魏娜娜

（建筑材料工業(yè)技術情報研究所 北京 100024）

0 引言

微晶玻璃的生產(chǎn)最早開始于1957年，由美國康寧公司的S.D.Stookey成功研制出商品光敏微晶玻璃并實現(xiàn)工業(yè)化，從此開啟了微晶玻璃的研究和發(fā)展，到如今已經(jīng)有約70年的歷程。微晶玻璃是將特定組成的基礎玻璃，在加熱過程中通過控制晶化而制得的一類含有大量微晶相的玻璃固體材料，具有較好的機械性能、化學穩(wěn)定性、耐久性和表面光潔度等特點，已在各個領域得到普遍的應用，主要應用于建筑裝飾、工業(yè)和生活家電三個大領域，此外還應用于航空航天、電子工業(yè)和生物醫(yī)療等?！笆濉逼陂g是我國社會經(jīng)濟發(fā)展重要轉(zhuǎn)折期，國民經(jīng)濟將從高速發(fā)展轉(zhuǎn)向中高速的新常態(tài)發(fā)展，綠色建材已成為本世紀建材工業(yè)發(fā)展的重點，微晶玻璃在20世紀已經(jīng)定為戰(zhàn)略新型材料之一，“十三五”期間微晶玻璃更是經(jīng)歷了重要的發(fā)展時期，專利技術研究創(chuàng)新數(shù)量增加，實現(xiàn)浮法工藝生產(chǎn)，標準修訂完成并發(fā)布實施。

1 微晶玻璃的特點

“十三五”時期，微晶玻璃在建筑裝飾領域已經(jīng)部分代替?zhèn)鹘y(tǒng)的陶瓷和天然石材。眾所周知，陶瓷行業(yè)具有資源消耗能耗高、高排污的行業(yè)特征，環(huán)境污染嚴重，并且優(yōu)質(zhì)陶土原料是生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)陶瓷的必要條件，陶瓷所用原料是不可再生資源，目前我國優(yōu)質(zhì)陶土存量已大幅度減少，并且長期以來陶瓷行業(yè)一直是粗放型發(fā)展。天然石材屬于不可再生資源，粗放式過度開采污染并破壞環(huán)境，國家對天然石材的開采日趨嚴格。因此，陶瓷和天然石材作為傳統(tǒng)裝飾材料，其發(fā)展過程面臨諸多問題，而微晶玻璃屬于新型建筑材料，具有比陶瓷和天然石材更優(yōu)越的性能特點［1］，見表1。

表1 微晶玻璃與陶瓷、石材主要性能對比

從表1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）、強度（抗彎、抗沖擊）等方面均優(yōu)于陶瓷和花崗巖。

2 國內(nèi)外微晶玻璃專利技術分析

微晶玻璃專利申請主要國家有中國、日本、美國、歐洲各國，專利申請主要的公司有美國康寧股份有限公司、德國肖特公司、法國法國圣戈班玻璃廠、日本株式會社小原等，其中，肖特公司對微晶玻璃領域的研究投入非常大，其技術也處于國際領先水平?！笆濉睍r期中國微晶玻璃專利申請達到全球總量的一半，微晶玻璃技術達到史前最高速發(fā)展水平。

截止到2018年，各國微晶玻璃專利申請數(shù)量見表2［2］。

表2 主要國家的微晶玻璃專利申請數(shù)量 件

從微晶玻璃專利權人角度分析，國外主要專利權人有德國肖特、美國康寧、日本京瓷、法國尤羅科拉、日本電氣硝子、日本旭硝子等，其中德國肖特近五年來申請數(shù)量最多為2338件。近年來，國內(nèi)微晶玻璃技術研發(fā)迅猛發(fā)展，專利專利權人和數(shù)量均出現(xiàn)較大幅度增長，其中寧波大學已經(jīng)名列全球前五名，截至2020年12月，微晶玻璃專利專利權人和數(shù)量見表3。

表3 國內(nèi)微晶玻璃專利主要專利權人和申請數(shù)量

從微晶玻璃技術發(fā)展方向分析，隨著各國對微晶玻璃技術研究的不斷深入和提高，技術研究的重點方向日需突出［2］，近年來微晶玻璃主要技術發(fā)展重點見表4。

表4 微晶玻璃重點研發(fā)方向列舉

3 “十三五”建筑裝飾用微晶玻璃兩大重要發(fā)展事件

“十三五”時期，建筑裝飾用微晶玻璃有兩大重要事件：一是采用浮法工藝生產(chǎn)微晶玻璃，實現(xiàn)技術上的重要突破；二是完成建筑裝飾用微晶玻璃行業(yè)標準的修訂，JC/T 872—2019《建筑裝飾用微晶玻璃》已發(fā)布和實施。

