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建筑中的鈦板及鈦合金板(知識篇)
時間:2018-11-23 11:05:18 作者:

建筑中少見的鈦板及鈦合金板

相對于其它金屬板材,建筑中鈦板及鈦合金板使用量極少,但了解一下還是有必要的,或許哪天你碰上一個號稱“不缺錢”的高大上項目時可以用到。

金屬鈦的基本知識


鈦(Titanium)最早是由英國科學家格雷戈爾(Gregor)于1791年從鈦鐵礦石中發現的,德國化學家克拉普魯斯(Klaproth)于1795年也從金紅石中發現了這一元素,并命名為“鈦”。由于鈦的化學活性高,提煉困難,直至1910年才由美國科學家亨特(Hunter)首次用鈉還原提煉出純鈦。1940年盧森堡科學家克羅爾(kroll)用鎂還原法制得了海綿鈦,從此奠定了鈦的大規模工業化生產的基礎。

鈦在地殼中的儲量非常豐富,它僅次于鐵、鋁、鎂,居第四位,比常用金屬銅、鎳、鉛、鋅的總和還多十幾倍。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。

金屬鈦的基本性能


從外形上看,金屬鈦呈銀灰色,與鋼鐵相似。鈦與普通金屬相比具有很多優良的性能:

①密度小強度高,用于建筑中能夠滿足建筑輕型化的需要。鈦的密度為4.54g/cm3,僅為普通結構鋼的56%,而強度與普通結構鋼相當或更高,在金屬結構材料中,鈦的比強度(材料強度和密度的比值)是最高的,許多合金(如“鋅板”)中加入少量的鈦后性能得到很大的改善。

②鈦在自然環境中極易在表面與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,可變幻出不同的色彩。由于它耐腐蝕性能極強,考慮到長期的維修費用,其長期綜合成本并不比其他金屬高許多,特別適合于用在苛刻的環境下如海濱、酸雨、火山地帶。某些生產廠商甚至愿意提供100年耐久年限的保證。

③鈦的膨脹系數為8.2×10-3mm/ m·℃,約是不銹鋼和銅的一半,在急冷急熱時應力小,適于在溫度變化較大的環境中使用,更適合用作溫度變化較大的部位如建筑屋面。

④鈦屬于不燃材料,其熔點高達1660℃,在火災測試中能夠經受1100℃的高溫。作為結構材料,鈦合金具有比鋁合金好得多的熱強性。

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,也不呈現低溫脆性,非常適合特殊情況下的結構運用。

⑥鈦在金屬里屬于隔熱性能最佳的一類,其導熱系數約為鋁的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特殊功能。

鈦與不銹鋼及銅在不同環境中的表現對比

 

SUS304不銹鋼

紫外線

海邊鹽霧

一般

酸雨

一般

一般

酸霧

一般

接觸腐蝕

一般

耐熱性

金屬鈦的應用


由于鈦具有多種優異的特性,它被廣泛用于軍工、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業生產中。鈦的應用首先是從軍工和航空工業開始的,它的發展隨著軍備、航空制造業的發展經受了數次大起大落,常被稱為“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色金屬。

在實際應用中,常加入適當的合金元素形成不同牌號的鈦合金板。

金屬鈦板在建筑外表皮中的應用


鈦的諸多優異性質決定了鈦材同樣非常適宜于用作各種環境下的建筑墻屋面材料,在建筑中以屋面用鈦居多,約占60%,外墻約占30%。日本是建筑中應用鈦材最早的國家,鈦作為建材已有約30年的歷史。美國是用鈦最大的國家,主要集中在航空航天領域,目前已逐步向民用領域轉移。近年來,歐洲建筑用鈦也有迅猛的發展,許多國家均有建筑用鈦計劃。

即便如此,鈦板在建筑中的使用還是少之又少。(許多人容易將常說的“兴发娱乐城”誤解為鈦板,實際兴发娱乐城只是加入了極少量鈦元素的鋅合金板而已;而“鈦板”是以鈦為主,只是添加了極少量其它元素的金屬合金材料。這也是我們一直建議用“鋅板”而非“兴发娱乐城”作為鋅合金板名稱的主要原因。)

弗蘭克·歐·蓋里設計的西班牙畢爾巴鄂市古根海姆(Guggenheim)博物館是所有以鈦為主要飾面材料的建筑中最為聞名的,該建筑除了部分石材基座外,整個墻面及屋面均為0.3~0.4mm厚(由于鈦的最佳耐腐蝕性能,板材使用厚度只是鋅板的一半)的鈦板覆蓋,面積達32000m2,重量約達80噸,其特殊的金屬光澤、由于板太薄造成的凸凹不平的金屬皺褶配合著自由的體塊,非常引人注目。

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