建筑装饰用微晶玻璃“十三五”发展状况

魏娜娜

（建筑材料工业技术情报研究所 北京 100024）

0 引言

微晶玻璃的生产最早开始于1957年，由美国康宁公司的S.D.Stookey成功研制出商品光敏微晶玻璃并实现工业化，从此开启了微晶玻璃的研究和发展，到如今已经有约70年的历程。微晶玻璃是将特定组成的基础玻璃，在加热过程中通过控制晶化而制得的一类含有大量微晶相的玻璃固体材料，具有较好的机械性能、化学稳定性、耐久性和表面光洁度等特点，已在各个领域得到普遍的应用，主要应用于建筑装饰、工业和生活家电三个大领域，此外还应用于航空航天、电子工业和生物医疗等。“十三五”期间是我国社会经济发展重要转折期，国民经济将从高速发展转向中高速的新常态发展，绿色建材已成为本世纪建材工业发展的重点，微晶玻璃在20世纪已经定为战略新型材料之一，“十三五”期间微晶玻璃更是经历了重要的发展时期，专利技术研究创新数量增加，实现浮法工艺生产，标准修订完成并发布实施。

1 微晶玻璃的特点

“十三五”时期，微晶玻璃在建筑装饰领域已经部分代替传统的陶瓷和天然石材。众所周知，陶瓷行业具有资源消耗能耗高、高排污的行业特征，环境污染严重，并且优质陶土原料是生产优质陶瓷的必要条件，陶瓷所用原料是不可再生资源，目前我国优质陶土存量已大幅度减少，并且长期以来陶瓷行业一直是粗放型发展。天然石材属于不可再生资源，粗放式过度开采污染并破坏环境，国家对天然石材的开采日趋严格。因此，陶瓷和天然石材作为传统装饰材料，其发展过程面临诸多问题，而微晶玻璃属于新型建筑材料，具有比陶瓷和天然石材更优越的性能特点［1］，见表1。

表1 微晶玻璃与陶瓷、石材主要性能对比

从表1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）等方面均优于陶瓷和花岗岩。

2 国内外微晶玻璃专利技术分析

微晶玻璃专利申请主要国家有中国、日本、美国、欧洲各国，专利申请主要的公司有美国康宁股份有限公司、德国肖特公司、法国法国圣戈班玻璃厂、日本株式会社小原等，其中，肖特公司对微晶玻璃领域的研究投入非常大，其技术也处于国际领先水平。“十三五”时期中国微晶玻璃专利申请达到全球总量的一半，微晶玻璃技术达到史前最高速发展水平。

截止到2018年，各国微晶玻璃专利申请数量见表2［2］。

表2 主要国家的微晶玻璃专利申请数量 件

从微晶玻璃专利权人角度分析，国外主要专利权人有德国肖特、美国康宁、日本京瓷、法国尤罗科拉、日本电气硝子、日本旭硝子等，其中德国肖特近五年来申请数量最多为2338件。近年来，国内微晶玻璃技术研发迅猛发展，专利专利权人和数量均出现较大幅度增长，其中宁波大学已经名列全球前五名，截至2020年12月，微晶玻璃专利专利权人和数量见表3。

表3 国内微晶玻璃专利主要专利权人和申请数量

从微晶玻璃技术发展方向分析，随着各国对微晶玻璃技术研究的不断深入和提高，技术研究的重点方向日需突出［2］，近年来微晶玻璃主要技术发展重点见表4。

表4 微晶玻璃重点研发方向列举

3 “十三五”建筑装饰用微晶玻璃两大重要发展事件

“十三五”时期，建筑装饰用微晶玻璃有两大重要事件：一是采用浮法工艺生产微晶玻璃，实现技术上的重要突破；二是完成建筑装饰用微晶玻璃行业标准的修订，JC/T 872—2019《建筑装饰用微晶玻璃》已发布和实施。

3.1 微晶玻璃实现浮法工艺生产

微晶玻璃的制备技术根据其所用原料的种类、特性及对产品性能的要求而变化，主要有熔融法、烧结法、熔胶-凝胶法、二次成形工艺等［3］。众所周知，浮法工艺是玻璃大生产中最为成熟和先进的生产技术，如果将浮法工艺用于微晶玻璃的生产，将会在质量和成本方面带来突破性进展。

2015年1月，河北省沙河玻璃技术研究院3.0 t/d浮法建筑装饰CaO-MgO-Al2O3- SiO2微晶玻璃中试生产线点火并成功生产出浮法建筑装饰微晶玻璃板材，意味着钙镁铝硅浮法建筑装饰微晶玻璃可正式进行工业化生产。2016年10月，国内第一条浮法微晶玻璃生产线在江西鼎盛玻璃实业有限公司正式投产，这种以浮法工艺生产微晶玻璃的技术填补了行业空白，从而微晶玻璃实现浮法工艺生产［4,5］。其工艺流程见图1。

图1 微晶玻璃浮法成形工艺示意图

相比较压延法和烧结法生产工艺，微晶玻璃的浮法生产工艺使得玻璃通过锡液面浮抛成形，具有产品产量高、质量好、玻璃板面宽、生产过程易于实现机械化和自动化等优点，弥补了烧结法和压延法成品率低、不能生产厚度3～8 mm的薄型微晶玻璃板材的缺陷。同时，用浮法工艺生产的微晶玻璃装饰板材，板面平整度和表面质量都有显著提高，且无需再进行深度磨抛，从而可降低成本30%～50%，节约能耗。

