材料

材料是人類賴以生存和發展的物質基礎。20世紀70年代人們把信息、材料和能源譽為當代文明的三大支柱。80年代以高技術群為代表的新技術革命，又把新材料、信息技術和生物技術並列為新技術革命的重要標誌。這主要是因為材料與國民經濟建設、國防建設和人民生活密切相關。材料除了具有重要性和普遍性以外，還具有多樣性。由於材料多種多樣，分類方法也就沒有一個統一標準。

材料是人類用於製造物品、器件、構件、機器或其他產品的那些物質。材料是物質，但不是所有物質都可以稱為材料。如燃料和化學原料、工業化學品、食物和藥物，一般都不算是材料。但是這個定義並不那麼嚴格，如炸藥、固體火箭推進劑，一般稱之為“含能材料”，因為它屬於火炮或火箭的組成部分。由於多種多樣，分類方法也就沒有一個統一標準。從物理化學屬性來分，可分為金屬材料、無機非金屬材料、有機高分子材料和不同類型材料所組成的複合材料。從用途來分，又分為電子材料、航空航天材料、核材料、建築材料、能源材料、生物材料等。更常見的兩種分類方法則是結構材料與功能材料。

按物理化學屬性

可分為金屬材料、無機非金屬材料、高分子材料。

按用途

可分為電子材料、航空航天材料、核材料、建築材料、能源材料、生物材料等。

按部位

就是按材料在空間的使用部位來將材料分類，如內牆材料、外牆材料、頂棚材料地面材料等。但這種分法確立之後，我們遇到一種材料既可以用到室內，也可以用到室外。在室內，一種材料既可以用在地面、牆面，又可以用到頂棚上去，如石材、塗料等。如果一塊石片貼到頂棚、牆面、地面上，人們就會對有些材料的分類歸屬產生疑問。由此看來，要想把材料分清楚，只有從材料的本質來分及化學組成上來分。

它們是結構材料與功能材料：傳統材料與新型材料。結構材料是以力學性能為基礎，以製造受力構件所用材料，當然，結構材料對物理或化學性能也有一定要求，如光澤、熱導率、抗輻照、抗腐蝕、抗氧化等。功能材料則主要是利用物質的獨特物理、化學性質或生物功能等而形成的一類材料。一種材料往往既是結構材料又是功能材料，如鐵、銅、鋁等。傳統材料是指那些已經成熟且在工業中已批量生產並大量應用的材料，如鋼鐵、水泥、塑料等。這類材料由於其量大、產值高、涉及面廣泛，又是很多支柱產業的基礎，所以又稱為基礎材料。新型材料(先進材料)是指那些正在發展，且具有優異性能和應用前景的一類材料。新型材料與傳統材料之間並沒有明顯的界限，傳統材料通過採用新技術，提高技術含量，提高性能，大幅度增加附加值而成為新型材料；新材料在經過長期生產與應用之後也就成為傳統材料。傳統材料是發展新材料和高技術的基礎，而新型材料又往往能推動傳統材料的進一步發展。

生態建築材料的科學和權威的定義仍在研究確定階段。生態建築材料的概 念來自於生態環境材料。生態環境材料的定義也仍在研究確定之中。其主要特徵首先是節約資源和能源；其次是減少環境污染，避免溫室效應與臭氧層的破壞；第三是容易回收和循環利用。作為生態環境材料一個重要分支，按其含義生態建築材料應指在材料的生產、使用、廢棄和再生循環過程中以與生態環境相協調，滿足最少資源和能源消耗，最小或無環境污染，最佳使用性能，最高循環再利用率要求設計生產的建築材料。顯然這樣的環境協調性是一個相對和發展的概念。生態建材與其它新型建材在概念上的主要不同在於生態建材是一個系統。

工程的概念，不能只看生產或使用過程中的某一個環節。對材料環境協調性的評價取決於所考察的區間或所設定的邊界。國內外畫龍點睛在出現各種各樣稱之為生態建材的新型建築材料，如利用廢料或城市垃圾生產的“生態水泥”等。但如果沒有系統工程的觀點，設計生產的建築材料有可能在一個方面反映出“綠色”而在其它方面則是“黑色”，評價時難免失之偏頗甚至誤導。

