第七章真空玻璃

1、第七章 真空玻璃 7.1 7.1 概述概述1、原理： 真空玻璃是基于保温瓶的原理将两片平板玻璃四周密封起来，将其间隙抽成真空并密封排气口。 2、真空玻璃与中空玻璃的比较 真空玻璃是与中空玻璃结构完全不同的新产品。简单地说，最基本的差别在于两片玻璃之间的间隔内是“有气”还是“无气”。这一基本差别形成两种不同工艺及技术含量的产品。 中空玻璃大多用铝框四周封边、间隔2块玻璃，内含空气或充氩气，总厚度最薄的12（363）mm。 真空玻璃用适当分布的微粒支柱做间隔，间隙层只有0.10.2毫米，空腔内抽真空无气体，真空度达到0.1Pa以上，总厚度最薄只有6mm左右。 真空玻璃空间残余气体有极少对流和传导传

2、热；间隔支柱的传导传热。真空玻璃传热主要是辐射传热和边部传导传热。用镀有透明低辐射膜玻璃做的真空玻璃，像杜瓦瓶镀银一样又大大降低了辐射传热。显而易见，真空玻璃节能窗，具有比中空玻璃窗等目前所有玻璃材料制成的门窗更优越的隔热、隔声、保温、抗风压等性能。3、国内外真空玻璃发展现状 1913年世界第一个平板真空玻璃专利发布。科学家们相继进行了大量的探索，诞生了一批专利。20世纪80年代起，世界对真空玻璃的研发逐渐活跃起来。一个是美国克罗拉多太阳能研究所由DKBenson教授领导的真空玻璃研究组，创立了许多值得让后人借鉴的技术理论、思路和实验室数据，但因项目无实质性突破而下马。 另 一 个 是 悉 尼

3、 大 学 应 用 物 理 系RECollins教授19891994年领导的研究组，进一步改进工艺，1989年试制出样品，1993年研制出第一块米米的实用真空玻璃，并申请了4项专利。北京大学物理系原教授唐健正也是参与者之一。 1994年年底，日本板硝子玻璃株式会社最先从悉尼大学购得真空玻璃专利使用权，1996年在京都工厂内进行工业化生产，产量10万平方米。 1997年1月29日，板硝子正式宣告推出真空玻璃产品。 现在，日本板硝子公司的真空玻璃产品最大尺寸24001350毫米，最小尺寸350200毫米,还有一种夹丝型真空玻璃。（北京新立基的真空玻璃产品最大尺寸20001200毫米，最小600400

4、毫米。） 要实现从杜瓦瓶到真空平板玻璃的飞跃，三大难题摆在人们面前：（1）与杜瓦瓶不同，真空平板玻璃是一个小容积、大表面积而又狭窄扁平的玻璃真空腔体，但又要快速抽真空以使残余气体降到可以对热传导忽略不计的程度，并长期保持其真空度； （2） 与杜瓦瓶圆柱体容易抗压不同，平板真空玻璃只有使用支撑物来承受10吨m2的压力，该支撑物使真空玻璃产品满足建筑玻璃设计标准所要求的强度和力学寿命，这就必须对支撑物的物理化学性能以及几何形状、几何分布做出精心设计。 （3） 比杜瓦瓶更难的是，真空玻璃是门窗用透明材料，在抽气口、支撑物的设计和选料上，要不影响透明和美观。 7.2 真空玻璃的性能及应用7.2.1 7

5、.2.1 真空玻璃的性能真空玻璃的性能（1）传热系数小：单层平板玻璃的传热系数为6Wm2K，充氩气中空玻璃的传热系数为3.5Wm2K，普通平板玻璃制造的真空玻璃的传热系数为2.6 Wm2K。国产单面低辐射膜真空玻璃的传热系数为1.55 Wm2K，双面低辐射真空玻璃的传热系数为1.30 Wm2K。 （2）隔音性能好：真空玻璃在大部分音域的隔音性能，优于中空玻璃。双层中空玻璃平均衰减噪音为28分贝，真空玻璃平均可使噪声降低31分贝以上。（3）抗风压性能好：真空玻璃抗风压性能达到级，约是中空玻璃的1.5倍。 （4）防结露性能好：室内外温差太大时，玻璃窗常常会结霜结露。中空玻璃在内表面结露，无法擦拭，

6、真空玻璃的空腔里无气体，无水汽，内表面不会结露。真空玻璃与中空玻璃防结露性能比较 样 品类 别 厚度（mm） 室外气温（结露温度） 室内湿度 60室内湿度 70 室内湿度 80 真 空 玻 璃30.136.1 21 8 2 中 空 玻 璃3 36 63 31212 1 1 5 22 条件：室内温度20、室内自然对流、户外风速3.5m/s。真空玻璃一面为低辐射玻璃。 即室内湿度为60时，中空玻璃在室外气温为1时结露，而真空玻璃在室外气温为21时才会结露。 （5）耐久性能好：对国产真空玻璃分别经高温、高湿、低温及浸水、紫外线照射处理，将处理前后热绝缘系数变化值进行对比，以衡量其耐久性。经过测试，得

