建筑微晶玻璃的發(fā)展與應(yīng)用

劉攀 劉紅剛 何進

（1. 清遠南玻節(jié)能新材料有限公司 清遠 511650；2. 深圳南?？萍加邢薰?深圳 518067；3. 中國南玻集團股份有限公司 深圳 518067）

1 市場概況

2021年以來，受上游原材料、天然氣的價格暴漲以及能耗“雙控”的持續(xù)推進影響，對我國建筑陶瓷行業(yè)盈利影響較大。建筑陶瓷板塊競爭激烈，隨著全球市場對高端陶瓷新材料的需求日益增長，國內(nèi)建筑陶瓷生產(chǎn)企業(yè)也正把研發(fā)和生產(chǎn)的重心向更具競爭力和高附加值的建筑陶瓷新產(chǎn)品轉(zhuǎn)移。同時，巖板、建筑微晶玻璃、彩釉磚、全拋釉磚等陶瓷新產(chǎn)品更具有文化底蘊和藝術(shù)氛圍，更能滿足消費者個性化定制家居的需求，作為代表性裝飾新材料引起了行業(yè)變革。

建筑微晶玻璃具有熱膨脹系數(shù)小、耐高溫、耐磨和高強度等特性，是一種優(yōu)良的高檔建筑裝飾材料，是天然石材和高檔建筑陶瓷的理想替代品，其性能遠優(yōu)于石材及陶瓷（表1）［1-2］，所用原料大部分為工業(yè)尾礦，且整個生產(chǎn)過程中可實現(xiàn)綠色生產(chǎn)。另外，其作為一種新型裝飾材料經(jīng)過近20年的發(fā)展已得到越來越多設(shè)計師和消費者的認同，不少國家重點工程及知名度很高的建筑已陸續(xù)采用微晶玻璃做建筑內(nèi)外墻及室內(nèi)家居裝飾［3］。

表1 微晶玻璃與天然花崗巖、大理石、建筑陶瓷的性能比較

目前，國內(nèi)從事微晶玻璃裝飾板生產(chǎn)的廠家約40家，生產(chǎn)規(guī)模約800萬m2/年，預(yù)計未來五年年增長率約4.2%。2021年陶瓷磚的年產(chǎn)量達約90億m2/年，產(chǎn)值約3000億元，如果建筑裝飾微晶玻璃占據(jù)其10%的份額，將達9億m2的市場需求。

2 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

國外主要生產(chǎn)廠家：日本MIYAWO、美國Corning、德國Schott、日本NEG、法國歐凱特種陶瓷等。

國外從事建筑用微晶玻璃生產(chǎn)的主要是日本，其產(chǎn)品簡約典雅，色彩柔和，圖案清晰。產(chǎn)品色彩豐富，工藝技術(shù)和產(chǎn)品品質(zhì)都代表了建筑微晶玻璃裝飾材料的世界領(lǐng)先水平。近幾年日本新建或翻新的車站，其內(nèi)外墻大多改用微晶玻璃，如東京車站、新大阪地鐵車站等［4］。

目前國內(nèi)主要的成熟技術(shù)體系有：中國地質(zhì)科學(xué)院尾礦研究中心、清華大學(xué)、武漢理工大學(xué)以及晶牛集團等。國內(nèi)主要生產(chǎn)廠家：宜豐鼎盛玻璃實業(yè)有限公司、一名微晶科技股份有限公司、晶牛微晶集團股份有限公司、廣東科迪微晶玻璃實業(yè)有限公司等。

陶瓷磚種類較多，產(chǎn)品覆蓋低、中、高端市場，而微晶磚和天然石材主要針對高端市場，價格昂貴，見表2。

表2 微晶磚與陶瓷磚、天然石材種類、價格及生產(chǎn)廠家

市場上出售的微晶磚是一種復(fù)合微晶石，由1層微晶玻璃和1層陶瓷復(fù)合而成，其中微晶玻璃的厚度0.5～5 mm。這是目前比較高端的一種裝飾材料，不僅適用于地面，而且可作為一種高檔的內(nèi)墻裝飾材料，如微晶石電視背景墻，見圖1。

圖1 復(fù)合微晶石

2.1 復(fù)合微晶石與陶瓷磚、天然石材對比

復(fù)合微晶石質(zhì)感柔和，表面光潔度可達90～120；色彩色域范圍廣，可以根據(jù)使用需要生產(chǎn)出豐富多彩的色調(diào)系列，如流行色：水晶白、米黃、淺灰、白麻等；抗污染性強，清潔方便，微晶石的吸水率幾乎為零，漿泥/有色溶液不易侵入滲透，且易清除表面的黏附物，特別方便于建筑物的清潔維護［5］。但復(fù)合微晶石不耐劃，由于微晶石表面光澤度高，若在其表面刮劃，劃痕就很容易顯現(xiàn)出來，也易顯臟，且加工易崩邊，需專業(yè)人士用水刀切割。