例如，高性能的陶瓷材料可能廢棄后難以分解，建築高分子材料常常難於降 解，複合建築材料因組成複雜也給再生利用帶來難度；黏土陶料混凝土砌塊輕質、高強、熱絕緣性和防火性能好，但其生產需要較高的能耗；塑鋼門窗較鋼窗和鋁合金窗更堅固耐久和熱絕緣性能更好，但它包含高的能源成本和廢棄處理時將對環境產生嚴重的負擔；立窯水泥也可能僅因其一產耗能小而被認為比旋窯水泥的環境協調性好，甚至對因釋放溫室氣體CO2而“黑名昭著”的水泥產業，也應看到其製成品水泥混凝土在使用過程自然發生的碳化過程對CO2的吸收。生產1噸水泥熟料，因燃煤和石灰石分解大約釋放出1噸CO2，除了燃煤釋放的CO2以外（約佔40%），水泥燒成中碳酸鈣分解釋放的CO2量可以在緩慢的碳化過程中被水泥混凝土完全吸收。為全面評價建築材料的環境協調性能，需要採用生命周期評價方法（Life Cycle Assessment,簡稱LCA）。生命周期評價方法是對材料整個生命周期中的環境污染、能源和資源消耗與資源影響大小的一種方法。雖然已有一些專著介紹並已進入ISO國際標準，對建築材料而言，LCA還是一個正在研究和發展中的方法。

關於生態建材的發展方式和對環境協調性的改進，日本學者三本良一教授總結了四類創意 新的方法和它們各自對環境協調性貢獻大小的評價，即，產品改進，重新設計，功能創新和系統創新。系統創新對環境協調性的改進最大，花費的時間最長，不難理解，系統創新的難度也最大，而產品的改進相對簡單，對環境協調性的提高也相對小些。這裡需要指出的是，對某種材料而言，生態化或環境協調化的發展並不一定要遵循這四種排列順序。關於生態建材的發展策略，還有一些問題很難回答。如環境協調性與使用性能之間並不總是能協調發展相互促進。筆者認為，生態建材的發展不能以過分犧牲使用性能為代價。但生態建材料使用性能的要求不一定都要高性能，而是指滿足使用要求的優異性能或最佳使用性能。性能低的建築材料勢必影響耐久性和使用功能，如採用LCA方法評價，在生產環節中為節能利廢而犧牲性能並不一定能提高材料的環境協調性。

建築材料的輻射

建築材料輻射是目前對人們傷害程度最大的輻射因素，原因是這些輻射來源於異常的放射性元素。現

有的家居裝飾石材，一種是花崗岩，由石英、長石、雲母組成，另一種則是大理石。這兩種石材中含有一些放射性元素，如鐳、鈾等，這些元素在衰變過程中會產生放射性物質，如氡等。長期呼吸高濃度的含放射性物質的空氣，會對人的呼吸系統，尤其是肺部造成輻射損傷，並引發多種疾病，如胸痛、發燒等，嚴重的還會導致人體部分細胞癌變，危及生命。除此之外，建築裝修中採用的陶瓷衛浴等，都有可能含有超量的放射性物質，從而對人體健康產生不良影響。

新型建築材料

新型建築材料是區別於傳統的磚瓦、灰砂石等建材的建築材料新品種，包括的品種和門類很多。從功能上分，有牆體材料、裝飾材料、門窗材料、保溫材料、防水材料、粘結和密封材料，以及與其配套的各種五金件、塑料件及各種輔助材料等。從材質上分，不但有天然材料，還有化學材料、金屬材料、非金屬材料等等。新型建材具有輕質、高強度、保溫、節能、節土、裝飾等優良特性。採用新型建材 不但使房屋功能大大改善，還可以使建築物內外更具現代氣息，滿足人們的審美要求；有的新型建材可以顯著減輕建築物自重，為推廣輕型建築結構創造了條件，推動了建築施工技術現代化，大大加快了建房速度。新型建材的性能和功用各不相同，生產新型建材產品的原材料及工藝方法也各不相同。就其發展情況而言，有的品種重在花色，花色品種層出不窮，如裝飾裝修材料；有的品種重在功能，如保溫材料；有的則通過深加工衍生出多個品種，如新型建築板材等。以新型建築板材為例。新型建築板材有幾十個品種，其中紙面石膏板、玻璃纖維增強水泥（GRC）板、無石棉硅鈣板是目前中國生產量最大、應用最普遍的三種新型建築板材。這三種板材不但所採用的原料不同，生產工藝不同，其性能和功用也不同。如紙面石膏板主要原料為石膏和護面紙，適用於作內牆板和吊頂板；玻璃纖維增強水泥板主要原料是低鹼水泥和耐鹼玻璃纖維，適用於作內外牆板；硅鈣板主要原料是硅鈣材料，除用作內外牆板外，還可用於裝修以及製做和房屋結合在一起的傢具等。這三種板的同一特點是：採用它們作為原始板材，再分別配上防滲、保溫、防火等功能材料，採用複合技術，可生產出各種輕質和性能優越的新型牆體材料。此外，它們所用的原材料均為非金屬材料，而且又是三種最易得到的非金屬材料。

