建築中少見的鈦板及鈦合(hé)金板
相對(duì)於其它金屬板材(cái),建(jiàn)築中鈦板及鈦合金板使(shǐ)用量極少,相對(duì)於其他常(cháng)用(yòng)建築金(jīn)屬如(rú)不(bú)鏽鋼、鋁等材料,鈦合金的價格限製了其大批量使用。
什麽是鈦?
鈦(Titanium)最早是(shì)由英國科學家格雷戈爾(Gregor)於1791年從(cóng)鈦鐵礦石中發現的(de),德國化學(xué)家(jiā)克拉(lā)普魯斯(Klaproth)於1795年也從金紅石中發現了這一元素,並命名為“鈦”。由於鈦的化學活性(xìng)高,提煉困難,直至1910年才(cái)由美國科學家亨特(Hunter)首次用鈉還原提煉出純鈦。1940年盧森堡科學(xué)家克羅(luó)爾(kroll)用鎂還原法製得了海綿鈦,從此奠定了鈦的大規模工業(yè)化生(shēng)產的基(jī)礎。
鈦在地殼中的儲量非常豐富,它僅次於鐵、鋁、鎂,居第四位,比常用(yòng)金屬銅、鎳、鉛、鋅的總和還多(duō)十幾倍。工業上用來生產鈦的礦石有金紅石、白鈦礦、鈣鈦礦、鈦鐵礦等。雖然(rán)地殼中鈦(tài)元素的含量如此多,但因大部分的鈦元素被用於製作二氧化鈦,鈦(tài)白粉(一種主要應用在塗料、造(zào)紙、塑料、橡膠、化纖、陶瓷等行業中,用於類似添加劑的材料),金屬型(xíng)鈦及鈦(tài)合(hé)金材料應用相對(duì)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的價格。
金屬鈦的基本特點
從外(wài)形(xíng)上看,金屬鈦呈銀灰色,與鋼(gāng)鐵相似。鈦與普通金屬相比(bǐ)具有很多優良的性能:
①密度(dù)小強度高,用於建築中能夠滿足建築(zhù)輕型化的需要。鈦(tài)的密度為4.54g/cm3,僅為普通結構鋼的56%,而強度與普通結構鋼相當或更高,在金(jīn)屬結構(gòu)材料中,鈦的比強度(材料強度和密度的比值)是最高的,許多合(hé)金(如(rú)“鋅板”)中加入少量的鈦(tài)後性能得到很大的改善。
②鈦在自然環境(jìng)中極易在表麵與氧形成一層(céng)堅固的氧化物薄膜,使(shǐ)其在氧化性酸、堿、鹽介質,特別是在(zài)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,可變幻出不同的色彩。由於它耐腐蝕(shí)性能極強,考慮到長期(qī)的維(wéi)修費用,其長期綜合成(chéng)本並不比其他金屬高許多,特別適(shì)合於用在(zài)苛刻的環境下(xià)如海濱、酸雨、火山地帶。某些(xiē)生產廠商甚至願意提供100年耐久(jiǔ)年限的保證(zhèng)。
③鈦的膨脹係數為8.2×10-3mm/ m·℃,約是不鏽鋼(gāng)和銅的一(yī)半,在急冷急熱時應力(lì)小,適於在溫度變化(huà)較大的環境中(zhōng)使用,更適合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。作為結構材料,鈦合金(jīn)具有比鋁(lǚ)合(hé)金好得多的熱強性。
⑤鈦具有好的韌性和抗疲勞性能,焊接性能好、低溫性能好,即使在-196℃下,也不(bú)呈現低溫脆(cuì)性,非常適合特殊(shū)情況下的結構運用。
⑥鈦在金(jīn)屬裏屬於隔熱性能最佳的一類,其導熱係(xì)數約為鋁的1/10。
⑦某些鈦合金還具有超導性能、記憶性(xìng)能和貯氫性能等特殊功能。
鈦與不鏽鋼及銅在不同(tóng)環境中的表現對(duì)比
鈦金屬(shǔ)的應用(yòng)
由於鈦具(jù)有多種優異的特性,它被廣泛用於軍工、航空航天、艦艇、石油化工、冶金、輕工、電力、海水淡化和日常生活等工(gōng)業生產中。鈦的應用首先是(shì)從(cóng)軍(jun1)工和航空工業開始(shǐ)的,它的發展隨著軍備、航空製造業的發展經受了數次大起大落,常(cháng)被稱為“太空金屬”、“第三金屬”。總體來說,鈦的發展速度很快,甚至超過了其他任何有(yǒu)色金屬(shǔ)。