3.2 JC/T 872《建筑装饰用微晶玻璃》标准的修订和新标准的发布实施

针对JC/T 872—2019《建筑装饰用微晶玻璃》［6］与JC/T 872—2000［7］进行对比，对新旧版本变化的主要技术内容加以阐述。

3.2.1 修改了分类方法

JC/T 872—2000旧版本第4章产品分类，按照颜色基调、形状、表面加工程度、等级四个依据进行分类，JC/T 872—2019新版本第4章分类按产品的外观分为A类和B类。

从新版本“5.1外观”的要求可以看出，涵盖了旧版本中颜色、形状、表面加工程度、等级四个方面的内容：微晶玻璃生产技术水平提高，产品颜色日益丰富，无论哪种颜色的微晶玻璃，只需从色差角度来要求和判定即可；无论是正方形、长方形或是其他异型板材，在外观质量要求一致；表面加工程度和等级，在新版本“表2外观”中均给出了具体要求，从中可以看出A类和B类的要求不同，A类比B类要求更加严格，实际上也即是旧版本中按等级划分为优等品（A）和合格品（B）两类。新版本的分类依据了当前微晶玻璃发展的实际现状情况，更直观、简洁，要求严于旧版本。

3.2.2 修改了外观、光泽度、莫氏硬度、尺寸变偏差的技术要求

新版本把裂纹、色差、光泽度一并归入“5.1外观”中，色差要求“不明显；仲裁时色差不大于1.5”，比旧版本色产要求“仲裁时色差不大于2.0CIELAB色差单位”更加严格。

新版本中光泽度要求“光泽度值符合标称值，光泽度差≤10”，而旧版本中光泽度要求“镜面板材的镜面光泽度优等品不低于85光泽单位，合格品不低于75光泽单位”，微晶玻璃应用不同，对光泽度的要求也不同，因此没有必要对光泽度的具体值进行界定，对于抛光产品只需规定产品的光泽度值符合标称值并且偏差值≤10，即可控制产品的光泽度指标。

莫氏硬度在新版本中归入“5.3性能”中，旧版本莫氏硬度要求“板材硬度为莫氏硬度5～6级”，新版本莫氏硬度要求“≥5”，因为随着微晶玻璃生产技术水平的提高，莫氏硬度也会得到提高，甚至超过6级，莫氏硬度提高更加有利于减小微晶玻璃划伤。

尺寸偏差是将旧版本中“5.1、5.2、5.3”三个内容在新版本中合并为“5.2”，并且各项指标要求较旧版本明显提高，也体现了现阶段我国微晶玻璃产品在尺寸控制方面精度有了很大提高，要求更加严格。

3.2.3 增加了耐划痕性、耐磨性、耐污染性、吸水率、线膨胀系数、弹性模量、泊松比、冲击韧性、抗菌性、有害物质限量的技术要求

“十三五”期间，随着微晶玻璃生产技术水平的提高，微晶玻璃浮法工艺的突破，微晶玻璃的品种更加丰富，产品性能更加优越，在实际应用过程中，出现了许多新增性能，以满足不同需求。JC/T 872—2019新版本最重要的变化是在JC/T 872—2000旧版本基础上增加了耐划痕性、耐磨性、耐污染性、吸水率、线膨胀系数、弹性模量、泊松比、冲击韧性、抗菌性、有害物质限量的技术要求。尤其是抗菌性能和有害物质限量两个性能，体现了微晶玻璃产品必须满足环保和人体健康的要求，见表5。

表5 JC/T 872—2019新版本“表4 产品性能指标”内容

新版本中“5.4有害物质限量”包括“5.4.1重金属溶出量和放射性”两个要求。放射性“应符合GB 6566—2010中A类装饰装修材料的要求”。“以人为本”，微晶玻璃作为建筑装饰用时，有害物质是必须纳入的技术指标，同时也提高了产品在环保、人居环境健康方面的要求。见表6。

表6 JC/T 872—2019新版本“表5重金属溶出限量”内容

3.2.4 修改了耐急冷急热性、莫氏硬度、耐化学腐蚀性的试验方法

JC/T 872—2019新版本中对耐急冷急热性、莫氏硬度和耐化学腐蚀性，根据产品自身特点制定了科学、可行的试验方法进行更新，提高检验数据的准确性。

4 结语

“十三五”时期，微晶玻璃经历了前所未有的迅速发展阶段，从工艺技术、产品创新性和标准等方面都有了重大突破。但是我国微晶玻璃总体技术水平与其他材料（如陶瓷、玻璃、石材等）工业相比存在很大差距，与国外同类产品相比生产技术水平也存在一定差距，但是差距在逐渐缩小，主要差距表现为：生产过程自动化、机械化水平不高；生产过程能耗高、在线检测和过程控制技术相对落后；产品高新技术应用水平较低；成本高、市场面窄等。令人欣慰的是微晶玻璃发展至今，已经占据了各领域市场份额，标准体系已经得到很大程度完善，专利申请数量逐年增多，这些发展信息表明我国微晶玻璃正在以较快速度蓬勃发展，相信在“十三五”发展阶段推动的基础上，微晶玻璃将会在“十四五”取得更大进步，届时产品质量水平进一步提高，产品成本逐渐降低，应用领域市场进一步扩大，微晶玻璃整体发展会进入另一个较高水平的发展阶段。