中國的新型建材工業，在黨和政府的高度重視和支持下，經過20多年的發展，已具備了相當的規模和較為齊全的品種。隨著社會主義市場經濟體制的建立、城鎮居民安居工程的實施，中國的新型建材工業必將得到更大的發展。

相變材料是利用材料在發生相變的過程中，可以吸收環境的熱(冷)量，並在需要時向環境釋放出熱(冷)量，從而達到控制周圍環境溫度的目的|利用相變材料的相變潛熱(Latent Heat Storage，LHS)來實現能量的貯存和利用，有助於開發環保節能型的相變複合材料。

1.地面裝飾材料。

常用的有：水泥砂漿地面，耐磨性能好，使用最廣，但有隔聲差、無彈性、熱導率大等缺點。大理石地面，紋理清晰美觀，常用於高級賓館等公共活動場所。水磨石地面，有很好的耐磨性，光亮美觀，可按設計做成各種花飾圖案。木地板，富有彈性，熱導率小，給人以溫暖柔和的感覺，拼花硬木地板還鋪成席紋、人字形圖案，經久耐用，多用於體育館、排練廳、舞台、宴會廳。新型的地面裝飾材料有木纖維地板、塑料地板、陶瓷錦磚等。陶瓷錦磚質地堅硬、耐酸、耐鹼、耐磨、不滲水、易清洗，除作為地磚外，還可作內外牆飾面。

2.內牆裝飾材料

傳統的做法是刷石灰水或牆粉，但容易污染，不能用濕法擦洗，多用於一般建築。較高級的建築多用平光調和漆，色澤豐富，不易污染，但摻入的有機溶劑揮發量大，污染大氣，影響施工人員的健康，隨著科學的發展，有機合成樹脂原料廣泛地用於油漆，使油漆產品面貌發生根本變化而被稱為塗料，成為一類重要的內外牆裝飾材料。用紙裱糊室內牆面和頂棚有悠久的歷史，但已被塑料壁紙和玻璃纖維貼牆布所替代。石膏板有防火、隔聲、隔熱、輕質高強、施工方便等特點，主要用於牆面和平頂；作平頂時，可打成各種花紋的孔，以提高吸聲和裝飾效果。鈣塑板有良好的裝飾效果，能保溫隔聲，是多功能板材。大理石板材、花崗石板材用於裝飾高級賓館、公寓的也日益增多。

3.外牆裝飾材料

常用的有水泥砂漿、剁假石、水刷石、釉面磚、陶瓷錦磚、油漆、白水 泥漿等。新的外牆裝飾材料如塗料、聚合物水泥砂漿、石棉水泥板、玻璃幕牆、鋁合金製品等，正在被一些工程所採用。

材料的選擇：①主要用途；②外觀；③物理性質（密度，硬度，強度，導電性，導熱性）；④化學性質（對水的作用，耐腐蝕性）；⑤價格；⑥加工難度；⑦日常維護；⑧對環境的影響；

