建築中(zhōng)少見的鈦板及鈦合金(jīn)板
相對於其它金(jīn)屬板材(cái),建築中鈦板及鈦合金板使用量極少(shǎo),相(xiàng)對於其他(tā)常用(yòng)建築金屬(shǔ)如不鏽鋼、鋁等材料,鈦合金的價格限製了其大批量使(shǐ)用。
什麽是(shì)鈦?
鈦(Titanium)最早是由英國科學家格雷(léi)戈爾(Gregor)於1791年(nián)從鈦鐵礦石中發現的,德國化學家克拉普魯斯(Klaproth)於1795年也從(cóng)金紅石中發現了這一(yī)元素,並命名為“鈦”。由於鈦的(de)化學活性高,提煉困難,直至1910年(nián)才由美國科學(xué)家亨特(Hunter)首次用鈉還原提煉出純鈦。1940年盧森堡科(kē)學家克(kè)羅爾(kroll)用鎂還原法製得了海綿鈦,從此奠定了鈦的大規(guī)模工業化生(shēng)產的基(jī)礎(chǔ)。
鈦(tài)在地(dì)殼中的儲量非常豐富,它僅次於鐵、鋁、鎂,居(jū)第四位,比常用金屬銅、鎳、鉛、鋅的總和還多十(shí)幾倍。工(gōng)業上用(yòng)來生產鈦的(de)礦石有(yǒu)金紅(hóng)石、白鈦礦、鈣鈦礦、鈦鐵礦等(děng)。雖然(rán)地殼(ké)中鈦元素的含量如此多,但因大部分的鈦元素被(bèi)用於製作二氧(yǎng)化鈦,鈦白(bái)粉(一種主要應用在塗料、造紙、塑料、橡膠、化纖、陶瓷等行業中,用於類似(sì)添加劑的材料),金屬(shǔ)型鈦及鈦合金材料應用相對較少,且鈦相對於不鏽鋼等其他金屬材料不易加工,綜合影響其相對昂貴(guì)的價格。
金屬鈦的基本特(tè)點
從外形上看,金屬鈦呈(chéng)銀灰色,與鋼鐵相似。鈦與普通金屬相比具有很多優良(liáng)的性能:
①密度小強度高(gāo),用於建築中能夠滿足建築輕型化的需要。鈦的密度為4.54g/cm3,僅為普通結構鋼的56%,而強度與普通結構(gòu)鋼相(xiàng)當(dāng)或更高,在金(jīn)屬結構材料中,鈦的比強度(材料(liào)強度和(hé)密度(dù)的比值)是最高的,許多合金(如“鋅板”)中加入少量的鈦後性能得到很大的改善。
②鈦在自然環境中極易在表麵與(yǔ)氧形成一層堅固的氧化物薄膜,使其在氧化性酸、堿、鹽介質,特別是在濕氯氣和海水中,具有優異的抗腐蝕性能,氧化膜的厚薄不同,可(kě)變(biàn)幻出不同的色彩。由於它耐腐蝕(shí)性能極強(qiáng),考慮(lǜ)到(dào)長期的維修費(fèi)用,其(qí)長期綜合成本並不(bú)比其他金屬高許多,特別適合於用在苛刻(kè)的環境下如海濱、酸雨、火山地帶。某些生產廠商(shāng)甚至願意提供100年耐久年(nián)限(xiàn)的保證。
③鈦的膨(péng)脹係數為8.2×10-3mm/ m·℃,約(yuē)是不鏽鋼和(hé)銅的一半(bàn),在急冷急熱時應力小,適於在溫(wēn)度變化(huà)較大的(de)環境中使用,更適合(hé)用作溫度變化較大的部位如建築屋麵。
④鈦屬於不燃材料,其熔點高達1660℃,在火災測試中能夠經(jīng)受1100℃的高溫。作為結構材(cái)料,鈦合金具有比鋁合金(jīn)好得多的熱強性。
⑤鈦具有好的韌性和(hé)抗疲勞性能,焊接性能好、低溫(wēn)性能好,即使在-196℃下,也不呈現低溫脆性,非常適合特殊情況下的結(jié)構運用。
⑥鈦在金(jīn)屬裏屬於隔熱性能最佳(jiā)的一類,其導熱係數約(yuē)為鋁的1/10。
⑦某些鈦合金還具有超導性能、記憶性能和貯氫性能等(děng)特殊功能。
鈦與不鏽(xiù)鋼及銅在不同環境中的表現對比
鈦金屬的應用(yòng)
由於鈦具有多種優異的特性,它被廣泛用於軍工、航空航天(tiān)、艦(jiàn)艇、石油(yóu)化工、冶金、輕工、電力(lì)、海水淡化和日常生活等工(gōng)業生產中。鈦的應用首先是從軍工和航空工(gōng)業開始的(de),它的發展隨著軍(jun1)備、航空製造業的發展經受了數次大起大落,常被(bèi)稱為“太空金屬”、“第(dì)三金屬”。總體來(lái)說,鈦的發展速度很快,甚至超過了其他(tā)任何有色金屬。