2.2 復(fù)合微晶石與壓延法、浮法微晶玻璃對比

復(fù)合微晶石是將經(jīng)高溫熔化、水淬、烘干、過篩、破碎后的玻璃顆粒攤鋪在陶瓷磚上，再高溫?zé)Y(jié)成一體。其下層具有陶瓷板材機械強度大、韌性強、耐沖擊性好的優(yōu)點，上層具備微晶玻璃光澤度高、色彩柔和的外觀裝飾效果［6-7］。與壓延法微晶玻璃相比，其可大幅度降低成本，獲得更多的經(jīng)濟效益。與浮法微晶玻璃相比，其顏色可調(diào)、色彩豐富，應(yīng)用范圍更寬。

3 建筑微晶玻璃生產(chǎn)工藝對比

目前微晶玻璃的主要工業(yè)化生產(chǎn)方法主要有三種［8-11］：燒結(jié)法、壓延法、浮法。

燒結(jié)工藝流程：配料→混合→熔制→水淬→粉碎→過篩→輔料→晶化→磨拋→切割→成品。

壓延工藝流程：配料→混合→熔制→壓延成形→晶化→磨拋→切割→成品。

浮法微晶玻璃生產(chǎn)流程：配合料制備→熔化→錫槽浮法成形→晶化退火→冷端切割下板→精加工→包裝入庫。

三種生產(chǎn)工藝對比見表3。

表3 三種微晶玻璃生產(chǎn)工藝對比

由于浮法生產(chǎn)工藝技術(shù)成熟，生產(chǎn)人員經(jīng)驗豐富，設(shè)備自動化水平高，因此浮法工藝主要用于CaO-MgO-Al2O3- SiO2體系微晶玻璃的生產(chǎn)，與傳統(tǒng)浮法玻璃生產(chǎn)相比，主要的設(shè)備差異在錫槽和晶化退火窯部分，部分熱工參數(shù)設(shè)置參考表4。

表4 部分熱工參數(shù)

成形錫槽調(diào)整：錫槽在傳統(tǒng)浮法錫槽的基礎(chǔ)上進行了改進。相比傳統(tǒng)浮法玻璃，微晶玻璃的熱端溫度會高出100～200 ℃，如果直接升高常規(guī)的錫槽溫度，則錫槽里錫液會成倍揮發(fā)，并在頂部聚集較多的冷凝物，冷凝物的滴落會導(dǎo)致在微晶玻璃表面形成如錫斑、結(jié)石等錫缺陷［12］。

晶化退火窯：與傳統(tǒng)浮法玻璃生產(chǎn)線相比，在錫槽和退火窯中間加了一段熱處理窯，即晶化退火部分由熱處理窯和退火窯兩部分組成，在熱處理窯中按既定的晶化工藝曲線進行升溫、核化、晶化、退火，其中玻璃在熱處理窯上進行了長約1 h的核化和晶化處理。

在晶化退火窯中，結(jié)合文獻［13-15］，微晶玻璃熱處理制度為：升溫至600～750 ℃并保溫0.2～2 h進行核化處理，再升溫至850～950 ℃并保溫0.2～1 h進行晶化，最后逐漸降溫至550～650℃，并退火處理0.2～1 h。

4 微晶玻璃的深加工

微晶玻璃兼具玻璃、陶瓷和晶體的共同優(yōu)點，具有很高的機械強度、耐沖擊性，優(yōu)良的耐化性、易潔性和抗熱震性，微晶玻璃板材對深加工工藝有著更高的要求［16］，綜合利用冷加工、熱處理、化學(xué)處理等加工工藝，對微晶玻璃進行改性，以得到某種特定功能，從而滿足終端市場需求。

（1）通過激光雕刻、車刻等冷加工工藝［17］，可使微晶玻璃表面晶瑩剔透的立體線條形成精細明亮、簡約美觀的形狀；

（2）利用熱處理工藝（如：熱彎熱壓）生產(chǎn)各種不同尺寸規(guī)格的曲面板［18］，可得到樣式新穎、線條流暢的曲面微晶玻璃；

（3）利用絲網(wǎng)印刷、彩繪和噴墨打印等技術(shù)，使微晶玻璃表面形成絢麗多彩的圖案。

5 結(jié)語

（1）與傳統(tǒng)的燒結(jié)法和壓延法相比，浮法生產(chǎn)微晶玻璃可實現(xiàn)大噸位連續(xù)生產(chǎn)，且上表面無需拋光就有較佳的色澤，從成本、質(zhì)量、產(chǎn)量上都是重大突破，工藝技術(shù)先進。

（2）浮法微晶玻璃的缺點為產(chǎn)品品種單一，單線換品種周期長，且很難從深色換回淺色，需綜合布局多條線以形成規(guī)?；?yīng)，才能滿足產(chǎn)品顏色多樣的市場需求。

（3）微晶玻璃主要用于高檔建筑裝飾細分市場，市場尚處于培育發(fā)展期。微晶玻璃易于加工，可通過熱彎、數(shù)碼打印、冷加工等制成別具一格的裝飾產(chǎn)品，未來可進一步拓寬市場終端。