歷史

以各種金屬作為建築裝飾材料，有著源遠流長的歷史，至今還留下許多痕迹，如頤和園中的銅亭，泰山頂上的銅殿，昆明的金殿，西藏的布達拉宮金碧輝煌的裝飾等等都是古人留下的典範。現代金屬裝飾材料用於建築物中更是多種多樣，豐富多彩。這是因為金屬材料具有獨特的光澤和顏色t作為建築裝飾材料，金屬莊重華貴，經久耐用，均優於其他各類建築裝飾材料。現代常用的金屬裝飾材料包括有鋁及鋁合金、不鏽鋼、銅及銅合金。金屬裝飾材料的種類及特點，用於裝飾的金屬材料種類有鋁及鋁合金、不鏽鋼、銅及銅合金等。

金屬材料分類

金屬材料分為黑色金屬和有色金屬兩大類。黑色金屬包括鑄；鑄鐵、鋼材，其中的鋼材主要是作房屋、橋樑等的結構材料，只有鋼材的不鏽鋼用作裝飾使用，有色金屬包括有鋁及其合金、銅及銅合金：金、銀等，它們廣泛地用於建築裝飾裝修中。

鋁合金及其裝飾製品

鋁是有色金屬中的輕金屬，密度為2.7g/m*m，銀白色。鋁的導電性能和導熱性能都很好，化學性質也很活潑，暴露於空氣中，表面易於生成一層氧化鋁薄膜，保護下面金屬不再受到腐蝕，所以鋁在大氣中耐蝕性較強，但因薄膜極薄，因而其耐蝕性有一定限度。純鋁具有很好的塑性，可製成管、棒、板等。但鋁的強度和硬度較低。鋁的拋光表面對白光的反射率達80%以上，對紫外線、紅外線也有較強的反射能力。鋁還可以進行表面著色，從而獲得具有良好的裝飾效果。

鋁合金是為了提高鋁的實用價值，在鋁中加入鎂、錳、銅、鋅、硅等元素而組成的。鋁合金種類很多，用於建築裝飾的鋁合金是變形鋁合金中的鍛鋁合金（簡稱鍛鋁，代號 LD）。鍛鋁合金是鋁鎂硅合金（AI—Mg—Si合金），其中的LD31具有中等強度，衝擊韌性高，熱塑性極好，可以高速擠壓成結構複雜、薄壁、中空的各種型材或鍛造成結構複雜的鍛件。LD31的焊接性能和耐蝕性優良，加工后表面十分光潔，並且容易著色，是AI—Mg—Si系合金中應用最為廣泛的合金品種。鋁合金裝飾製品有：鋁合金門窗、鋁合金百頁窗帘、鋁合金裝飾板、鋁箔、鎂鋁飾板、鎂鋁曲板、鋁合金吊頂材料、鋁合金欄桿、扶手、屏幕、格柵等。鋁箔是指用純鋁或褳合金加工成6.3pm至0.2mm的薄片製品。鋁箔有很好的防潮性能和絕熱性能，所以鋁箔以全新的多功能保溫隔熱材料和防潮材料廣泛用於建築業；如卷材鋁箔可用作保溫隔熱窗帘，板材鋁箔（如鋁箔波形板、鋁箔泡沫塑料板等）常用在室內，通過選擇適當色調圖案，可同時起很好裝飾作用。

不鏽鋼建築裝飾製品

不鏽鋼是含鉻12%以上，具有耐腐蝕性能的 不鏽鋼

鐵基合金。不鏽鋼可分為不銹耐酸鋼和不鏽鋼兩種，能抵抗大氣腐蝕的鋼稱不

銹鋼，而在一些化學介質（如酸類）中能抵抗腐蝕的鋼為耐酸鋼。通常將這兩種鋼統稱為不鏽鋼。用於裝飾上的不鏽鋼主要是板材，不鏽鋼板是藉助於不鏽鋼板的表面特徵來達到裝飾目的的，如表面的平滑性和光澤性等。還可通過表面著色處理，製得褐、藍、黃、紅、綠等各種彩色不鏽鋼，既保持了不鏽鋼原有的優異的耐蝕性能，又進一步提高了它的裝飾效果。

