建材領(lǐng)域中微晶材料的應(yīng)用及發(fā)展前景

1、建材領(lǐng)域中微晶材料的應(yīng)用及發(fā)展前景鄭淑平 趙保華天津城市建設(shè)學(xué)院 淄博鈺晶新型材料科技有限公司一、 概述微晶材料是由某些特定配方組成的各種硅酸鹽原料（包括礦產(chǎn)原料、礦渣廢渣原料、化工原料、晶核劑、添加劑、澄清劑等等），通過特定的溫度（稱熱敏）或光照（稱光敏）處理受控微晶化，使特定組成的硅酸鹽熔融體內(nèi)均勻地析出大量細(xì)小的微晶體，而制成的具有特定優(yōu)異性能的微晶相和殘余硅酸鹽相組成的多相透明或不透明固體材料。晶體尺寸一般小于0.1,晶體含量可達(dá)3090（體積）。其質(zhì)地可以是致密、無孔、耐磨等，也可以是疏松、多孔、抗壓耐腐等。建筑裝飾微晶板材,被全世界最具有代表性的國家認(rèn)可，最為成熟的先進(jìn)技術(shù)生產(chǎn)工藝

2、是日本及其成熟的淬粒燒結(jié)工藝（俗稱燒結(jié)法）。1974年，日本硝子(NEG)開始推出微晶板材，通過不斷的發(fā)展，使用者證明微晶板材不僅具有美感、立體感，而且在耐候性、耐磨性、清潔、維護(hù)、環(huán)保、健康方面均優(yōu)于普通天然石材。近來，日本新建的車站或車站翻新時(shí)，其內(nèi)、外墻大多改用微晶玻璃板，如名古屋附近的車站等。另外，在為數(shù)眾多的建筑物、商業(yè)建筑、娛樂設(shè)施及工業(yè)建筑的飾面裝修中采用微晶玻璃的比比皆是，例如新東京郵電局、大坂市立科學(xué)館、住友銀行等等。這些建筑物改變了都市、鄉(xiāng)村的風(fēng)貌，實(shí)實(shí)在在顯示了微晶玻璃板勢必成為21世紀(jì)建材界的新寵物。在中國，一般將用在建筑裝飾上的微晶板材俗稱微晶石（又稱微晶玻璃或玻璃水

3、晶），我們研發(fā)的微晶板材是采用天然無機(jī)材料與黃河泥沙，經(jīng)過兩次高溫?zé)Y(jié)而成的一種新型綠色環(huán)保高檔建筑材料。彌補(bǔ)了天然石材在色差上的缺陷，填補(bǔ)了在天然材料上替代天然石材生產(chǎn)與科研利用的空白。在2010年遠(yuǎn)景規(guī)劃中，微晶材料之一的微晶板材被規(guī)劃為國家綜合利用行動(dòng)的戰(zhàn)略發(fā)展重點(diǎn)和環(huán)保治理的重點(diǎn)，被稱為跨世紀(jì)的綜合材料。二、分類和組成微晶材料通常按其基質(zhì)的組成，分為硅酸鹽、鋁硅酸鹽、硼硅酸鹽、硼酸鹽、磷酸鹽微晶材料五大類。它們綜合性能取決于以下幾個(gè)主要因素：原始材料的成份、晶體的種類、含量、大小、殘余相的性質(zhì)、結(jié)構(gòu)和數(shù)量。微晶材料的原始組成不同，其晶相的種類也不同，例如有-硅灰石、鋰輝石、鋰霞石、硅酸

4、鋰、-石英、氟金云母等，微晶材料受控晶化熱處理技術(shù)工藝決定晶體的種類、含量、大小、殘余相的性質(zhì)、結(jié)構(gòu)和數(shù)量，不同微晶相結(jié)構(gòu)賦予微晶材料的不同理化性能。 三、微晶材料的制備原理微晶材料制造過程中的晶化與普通生產(chǎn)中的析晶缺陷是不同的，在微晶材料中，晶相是全部從一個(gè)相對(duì)均勻玻璃態(tài)相中通過受控晶體生長而產(chǎn)生的，其余為剩余硅酸鹽填充物。微晶化的過程主要就是熔化、核化、晶化、微晶化“四化”過程。     1、熔化    特定配方組成的各種主體硅酸鹽配合料，在特定的熔制溫度下（一般在1500左右），熔化、澄清，確保熔化質(zhì)量至為重要，是后面核化晶化的