3.1 微晶玻璃實現(xiàn)浮法工藝生產(chǎn)

微晶玻璃的制備技術根據(jù)其所用原料的種類、特性及對產(chǎn)品性能的要求而變化，主要有熔融法、燒結法、熔膠-凝膠法、二次成形工藝等［3］。眾所周知，浮法工藝是玻璃大生產(chǎn)中最為成熟和先進的生產(chǎn)技術，如果將浮法工藝用于微晶玻璃的生產(chǎn)，將會在質(zhì)量和成本方面帶來突破性進展。

2015年1月，河北省沙河玻璃技術研究院3.0 t/d浮法建筑裝飾CaO-MgO-Al2O3- SiO2微晶玻璃中試生產(chǎn)線點火并成功生產(chǎn)出浮法建筑裝飾微晶玻璃板材，意味著鈣鎂鋁硅浮法建筑裝飾微晶玻璃可正式進行工業(yè)化生產(chǎn)。2016年10月，國內(nèi)第一條浮法微晶玻璃生產(chǎn)線在江西鼎盛玻璃實業(yè)有限公司正式投產(chǎn)，這種以浮法工藝生產(chǎn)微晶玻璃的技術填補了行業(yè)空白，從而微晶玻璃實現(xiàn)浮法工藝生產(chǎn)［4,5］。其工藝流程見圖1。

圖1 微晶玻璃浮法成形工藝示意圖

相比較壓延法和燒結法生產(chǎn)工藝，微晶玻璃的浮法生產(chǎn)工藝使得玻璃通過錫液面浮拋成形，具有產(chǎn)品產(chǎn)量高、質(zhì)量好、玻璃板面寬、生產(chǎn)過程易于實現(xiàn)機械化和自動化等優(yōu)點，彌補了燒結法和壓延法成品率低、不能生產(chǎn)厚度3～8 mm的薄型微晶玻璃板材的缺陷。同時，用浮法工藝生產(chǎn)的微晶玻璃裝飾板材，板面平整度和表面質(zhì)量都有顯著提高，且無需再進行深度磨拋，從而可降低成本30%～50%，節(jié)約能耗。

3.2 JC/T 872《建筑裝飾用微晶玻璃》標準的修訂和新標準的發(fā)布實施

針對JC/T 872—2019《建筑裝飾用微晶玻璃》［6］與JC/T 872—2000［7］進行對比，對新舊版本變化的主要技術內(nèi)容加以闡述。

3.2.1 修改了分類方法

JC/T 872—2000舊版本第4章產(chǎn)品分類，按照顏色基調(diào)、形狀、表面加工程度、等級四個依據(jù)進行分類，JC/T 872—2019新版本第4章分類按產(chǎn)品的外觀分為A類和B類。

從新版本“5.1外觀”的要求可以看出，涵蓋了舊版本中顏色、形狀、表面加工程度、等級四個方面的內(nèi)容：微晶玻璃生產(chǎn)技術水平提高，產(chǎn)品顏色日益豐富，無論哪種顏色的微晶玻璃，只需從色差角度來要求和判定即可；無論是正方形、長方形或是其他異型板材，在外觀質(zhì)量要求一致；表面加工程度和等級，在新版本“表2外觀”中均給出了具體要求，從中可以看出A類和B類的要求不同，A類比B類要求更加嚴格，實際上也即是舊版本中按等級劃分為優(yōu)等品（A）和合格品（B）兩類。新版本的分類依據(jù)了當前微晶玻璃發(fā)展的實際現(xiàn)狀情況，更直觀、簡潔，要求嚴于舊版本。

3.2.2 修改了外觀、光澤度、莫氏硬度、尺寸變偏差的技術要求

新版本把裂紋、色差、光澤度一并歸入“5.1外觀”中，色差要求“不明顯；仲裁時色差不大于1.5”，比舊版本色產(chǎn)要求“仲裁時色差不大于2.0CIELAB色差單位”更加嚴格。