在實際應用(yòng)中,常(cháng)加入適當的合金元素形成不同牌號(hào)的鈦合金(jīn)板。
金(jīn)屬鈦板在建築(zhù)外表皮中的應用前景
鈦(tài)的諸多優異性質決定了鈦(tài)材同樣非常適宜於用作(zuò)各(gè)種環境下的建築牆屋麵材料,在建築中以屋麵用鈦居(jū)多,約占60%,外牆約(yuē)占30%。日(rì)本是建築中應(yīng)用鈦材(cái)最早的國家,鈦作為建(jiàn)材已有(yǒu)約30年的曆史。美國是用鈦最大(dà)的國家,主要集中在航空航天(tiān)領域,目前已逐步向民用領域(yù)轉移。近年來,歐洲建(jiàn)築用鈦也有迅猛的發(fā)展,許多國家均有建築(zhù)用鈦計劃。
即便如此,鈦板(bǎn)在建築中的使用還是少之又少。(許多人容易將常說的“鈦鋅板”誤(wù)解為鈦板,實際鈦鋅板隻是加入(rù)了極(jí)少量鈦(tài)元素(sù)的鋅合金板而已;而“鈦板”是以鈦為主,隻是添加了(le)極少量其它元素的金屬合金材料。這也是(shì)我們一(yī)直建議用“鋅板”而(ér)非“鈦鋅板”作為鋅合金板名稱的主要原因。)
弗蘭克·歐·蓋裏設計的西班牙畢(bì)爾(ěr)巴(bā)鄂市古根海姆(Guggenheim)博物館是(shì)所有以鈦為主要飾麵材料的建築中最為聞名的,該建築除了部分石材基座外,整個牆麵及屋麵均為0.3~0.4mm厚(由於鈦的最佳(jiā)耐腐蝕性能,板材使用厚度隻(zhī)是鋅板(bǎn)的一半)的鈦板覆蓋,麵積達32000m2,重量約(yuē)達(dá)80噸,其特殊的金屬光澤、由於板太薄(báo)造成的(de)凸凹不平的金(jīn)屬皺褶配合著自由的體塊,非常(cháng)引人注(zhù)目。
2001年1月完工的英國格拉斯哥科技館 建築師:BDP建築師事務所
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(zhǒng)比例的板材形成兩(liǎng)種不同的表麵肌理(lǐ)。
從以(yǐ)上兩個實例可以感受到鈦板的極佳耐腐蝕性(xìng)能,除了少量汙漬外,經過十幾年的風雨依然亮麗如新,而不似其它金屬板材會顯出自然、時間帶給表麵的變化(huà)。
目前,鈦的冶煉過程中過高的成本導致鈦的價格相對還較貴(按重量計是不(bú)鏽鋼的(de)2倍左右),然而從其超強的耐腐蝕性能、強度、重量、使用壽命以及建築使用周期、建築荷載、綜合維護成本等方(fāng)麵綜合考慮,鈦與其(qí)他金屬相比還是有非常大的競爭力的。如按0.4mm板材計,考慮構造折邊等因素,按國內報價約(yuē)¥200元/kg計算,每平米花費約¥500元,甚至不比0.7mm的 鋅板貴。
在實踐中,更為經濟有效的解決方法是使用鈦與其(qí)它金屬組合為鈦金屬(shǔ)複合板,既有鈦的耐蝕性,又有(yǒu)普通厚度金屬板材的剛度。我國的國(guó)家大劇院屋(wū)頂外(wài)層據稱采用了麵積達3萬m2的鈦-不鏽鋼複合板,據說生產廠商承諾100年的保質期,這(zhè)為我國鈦在建築(zhù)領域的應用推廣開創(chuàng)了先河。
近年來國內鈦加工廠(chǎng)數量眾多,各種(zhǒng)標號的鈦合金板也(yě)是應有盡有,之間的差異也非常(cháng)微妙。當然作為建築外表皮材料要求不似軍工、工業那麽要求高。如果對鈦板有興(xìng)趣,可以(yǐ)聯係專業廠商(shāng)寶雞市香蕉啪啪视频金屬獲取更多的專業內容。隨著冶煉工藝的發展,相信在不遠的將來,鈦的生產成本會逐漸降(jiàng)低,它將(jiāng)會像不鏽(xiù)鋼、銅、鋁等金屬一樣,更多地走入我們的日常生活中。
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