5、基礎(chǔ)，隨后冷到適宜溫度及粘度，采用適當(dāng)?shù)某尚畏椒ㄗ龊煤嘶Щ暗膫淞稀?#160;   2、核化和晶化傳統(tǒng)的玻璃概念上是一種亞穩(wěn)態(tài)體，或者有人稱之為過冷液體。熔體在冷卻時(shí)釋放出熱量，熔體內(nèi)的質(zhì)點(diǎn)（原子、分子、離子）在冷卻到一定的溫度時(shí)，其結(jié)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整與重排，以達(dá)到該溫度下的平衡結(jié)構(gòu)，同時(shí)釋放能量，這一過程被稱為結(jié)構(gòu)松弛。結(jié)構(gòu)的調(diào)整與重排能否達(dá)到該溫度下的平衡取決于結(jié)構(gòu)的調(diào)整速度，即由結(jié)構(gòu)松弛所需時(shí)間的長短來決定。結(jié)構(gòu)松弛時(shí)間的快慢與熔體的粘度相關(guān)，粘度越小結(jié)構(gòu)松弛時(shí)間就短，結(jié)構(gòu)的調(diào)整速度越快。所以熔體的冷卻時(shí)如果結(jié)構(gòu)的調(diào)整速度大于冷卻速度，熔體冷卻時(shí)就能夠達(dá)到平衡結(jié)構(gòu)

6、，所得材料呈現(xiàn)晶體。反之，如果結(jié)構(gòu)的調(diào)整速度小于冷卻速度，熔體結(jié)構(gòu)來不及進(jìn)行調(diào)整，結(jié)構(gòu)失去平衡，結(jié)果所得材料呈現(xiàn)過冷液體，即玻璃體。析晶過程：根據(jù)動(dòng)力學(xué)原理，熔體的能量與晶體的能量之差越大，則析晶傾向越大。無機(jī)材料熔體的析晶過程包含晶核的生成與晶體的生長。試驗(yàn)證明無機(jī)材料熔體的析晶速度與核化速度這兩者均與過冷度有關(guān)，可以通過控制熔體的冷卻速度對(duì)無機(jī)材料進(jìn)行晶化控制與調(diào)節(jié)。    3、微晶化   如納米材料一樣，當(dāng)材料達(dá)到納米級(jí)后，會(huì)顯現(xiàn)于外觀上一些獨(dú)特的理化性能。微晶化受控處理也是同樣的道理，因?yàn)橛辛藷o機(jī)材料的微晶化受控處理，打破了傳統(tǒng)陶瓷與玻

7、璃的分界線，使得陶瓷與玻璃隨著高科技的發(fā)展而逐步形成一新興行業(yè)微晶材料時(shí)代。如果沒有受控的微晶化處理，微晶材料將失去作為一種高科技新興行業(yè)的意義！ 微晶化處理是指利用特定的受控?zé)崽幚?，人為因素地改變材料結(jié)構(gòu)，達(dá)到預(yù)期的理化性能目的。材料的結(jié)構(gòu)決定材料的外觀性能，優(yōu)異的微晶結(jié)構(gòu)，展現(xiàn)于材料外觀上各種人為設(shè)定的要求而被廣泛地應(yīng)用，正如上述微晶材料的特點(diǎn)。這是微晶化的目的所在。如：建筑裝飾用的微晶板材，采用晶化窯爐在1100度微晶化熱處理；家電用電磁爐微晶面板，采用晶化窯爐在800度微晶化熱處理等等。四、生產(chǎn)工藝微晶材料同大多數(shù)高強(qiáng)度耐火結(jié)晶材料的區(qū)別是它具有很大的韌性，并且可以采用任何一種玻璃成型

8、方法制造形狀復(fù)雜的大型制品。微晶材料適宜于大量生產(chǎn)，可用淬粒燒結(jié)晶化法、壓延成型晶化法、浮法成型晶化法、吹制成型法、壓制成型法、澆注成型法、拉制成型法等等。目前，作為微晶材料重要應(yīng)用之一的微晶裝飾板材，在工業(yè)生產(chǎn)上采用的基本生產(chǎn)工藝主要有兩種，即對(duì)輥壓延法和淬粒燒結(jié)法。壓延法是采用加入晶核劑的玻璃液通過壓輥形成一定寬度和厚度的玻璃帶后，再經(jīng)過晶化處理。其工藝流程為：配料 混合 熔制 壓延 熱切 晶化 研磨 拋光 切割 成品。這種方法生產(chǎn)比較機(jī)械，一體可成半成品，生產(chǎn)安排靈活度相對(duì)不如燒結(jié)法，生產(chǎn)效率與燒結(jié)法相差無幾，晶化溫度高于玻璃軟化溫度而容易導(dǎo)致玻璃變形，產(chǎn)品炸裂嚴(yán)重。為防止制品炸裂，要求