在實際應用中,常(cháng)加入適當的合金元素形成不(bú)同牌號的鈦合金板。
金屬鈦板在(zài)建築外表皮中的應用(yòng)前景
鈦的諸多優(yōu)異性質決定了鈦材同樣非常適宜於用作各種環境下的建築牆屋麵材料,在建築中以屋麵(miàn)用鈦居多,約占60%,外牆約占(zhàn)30%。日本是建築中(zhōng)應用鈦材最早的國家,鈦作為建(jiàn)材已有約30年的(de)曆史。美國是用鈦最大的國家,主要集(jí)中在航空航天領域,目前已逐(zhú)步向(xiàng)民用領域轉移。近年來,歐洲建築用鈦也有迅猛的(de)發展,許多國家均有建築用(yòng)鈦計劃。
即(jí)便如此,鈦板在建築中的使用還是少之又少。(許多(duō)人容易將常說的“鈦鋅板(bǎn)”誤解(jiě)為鈦板,實際鈦鋅板隻是加入了極少量鈦元素的鋅合金板而(ér)已;而“鈦板”是以鈦為主,隻是添(tiān)加了(le)極少(shǎo)量(liàng)其它元素的金屬合(hé)金(jīn)材料。這也是我們一直建(jiàn)議(yì)用“鋅板”而非(fēi)“鈦(tài)鋅板”作為鋅(xīn)合金板名稱的(de)主要原因。)
弗蘭(lán)克(kè)·歐·蓋裏設計的西班牙畢爾巴鄂市古根海姆(Guggenheim)博(bó)物館是所有以鈦為主要飾麵材料(liào)的建築中最為聞名的,該(gāi)建築(zhù)除了部(bù)分石材基座外,整個牆麵及屋麵均為0.3~0.4mm厚(由於鈦的最(zuì)佳耐(nài)腐蝕性能(néng),板材(cái)使用厚度隻是鋅板的一半)的鈦板覆蓋,麵積達(dá)32000m2,重量約達80噸,其特殊的金屬光澤、由於板太薄造成的凸(tū)凹不平的金屬皺褶配合著自由的體塊,非常引人注目。
2001年1月完工的英國(guó)格拉(lā)斯哥科技館 建築師:BDP建(jiàn)築師(shī)事務所
典型的金屬薄板平咬接構造,采用了瓦片式方塊形、長方形兩種比例的板材形成兩種(zhǒng)不同的表麵肌理。
從以上兩個實例可以感受到鈦板的極佳耐腐蝕性能,除了少量汙(wū)漬(zì)外,經過十幾年的風雨依然亮(liàng)麗如新,而不似其它金屬板材會顯出自然、時(shí)間帶給表麵的變化。
目前,鈦(tài)的(de)冶煉過程中過高的成本(běn)導致(zhì)鈦的價格相對還較貴(按重量計是不鏽鋼的2倍左右),然而從其超強的耐腐蝕性能(néng)、強(qiáng)度、重(chóng)量、使用壽命(mìng)以及建築(zhù)使用周期(qī)、建築荷載、綜(zōng)合維護成本等(děng)方麵綜合考慮,鈦與其他金屬相比還是有非常大的競爭(zhēng)力的。如按0.4mm板材計,考慮構造折邊等因素,按國內報價(jià)約¥200元/kg計算,每(měi)平米花費約¥500元,甚至不比(bǐ)0.7mm的 鋅板貴。
在實踐中,更為經濟有效的解決方法是使用(yòng)鈦與其它金屬組合為鈦金屬複(fù)合(hé)板,既有(yǒu)鈦的耐蝕性,又有普通(tōng)厚度金屬板(bǎn)材的剛度(dù)。我國的國家(jiā)大劇院屋頂外層據稱采用了麵積達3萬m2的鈦-不(bú)鏽鋼複合板,據(jù)說生(shēng)產廠商承諾100年的保質期,這為我國(guó)鈦在建築領域的應(yīng)用推廣開創了先河(hé)。
近(jìn)年來(lái)國內鈦加工廠數量(liàng)眾多,各種標號的鈦合金板也(yě)是應有盡有,之間的差(chà)異也非常微妙。當然作為建築(zhù)外表皮材料要求不(bú)似軍工、工(gōng)業那麽要求高。如果對鈦板有興趣,可以聯係專業(yè)廠商寶雞市黄瓜影视(huī)金屬獲取更多的專業內容(róng)。隨著冶煉工藝的發展,相(xiàng)信在不(bú)遠的將(jiāng)來,鈦(tài)的生產成本會逐漸降低,它將(jiāng)會像不(bú)鏽鋼、銅、鋁等金屬一樣,更多地走入我們的日(rì)常生活中。
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