻璃更为优良的特性,主要表现为:

1 、具有更加稳定的化学性能:抗水合,抗水化能力,抗阳离子交换能力;

2、具有更高的机械强度

3 、具有更优良的电学性能:介电损耗率最低;

4、具有良好的热学性能:热膨胀系数低,热振稳定性能好,高温软化的温度点高。

由于微晶玻璃有很多独特优良的特性,因此,也被广泛地应用到各个领域,目前的主要应用有:

一、机械工程技术领域 
1、机械轴承:表面光洁度高. 
2、用于强腐蚀性气体、液体的轴承、阀门及管道. 
3、用作热交换器的孔圆盘

二、电力工程及电子技术领域 
1、用作高频绝缘及高压绝缘套管材料 
2、在电子技术领域中制作预制电路,包括“多层电路板”
3、在电子计算机中制作高精密的硅片元件(扩散性) 

微晶玻璃可以用作天文望远镜的镜片
微晶玻璃可以用作天文望远镜的镜片
4、高频介电材料 
5、光电材料 

三、光学领域 
1、用作激器元件 
2、用作巨型天文望远镜镜坯 

四、其它:航天飞机天线外罩

任何物质的结构都决定性质,性质又决定用途,作为微晶玻璃有那么多优良特性,又有广泛用途,必然对应着其独特的组构:化学成份 SiO 2,成核组分 P 2 O 5 , Li 2 OTiO 2 , Al 2 O 3 等;物相:气相 95%,隐晶质 ~ 玻璃质 <5% ;结构:铝质结构——细晶等粒紧密镶结构及缺陷结构。

生产工艺过程及其要点编辑本段回目录

所有玻璃生产工艺原理均为,根据岩浆形成,成岩演化的基本原理,也就是主体组分在高温条件下熔融,生成熔体,然后控制物理、化学条件的变化制成不同硅酸盐材料的过程。微晶玻璃是普通硅酸盐玻璃的深加工产品,在玻璃生产的熔融工艺体系中,熔融重结晶起主要作用(原料组分在高温熔融,生成熔体,通过控制温度,压力的变化,制成高纯晶质材料的过程)其实质是使玻璃态制品转变为晶态制品,在一定温度条件下生成大量晶核。

在整个生产工艺过程中应特别注意三个工艺要点:

1、准确确定不同硅酸盐玻璃制品的最佳成核温度( Tg ) :最佳成核温度( Tg )由熔体粘度确定,熔体粘度大,则成核很困难,而且速度很慢;若熔体粘度小,则成核容易,但是也易造成核归并,核数量减少,一般地,最好粘度为 10 11 ~10 12 之间,最佳成核温度 Tg------ 过冷凝固点( T N ) +30 ℃ ~50 ℃.在实际生产中,可通过一定的方法步骤确定 Tg ,如珠球突透法,晶核统计及生产状态鉴定法。

2、控制最佳成核时间:若时间太长,发生晶核归并,导致晶核数量少,晶核过大;若时间过短,易造成核不完全,晶核数量少。

3、严格控制晶化的升温速度和晶化的最高温度点:晶化玻璃的熔点高于同种玻璃,晶化玻璃的软化点高于同种玻璃,升温太快,制品中晶相数量小,制品容易发生形变,升温太慢,晶核归并.一般地,晶化的最高温度点( T H )为同种玻璃软化温度加上 30 ℃ ~50 ℃,从最佳成核温度到最佳晶化温度的升温速度为 5 ℃ /min 。

其生产工艺的简单流程为:原料选择→原料配合→炉料制备→熔融→冷却→(非晶态)——→ → 最佳成核温度( Tg )下恒温结晶——→微晶玻璃→质检→产品(合格) 。

在生产过程中再经过一些工系,微晶玻璃又可生产成光导纤维材料,工程玻璃以及功能玻璃等制品,形成多元化生产体系,产出多元化品种。

分类和组成编辑本段回目录

微晶玻璃的性能是由微晶相的种类、晶粒的大小、玻璃相的组成以及它们的相对数量决定的。通过调整基础玻璃成分和生产工艺制度就可以制造出各种预定性能要求的微晶玻璃。目前,世界上生产的微晶玻璃种类很多,按基础玻璃成分一般分为五大类:硅酸盐系统、铝硅酸盐系统、硼硅酸盐系统、硼酸盐系统和磷酸盐系统。

实用微晶玻璃分类:硅酸盐玻璃铝硅酸盐玻璃硼酸盐玻璃硼硅酸盐玻璃

微晶玻璃制品
微晶玻璃制品
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)。

建筑微晶玻璃性能编辑本段回目录

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(%)⑤ 0.028 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,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。

微晶玻璃幕墙要点编辑本段回目录

弯曲的微晶玻璃
弯曲的微晶玻璃
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。

微晶玻璃板编辑本段回目录

微晶玻璃板不仅具有美感、高级感、而且在耐候性、耐磨性、清洁维护方面均比天然石来得优越。逐渐成为21世纪建材界的新宠物。它有如下特性:

微晶玻璃板
微晶玻璃板
1、自然柔和的质感: 微晶玻璃是在高温下使结晶从玻璃中析出而成的材料,由结晶相和部分玻璃相组成,尽管抛光板的表面光洁度远高于石材,但是光线不论由任何角度射入,经由结晶微妙的漫反射方式,均可形成自然柔和的质感,毫无光污染

2、丰富多变的颜色: 微晶玻璃是由集积法制造而成,没有天然石之纹理(由此处断裂),集积法是一种可以制造丰富色调的方法,以白色为基本色搭配出丰富的色彩系统,又以白、米、灰三个色系最为经常使用。

3、优良的耐候性及耐久性:微晶玻璃的耐酸性和耐碱性都比花岗岩、大理石优良,而本身为无机质材料,即便暴露于风雨及污染空气中,也不会产生变质、褪色、强度低劣等现象。

4、零吸水性,不污染“微晶玻璃的吸水率几近为零,所以水不易渗入,不必担心冻结破坏以及铁锈混凝土泥浆、灰色污染物渗透内部,所以没有石材吐汁的现象,附着于表面的污物也很容易擦洗干净。

5、强度大,可轻量化:微晶玻璃比天然石更坚硬,不易受损,材料厚度可配合施工方法,符合现代建筑物轻巧、坚固的主流。

6、弯曲成型容易,经济省时:市面上见到的曲面石材是由较厚石材切削而成,耗时、耗材且不经济,而微晶玻璃可用加热方式,制造出重量轻、强度大、价格便宜的曲面板。微晶玻璃已广泛地使用在车站、商场、银行、休闲场所等公共建筑物上。

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