9、晶化時(shí)間長，能耗在一階段消耗相對(duì)較大，操作較難控制。適宜制成單色或帶條紋的花色，其花紋與天然花崗巖相差甚遠(yuǎn)，加之產(chǎn)品厚度較薄，一般只應(yīng)用于工業(yè)防腐及耐磨材料。燒結(jié)法是將熔制粒料與晶化分兩回次完成。其工藝流程為：配料 混合 熔制 水淬 過篩 鋪料 晶化 拋磨 切割 成品。由于晶化與小塊玻璃的粘結(jié)同時(shí)進(jìn)行，因此不易炸裂。燒結(jié)法生產(chǎn)的產(chǎn)品成品率高、晶化時(shí)間短、節(jié)能、產(chǎn)品厚度可調(diào)，可方便地生產(chǎn)出異型板材和各種曲面板。并具有類似天然石材的花紋，更適于工業(yè)化生產(chǎn)。納米無孔微晶材料和泡沫微晶材料也是采用淬粒燒結(jié)晶化法，不太適宜壓延晶化法。該種微晶材料生產(chǎn)效率同傳統(tǒng)的建筑陶瓷。生產(chǎn)工藝技術(shù)已完全成熟， 06年

10、在國內(nèi)利用工業(yè)輥道窯成功批量生產(chǎn)，是以后發(fā)展的趨勢！ 燒結(jié)法微晶裝飾板材一般為組成為CaOAl2O3SiO2系統(tǒng)。具體成分詳見下表。原料的配合料在約1500溫度的池爐內(nèi)熔化，熔化好的玻璃液驟冷至約1000，然后投入冷水中淬成010mm的微晶顆粒。烘干、篩分后按粒度分別進(jìn)入料倉，或直接進(jìn)入晶化窯進(jìn)行熱處理（核化、晶化、退火）形成待加工半成品。將板材毛坯表面進(jìn)行研磨拋光后，使基體微晶顆粒界面析出的針狀晶體構(gòu)成花紋和它從透明玻璃基體一定深度處所表現(xiàn)的質(zhì)感顯現(xiàn)出來。然后按規(guī)定的尺寸進(jìn)行切裁、修邊等加工，最后進(jìn)行檢驗(yàn)包裝即可。五特點(diǎn)和應(yīng)用領(lǐng)域材料表面平整潔凈、色澤絢麗璀璨、光澤柔和晶瑩、亮麗典雅、古樸無

11、暇、色差少且永不褪色；結(jié)構(gòu)致密、晶體均勻、紋理清新雅致、具有玉質(zhì)般的效果；質(zhì)地堅(jiān)硬細(xì)膩具有堅(jiān)硬性、耐磨的卓越的力學(xué)特征；具有不吸水、抗菌素凍害和獨(dú)特的耐污染性；具有耐風(fēng)化、耐酸、耐堿的優(yōu)良的抗蝕性；綠色建材，無放射性，保護(hù)生態(tài)環(huán)境和人體健康且安全綠色環(huán)保。這類微晶材料的機(jī)械強(qiáng)度、化學(xué)穩(wěn)定性、電性能均優(yōu)于傳統(tǒng)的普通玻璃、陶瓷，還可大量利用工業(yè)廢料、廢渣、礦渣等。1.經(jīng)國家權(quán)威部門檢測，建筑裝飾裝修用微晶板材具有六大特點(diǎn)： （1）性能優(yōu)良，比天然石材更具理化優(yōu)勢微晶板材是在與花崗巖形成條件相似的高溫狀態(tài)下，通過特殊的工藝燒結(jié)而成，質(zhì)地均勻，密度大、硬度高、抗壓、抗彎、耐沖擊等性能等優(yōu)于天然石材，經(jīng)

12、久耐用，不易受損，更沒有天然石材常見的細(xì)碎裂紋。（2）.質(zhì)地細(xì)膩，板面光澤晶瑩柔和微晶板材既有特殊的微晶結(jié)構(gòu)，又有特殊的玻璃基質(zhì)結(jié)構(gòu)，質(zhì)地細(xì)膩，板面晶瑩亮麗，對(duì)于射入光線能產(chǎn)生擴(kuò)散漫反射效果，使人感覺柔美和諧。（3）.色彩豐富，應(yīng)用范圍廣泛微晶板材的制作工藝，可以根據(jù)使用需要生產(chǎn)出豐富多彩的色調(diào)系列（尤以雪白、米黃、銀灰三個(gè)色系最為時(shí)尚、流行），同時(shí)，又能彌補(bǔ)天然石材色差大的缺陷。（4）.耐酸堿度佳，耐候性能優(yōu)良微晶板材作為化學(xué)性能穩(wěn)定的無機(jī)質(zhì)晶化材料，又包含玻璃基質(zhì)結(jié)構(gòu)，其耐酸堿度、抗腐蝕性能甚于天然石材，尤其是耐候性更為突出，經(jīng)受長期風(fēng)吹日曬也不會(huì)褪光，更不會(huì)降低強(qiáng)度。（5）.卓越的抗污染

