一、鈦材在建筑領(lǐng)域中的使用特性

1.1 密度小，強(qiáng)度高

純鈦的比重是鋼的60%，在鋼架支撐鈦板的設(shè)計(jì)中，鈦材料具有減重的優(yōu)勢(shì)，能滿足建材輕量化的要求.作為輕質(zhì)材料，用作建筑材料，在結(jié)構(gòu)上載荷小，容易吊裝.鈦的機(jī)械性能還使它具有耐久性、抗震性及抗彎曲性能好，遭到強(qiáng)烈振動(dòng)(地震)以及暴風(fēng)雨的沖擊也不易損壞. Ti是絕緣性能最好的金屬之一，其熱導(dǎo)率為10BTU/h-F，是Al的1/10，它能夠提高建筑物的節(jié)能效率.

1.2 低的熱膨脹系數(shù)

在所有建筑用金屬材料中，Ti的熱膨脹系數(shù)是不銹鋼的50%，是Al的30%，具有最低的熱膨脹系數(shù).它與玻璃、混凝土、磚和石頭的差不多.這就允許設(shè)計(jì)時(shí)使用鈦材和玻璃作為主要建筑材料.一個(gè)典型的有縫屋頂需要周期性的橫向縫，鈦材則可按屋頂?shù)拈L(zhǎng)度軋制成一個(gè)連續(xù)的板，而不需要留縫來(lái)補(bǔ)償膨脹或收縮.另外，鈦材的熱應(yīng)力也很低，是不銹鋼的一半，鋁材的三分之一.

1.3 鈦材的機(jī)械和加工性能

純Ti具有中等強(qiáng)度和優(yōu)異的焊接性能，它最適合于建筑物的屋頂及護(hù)墻. Ti一15—3合金具有高強(qiáng)度，用于建筑物的各種支架和橫梁.最近興起的超級(jí)不銹鋼建筑外墻與屋頂，其加工性能和焊接仍遜于Ti.Ti易加工成薄板材，不易變形，焊接性能好.標(biāo)準(zhǔn)的金屬成型工具、加工方法和技術(shù)都用于剪切、成型、機(jī)加和Ti的聯(lián)結(jié).鈦材能夠采用通用的TIG焊接工藝進(jìn)行組件之間的連接，而且鈦材可自我恢復(fù)的氧化膜可以防止焊接受到破壞.此外，采用二次加工技術(shù)能根據(jù)客戶的需要對(duì)鈦材的表面進(jìn)行加工，諸如蝕刻、壓花、旋壓、噴砂、電鍍和打孔等。

1.4 良好的耐蝕性

鈦材表面有一層厚度不超過(guò)10 21m的氧化膜，它在腐蝕環(huán)境中非常穩(wěn)定.對(duì)空氣、海水及各種化學(xué)試劑具有優(yōu)越的耐蝕性，是目前最能適應(yīng)各種環(huán)境的原材料.鈦材能抵御城市污染、工業(yè)輻射和極端的侵蝕性大氣條件的腐蝕;不會(huì)因紫外線照射而風(fēng)化褪色;耐酸雨腐蝕;能抵抗應(yīng)力、點(diǎn)狀和縫隙腐蝕.

1.5無(wú)環(huán)境污染

具有相應(yīng)的惰性，可以被100%地回收，不分解，所以不污染環(huán)境.而當(dāng)其它的金屬暴露在污染物中則會(huì)被侵蝕或腐蝕，泄漏出金屬離子，進(jìn)入地下水，帶來(lái)環(huán)境問(wèn)題.鈦材符合“綠色建筑產(chǎn)品規(guī)范”，它在所有的建筑用金屬中惰性最強(qiáng)，壽命最長(zhǎng).最近在阿姆斯特丹修建的Scheep—博物館就是使用鈦材進(jìn)行包覆.

1.6使用壽命長(zhǎng)

當(dāng)鈦材用于屋頂或外部墻的包覆時(shí)，其初始材料成本比其它金屬高.加工和安裝費(fèi)用與其它金屬類似，鈦材的加工和安裝成本僅比不銹鋼高10%.而鈦材的耐腐蝕性使其不需要進(jìn)行維修，可保證100年不會(huì)被腐蝕穿透.從總的壽命周期成本來(lái)看，比其它金屬具有優(yōu)越性，在高腐蝕環(huán)境中，如海岸城市和工業(yè)區(qū)顯得更為突出.對(duì)建筑應(yīng)用，美觀和耐蝕性都是現(xiàn)代建筑的建筑師和設(shè)計(jì)者們主要考慮的問(wèn)題.工業(yè)純鈦材(1級(jí)和2級(jí))產(chǎn)品在建筑中是應(yīng)用最多的.雖然鈦材在西方建筑應(yīng)用的歷史不太長(zhǎng)，但在日本已有25年以上的應(yīng)用歷史了，有上百的建筑物都使用了鈦材，使許多重污染地區(qū)、都市和濱海地區(qū)的腐蝕問(wèn)題得到了解決.