7、出结论：真空玻璃保温性能优良，耐久性好。 （6）节能：采用单、双面低辐射膜真空玻璃及低辐射膜真空中空组合玻璃，其保温性能大大提高，传热系数分别为1.66 Wm2K、1.24 Wm2K、1.37 Wm2K，能满足严寒地区节能保温的要求。7.2.2 真空玻璃的应用（1）降低噪音的场所：现代化交通系统采用了高架、立交、轨道列车等形式，在方便快捷的同时，也带来了噪音，今后如能采用真空玻璃，就将大幅度降低噪音。 （2）冰柜、玻璃橱窗：如冷藏展示柜的玻璃柜门既要美观、透视，又要在高温高湿环境下不结霜，还要节能，目前的中空玻璃产品厚度大而热阻低，达不到这么苛求的要求。 （3）交通工具门窗：火车车厢窗玻璃、轮

8、船、汽车甚至飞机的窗玻璃，都有待改善，这表明真空玻璃有极好的应用前景。因此，真空玻璃的大规模产业化，将是玻璃深加工工业良好的发展机遇。 （4）太阳能集热器盖板：真空玻璃作盖板的集热器能达到140，比普通双层玻璃作盖板的高1520以上，而且真空玻璃盖板的内外表面温差可达30以上，普通双层玻璃一般只有510左右，这无疑大大提高了太阳能集热器的效率。（5）建筑物门窗：上海等大城市的新上市商品房楼盘，有的已开始使用中空玻璃窗户，将中空玻璃作为新的卖点之一。可以预计，随着真空玻璃的发展，将真空玻璃作为建筑物门窗为时不远。 把真空玻璃与目前日趋成熟的镀膜玻璃、夹层玻璃、贴膜玻璃、中空玻璃等玻璃深加工产品结

9、合，或与不同厚度玻璃、不同性能镀膜玻璃组合成各种系列、多元化的“超级玻璃”，将生产出各种具有更高物理性能的玻璃新产品，以适应更广泛的应用新要求。 7.3 真空玻璃生产技术7.3.1 7.3.1 工艺流程工艺流程 原片磨边、钻孔 清洗 烘干 放支柱 边部涂浆 加热封边 抽真空 封口 冷却检验 入库 1、支柱（1）作用：由于保温瓶是圆形，本身能承受大气压力的不平衡作用力，而平板玻璃在受到大气压力作用时会使两片平行的相邻玻璃板向内靠拢，影响真空层。为了保证在外界大气压力下真空层的存在，在两片玻璃板之间要放置支柱。 （2）材料及形状：不锈钢、碳化钨钢、铬钢、铝合金、镍、钼、钽、陶瓷、玻璃等。形状多为圆

10、柱状，或方状、椭圆形、线状、格子状。 （3）大小及排列：支柱的设计是制造真空玻璃的关键因素，它与玻璃板的接触面积过大时会增加导热率，同时影响玻璃的透明度，因此要尽量减少单个支柱的体积以及支柱总数量。但是它与玻璃板的接触面积过小时会在接触部位形成集中载荷，造成支柱上方玻璃板外表面的拉应力增大，容易造成玻璃板破裂。 支柱的大小和排列设计应满足以下条件：a. 支柱附近外部的拉应力小于4MPa，b. 支柱附近的玻璃不产生錐形裂纹，c. 支柱的传热系数低于0.3 Wm2K，d. 希望肉眼看不见支柱，或支柱对玻璃透过率和外观影响小。 直径0.35mm，高度与直径相等，间距23mm的玻璃支柱容易制作，也符合

11、以上设计要求。 2、封边与封口 材料要求：a. 本身具有低放气性能；b. 对各种气体均有低渗透性；c. 具有低熔性。 抽气口设计必须精巧细小，不影响平板玻璃的美观。 3、真空玻璃的工作压强 在特定空间内形成一定的气体稀薄状态可以有效地降低直至断绝气体的对流和传导传热，形成所谓“真空隔热”。因此，气体的稀薄程度（真空度）是影响真空隔热效果的决定性因素。 当真空玻璃内的压力为7102 Pa和7103Pa时，气体的热传导分别为大气压下的1和1，由此确定真空玻璃内的压力不能高于5102 Pa。 为保证真空玻璃在长期使用中始终保持良好的真空隔热性能，Collins等认为， 应保证P2 101 Pa P1 350的高温抽真空，无法满足真空度0.1 Pa的要求。即使玻璃表面只残留一个水分子层，腔内的压力也将高达530Pa。） 7.3.2 真空玻璃生产设备 真空玻璃生产设备尚无定型设备，主要应包括以下设备：1、洗涤干燥机2、封