13、性，方便清潔維護(hù)微晶板材的吸水率極低，幾乎為零，多種污穢漿泥、染色溶液不易侵入滲透，依附于表面的污物也很容易清除擦凈。特別方便于建筑物的清潔維護(hù)。（6）.能熱彎變形，制成異形板材微晶板材可用加熱方法：制成顧客所需的各種弧形、曲面板，具有工藝簡單、成本低的優(yōu)點(diǎn)，避免了弧形石材加工大量切削、研磨、耗時(shí)、耗料、浪費(fèi)資源等弊端。（7）.不含放射性元素，不損害身體微晶板材的制作已經(jīng)人為的剔除了任何含輻射性的元素，不含像天然石材那樣可能出現(xiàn)對(duì)人體的放射性傷害，是現(xiàn)代最為安全的綠色環(huán)保型材料。2.微晶材料具有比一般玻璃、陶瓷、天然石材更為優(yōu)良的特性，主要表現(xiàn)為：（1）、具有優(yōu)異的化學(xué)性能：耐酸堿腐蝕、耐風(fēng)化

14、、耐溫性能相當(dāng)好；（2）、具有優(yōu)越的物理性能，如：耐磨損、耐污、自潔、優(yōu)良的機(jī)械強(qiáng)度；（3）、具有優(yōu)良的電學(xué)性能：絕緣性能好、介電損耗率低；（4）、具有良好的熱學(xué)性能：熱膨脹系數(shù)低，抗熱震性能好，軟化溫度高、導(dǎo)散熱性能好；（5）、具有優(yōu)異的裝飾效果：一般指建筑裝飾用微晶玻璃（俗稱微晶石）；（6）、具有優(yōu)良的節(jié)能保溫效果：一般指泡沫微晶材料（或者納米微晶泡沫材料）；（7）、微晶材料品種多，各品種材料具有獨(dú)特的理化性能：如電磁爐微晶板、微晶鑄石板等。六、結(jié)束語近年來在我國，微晶板材已大量用作建筑物的裝飾材料，如代替大理石或花崗石等材料用作外墻、地板、樓面、樓梯踏板、貼柱、大廳柜臺(tái)面、電梯門邊、衛(wèi)生

15、間臺(tái)面、炊事案板等處的裝飾材料及結(jié)構(gòu)材料，也用作陽臺(tái)和門窗材料，各種高檔家具、高檔珍貴工藝品制作及各種用途的其它室內(nèi)裝飾材料。目前國內(nèi)已有很多著名建筑選用微晶板材作為裝修材料，已使用微晶板材的精典工程有：人民大會(huì)堂廣東廳、中國人民銀行總行、北京首都國際機(jī)場、上海國際會(huì)展中心、大連現(xiàn)代博物館、廣州地鐵、深圳賽格廣場、福州環(huán)球廣場、濟(jì)南金橋大廈、昆明柏聯(lián)廣場、天津開發(fā)區(qū)外商投資服務(wù)中心、重慶電信大廈、武漢郵電大廈、錦州商業(yè)銀行大廈、大連東亞銀行等等，應(yīng)用范圍已遍及國內(nèi)二十多個(gè)省、區(qū)、直轄市的大中城市。但所有的這些也僅是微晶材料日常生活中服務(wù)于人類社會(huì)“冰山一角”。我國建筑裝飾業(yè)現(xiàn)已逐步進(jìn)入黃金時(shí)期，現(xiàn)代建筑業(yè)的發(fā)展對(duì)中高檔裝飾材料的需求量越來越大，要求越來越高，集多種優(yōu)良性能于一體、晶瑩閃爍的新型高檔微晶裝飾材料的市場需求量越來越大，應(yīng)用范圍越來越廣，它被譽(yù)為當(dāng)今世界建筑裝飾的新型頂尖材料、領(lǐng)導(dǎo)21世紀(jì)裝飾材料新潮流。微晶材料作為一新型高