1.7 自然的表面光澤

作為一種建筑材料，鈦材不但擁有自然光澤，而且經(jīng)氧化能呈現(xiàn)不同色彩，加之其耐蝕性優(yōu)越，勿需鍍一層防腐膜.由于鈦材的反射率較小，并呈現(xiàn)淡銀灰色，故其自然色澤令人滿意.鈦材經(jīng)過(guò)退火和酸洗后，表面熠熠生輝.采取對(duì)金屬進(jìn)行陽(yáng)極氧化以及氧化前對(duì)表面自然光澤進(jìn)行調(diào)整的方法來(lái)改變色調(diào)，以滿足顧客對(duì)顏色的要求. Ti的氧化膜是Ti金屬表面與空氣/水發(fā)生反應(yīng)而形成的.和不銹鋼、Al的表面相比，鈦材突出的耐蝕性正是該層氧化膜.鈦板表面的不同顏色取決于氧化膜的不同厚度(<10 am，銀色; 12 am，金色; 20 D_m，棕色;35 nm，藍(lán)色).通過(guò)調(diào)整氧化膜厚度以及鈦材表面光澤度，可以使建筑用鈦材的表面呈現(xiàn)多姿多彩的外觀.建筑用鈦材的表面結(jié)構(gòu)多樣，從柔軟、粗糙到銀光閃閃的表面應(yīng)有盡有.經(jīng)過(guò)陽(yáng)極氧化處理后，其色彩和光澤不會(huì)消退，氧化膜會(huì)增厚，這樣，因光的干涉——彩虹原理就產(chǎn)生了顏色.光線穿過(guò)這層氧化膜時(shí)，一部分被反射，一部分被折射，一部分被吸收.反射光線的相位不同，產(chǎn)生干涉，表面就呈現(xiàn)出不同顏色.為了保持鈦材在建筑上使用時(shí)顏色的穩(wěn)定性，在實(shí)際生產(chǎn)中要考慮表面光澤控制技術(shù)，即退火和酸洗狀況的調(diào)節(jié).可從光澤監(jiān)測(cè)裝置反饋檢測(cè)結(jié)果來(lái)調(diào)節(jié)退火(溫度、時(shí)間)和酸洗(溫度、時(shí)間、酸配比)的狀況.

二、建筑使用鈦材成為一種時(shí)尚

博物館已成為鈦材建筑應(yīng)用的一個(gè)肖像，為未來(lái)的項(xiàng)目打開(kāi)了大門.新的鈦材應(yīng)用包括美國(guó)、加拿大、蘇格蘭、英國(guó)、德國(guó)、比利時(shí)、秘魯，正在建設(shè)中的有瑞士、新加坡和埃及.阿布札比機(jī)場(chǎng)用Ti量近百噸，是機(jī)場(chǎng)用鈦材做為建筑結(jié)構(gòu)材料的范例.作為世界上最大的鈦材生產(chǎn)商和供應(yīng)商，TIMET支持并推動(dòng)鈦材在全球建筑業(yè)上的推廣應(yīng)用，它不僅能夠?yàn)榻ㄖI(lǐng)域提供種類齊全的產(chǎn)品和各式增值服務(wù)，而且它還能夠承諾100年的質(zhì)保期.鈦材在建筑上的應(yīng)用，日本處于領(lǐng)先地位，已有28年的歷史，有上百例建筑物.早在1973年，日本大分縣佐賀關(guān)町的早吸日女神社就最先使用了鈦材作金黃色屋頂.在各種使用鈦材的建筑中，除屋頂外，還有大廈的外壁、幕墻、封檐板、天棚、港灣設(shè)施、橋梁、海底隧道、雕塑、裝飾物、紀(jì)念碑、欄桿、管道、防蝕包覆等等.鈦材在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用，使許多重污染地區(qū)，都市和濱海地區(qū)的建筑物的問(wèn)題得到圓滿解決，也為Ti在建筑領(lǐng)域開(kāi)辟了新的發(fā)展空間.近十多年間日本建筑用鈦材從1990年的64 t，上升至2000年的113 t，其中1995年高達(dá)294 t.建筑用鈦材也從最初的以屋頂為主(63.7%)轉(zhuǎn)為以幕墻為主.9%).我國(guó)建筑業(yè)中鈦材的應(yīng)用還處在起步階段，僅在裝飾方面有所應(yīng)用，總量不超過(guò)10 t.面對(duì)蓬勃興起的鈦材藝術(shù)建筑，相信我國(guó)也會(huì)趕上時(shí)代潮流，關(guān)注鈦材在建筑領(lǐng)域的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，推動(dòng)我國(guó)鈦工業(yè)的發(fā)展。