輕鋼龍骨是安裝各種罩面板的骨架，是木龍骨的換代產品。輕鋼龍骨配以不同材質、不同花色的罩面板，不僅改善了建築物的熱一學、聲學特性，也直接造就了不同的裝飾藝術和風格，是室內設計必須考慮的重要內容。輕鋼龍骨從材質上分有鋁合金龍骨、鋁帶龍骨、鍍鋅鋼板龍骨。和薄壁冷軋退火卷帶龍骨。從斷面上分有V型龍骨、C型龍骨及L型龍骨。從用途上分有吊頂龍骨（代號D）、隔斷（牆體）龍骨（代號Q）。吊頂龍骨有主龍骨（大龍骨）、次龍骨（中龍骨和小龍骨）。主龍骨也叫承載龍骨，次龍骨也叫覆面龍骨。隔斷龍骨有豎龍骨、橫龍骨和通貫龍骨之分。鋁合金龍骨多做成T型，T型龍骨主要用於吊頂。各種輕鋼 薄板多作成V型龍骨和C型龍骨，它們在吊頂和隔斷中均可採用。

其他金屬材料

銅及銅合金：純銅是紫紅色的重金屬，又稱紫銅。銅和鋅的合 金稱作黃銅。其顏色隨含鋅量的增加由黃紅色變為淡黃色，其機械性能比純銅高，價格比純銅低，也不易鏽蝕，易於加工製成各種建 築五金、建築配件等。銅和銅合金裝飾製品有：銅板、黃銅薄壁管、黃銅板、銅管、銅棒、黃銅管等。它們可作柱面、牆面裝飾，也可製作成欄桿、扶手等 裝飾配件。金箔：是以黃金為顏料而製成的一種極薄的飾面材料，厚度僅為0.lpm左右。較多的是國家重點文物和高級建築物的局部 用金箔裝被潤色。金字招牌：是金箔的應用的一種創新，是其他材料製作的招牌無法比擬的，豪華名貴，永不褪色，能保持20年以上。它的價格比一般銅字招牌貴一倍左右，但外表色彩與光澤，使用年限都明顯好於銅字招牌。

選擇材料應注意的問題

塑料配方設計過程中選擇材料注意的問題—據一項統計數據表明：在統計調查注射製品失敗中，23%是選擇材料的錯誤，9%是選擇添加劑上的錯誤。由此可見選擇材料的重要性。一般要求材料成本下降、材料性能提高，同時還要考慮時代的外觀美及耐久性，所以很難選擇一種能滿足所有性能要求的合適材料。例如，用注射成型方法生產透明容器時，在一般情況下可選擇聚苯乙烯或聚甲基丙烯酸甲酯兩種材料。但如果要求廉價為首要條件，則就要選用聚苯乙烯；反之，如果強調耐候性能時，就要確定選聚甲基丙烯酸甲酯（即有機玻璃）。如果還要再加上耐衝擊性能好的話，則就要排除上述兩種材料而選擇聚碳酸酯，當然成本要提高。一般在選擇中應考慮以下內容：所要選擇的材料在使用環境中最高和最低的溫度變化範圍內可否承受住，在這個溫度範圍內材料能否變形、易發生龜裂否、耐衝擊性能如何等。若不符合用戶要求，就要改變現有的塑料品種，另選擇一個新的品種，或進行改性處理。另外，所要設計的材料在使用環境中的其他因素影響也需要考慮。在要求製品尺寸穩定性能好時，還要考慮到樹脂的熱膨脹係數、要考慮樹脂的熱膨脹係數、成型初期及成型後期的收縮率變化、吸濕性等因素。一般情況下，不可能滿足所有的條件，只要滿足主要條件就可以了。關於質量標準的掌握，一般按下述條件而定。

（1）能否承受使用環境溢度的變化、陽光的影響及使用時負荷的變化。

（2）製品是否合乎衛生標準及安全性。

（3）彎曲強度、拉伸強度、衝擊強度、電絕緣性、弧性、耐火性、耐水性、耐油性能、電學性能是否符合國家標準、、耐溶劑性等機械力學性能、企業標準。

（4）尺寸穩定性能、光學性能、抗毒抗濕抗菌性能如何。

（5）外觀上及經濟成本、特殊要求是否能達到要求。

對於長期使用的塑料材料及製品，必須考慮維修及保養費用，若能夠大幅度削減維修費用時，即使初期投資較大，但對材料整體看，還是有利的。另外還要考慮成型加工性能及二次加工性的難易程度，考慮材料在模具中的變化情況。在設計製作軸承、齒輪等重要部件時，還應該進行物理機械性能檢驗分析；做透明材料時，還應進行光學試驗及修正。