新版本中光澤度要求“光澤度值符合標稱值，光澤度差≤10”，而舊版本中光澤度要求“鏡面板材的鏡面光澤度優(yōu)等品不低于85光澤單位，合格品不低于75光澤單位”，微晶玻璃應用不同，對光澤度的要求也不同，因此沒有必要對光澤度的具體值進行界定，對于拋光產(chǎn)品只需規(guī)定產(chǎn)品的光澤度值符合標稱值并且偏差值≤10，即可控制產(chǎn)品的光澤度指標。

莫氏硬度在新版本中歸入“5.3性能”中，舊版本莫氏硬度要求“板材硬度為莫氏硬度5～6級”，新版本莫氏硬度要求“≥5”，因為隨著微晶玻璃生產(chǎn)技術水平的提高，莫氏硬度也會得到提高，甚至超過6級，莫氏硬度提高更加有利于減小微晶玻璃劃傷。

尺寸偏差是將舊版本中“5.1、5.2、5.3”三個內(nèi)容在新版本中合并為“5.2”，并且各項指標要求較舊版本明顯提高，也體現(xiàn)了現(xiàn)階段我國微晶玻璃產(chǎn)品在尺寸控制方面精度有了很大提高，要求更加嚴格。

3.2.3 增加了耐劃痕性、耐磨性、耐污染性、吸水率、線膨脹系數(shù)、彈性模量、泊松比、沖擊韌性、抗菌性、有害物質(zhì)限量的技術要求

“十三五”期間，隨著微晶玻璃生產(chǎn)技術水平的提高，微晶玻璃浮法工藝的突破，微晶玻璃的品種更加豐富，產(chǎn)品性能更加優(yōu)越，在實際應用過程中，出現(xiàn)了許多新增性能，以滿足不同需求。JC/T 872—2019新版本最重要的變化是在JC/T 872—2000舊版本基礎上增加了耐劃痕性、耐磨性、耐污染性、吸水率、線膨脹系數(shù)、彈性模量、泊松比、沖擊韌性、抗菌性、有害物質(zhì)限量的技術要求。尤其是抗菌性能和有害物質(zhì)限量兩個性能，體現(xiàn)了微晶玻璃產(chǎn)品必須滿足環(huán)保和人體健康的要求，見表5。

表5 JC/T 872—2019新版本“表4 產(chǎn)品性能指標”內(nèi)容

新版本中“5.4有害物質(zhì)限量”包括“5.4.1重金屬溶出量和放射性”兩個要求。放射性“應符合GB 6566—2010中A類裝飾裝修材料的要求”?！耙匀藶楸尽保⒕РＡё鳛榻ㄖb飾用時，有害物質(zhì)是必須納入的技術指標，同時也提高了產(chǎn)品在環(huán)保、人居環(huán)境健康方面的要求。見表6。

表6 JC/T 872—2019新版本“表5重金屬溶出限量”內(nèi)容

3.2.4 修改了耐急冷急熱性、莫氏硬度、耐化學腐蝕性的試驗方法

JC/T 872—2019新版本中對耐急冷急熱性、莫氏硬度和耐化學腐蝕性，根據(jù)產(chǎn)品自身特點制定了科學、可行的試驗方法進行更新，提高檢驗數(shù)據(jù)的準確性。

4 結語

“十三五”時期，微晶玻璃經(jīng)歷了前所未有的迅速發(fā)展階段，從工藝技術、產(chǎn)品創(chuàng)新性和標準等方面都有了重大突破。但是我國微晶玻璃總體技術水平與其他材料（如陶瓷、玻璃、石材等）工業(yè)相比存在很大差距，與國外同類產(chǎn)品相比生產(chǎn)技術水平也存在一定差距，但是差距在逐漸縮小，主要差距表現(xiàn)為：生產(chǎn)過程自動化、機械化水平不高；生產(chǎn)過程能耗高、在線檢測和過程控制技術相對落后；產(chǎn)品高新技術應用水平較低；成本高、市場面窄等。令人欣慰的是微晶玻璃發(fā)展至今，已經(jīng)占據(jù)了各領域市場份額，標準體系已經(jīng)得到很大程度完善，專利申請數(shù)量逐年增多，這些發(fā)展信息表明我國微晶玻璃正在以較快速度蓬勃發(fā)展，相信在“十三五”發(fā)展階段推動的基礎上，微晶玻璃將會在“十四五”取得更大進步，屆時產(chǎn)品質(zhì)量水平進一步提高，產(chǎn)品成本逐漸降低，應用領域市場進一步擴大，微晶玻璃整體發(fā)展會進入另一個較高水平的發(fā)展階段。