真空玻璃是較新出現(xiàn)的加工
玻璃產(chǎn)品,目前正受到行家的關(guān)注。
所謂真空玻璃是運(yùn)用了保溫瓶的原理,在兩片平行放置的玻璃板之間形成一空間,對(duì)該空間抽真空,使其形成真空層。以此杜絕了氣體的熱傳遞,提高隔熱效果。
有關(guān)真空玻璃的較早文獻(xiàn)是1913年發(fā)表的專利,在這篇專利中提出在兩片玻璃板的真空間放置支撐物,支撐玻璃板使其承受大氣的壓力。其后,在此基礎(chǔ)上又相繼發(fā)表了許多專利、科研成果,但大多是對(duì)玻璃板的支撐方法。例如建議使用波形玻璃板以便形成若干分隔的真空部分、在兩片玻璃板的真空間放置真空
管、玻璃球作為支撐物進(jìn)行支撐等方法。
真空玻璃經(jīng)過(guò)兒十年的研究開發(fā),取得了根大進(jìn)展。支撐物排列、封邊,封口、抽真空等技術(shù)日趨成熟。特別是支撐物材料已從玻璃發(fā)展到合金,這對(duì)真空玻璃的制造相當(dāng)有利。
80年代美國(guó)科羅拉多太陽(yáng)能研究所曾立項(xiàng)研究真空玻璃,但無(wú)實(shí)質(zhì)性打破,項(xiàng)目于1990年下馬。同年北京大學(xué)物理系唐健正教授到澳大利亞悉尼大學(xué)與該校物理學(xué)院院長(zhǎng)R.E.Collins教授合作,研究真空玻璃取得了打破性進(jìn)展,他們合作申請(qǐng)了3項(xiàng)專利。
由于保溫瓶是圓形,其本身能承受大氣壓力的不平衡作用力,而
平板玻璃在受到大氣壓力時(shí)會(huì)使兩片平行的相鄰的玻璃板向內(nèi)靠攏,影響真空層。為了保證在外界大氣壓力下真空層的存在,在兩片玻璃板之間要放置支撐物。支撐物的設(shè)計(jì)是制造真空玻璃的關(guān)鍵因素,它與玻璃板的接觸面積過(guò)大時(shí)會(huì)增加熱導(dǎo)率,同時(shí)影響玻璃的透明度,因此要盡量減少支撐物總體數(shù)量及單個(gè)支撐物的體積。但是支撐物與玻璃板的接觸過(guò)小時(shí),由于大氣壓的作用集中在玻璃板與支撐物接觸的部位會(huì)形成集中載荷重,造成支撐物上方玻璃板外表面的拉應(yīng)力加大,容易造成玻璃板破損。
關(guān)于支撐物形狀,目前報(bào)道較多的是圓柱狀,此外,還有方狀、橢圓形、線狀、格子狀等。
制造支撐物的材料可以是不銹鋼、碳化鎢鋼、鉻鋼、
鋁合金、鎳、鉬、鉭、陶瓷等。
由于玻璃板有厚薄差、波筋等,整個(gè)玻璃板不一定是平坦的,而支撐物的厚度是相同的,這樣平行玻璃的間隙就會(huì)有比支撐物厚度大的部位。由于相鄰支撐物限制了玻璃板的間距,這個(gè)部位的支撐物得不到玻璃板的充分的夾持,會(huì)離開規(guī)定位置,造成支撐物受力不均,降低真空玻璃壽命。
解決上述問(wèn)題的方法很多,其中較主要的方法是采用能夠塑性變形的支撐物。這樣玻璃板不僅在受到靜態(tài)的外界壓力時(shí),通過(guò)部分支撐物的塑性變形,既能使所有的支撐物受到玻璃板充分的夾持,保持在規(guī)定位置上,又能使兩片玻璃板保持規(guī)定的間隙。在受到動(dòng)態(tài)沖擊時(shí),支撐物在保持玻璃板規(guī)定間距的同時(shí)隨外力產(chǎn)生塑性變形,緩解玻璃板與支撐物接觸點(diǎn)上發(fā)生的沖擊力,降低了玻璃板破損的可能性。
另外,可以在支撐物的至少一個(gè)端面涂有低熔點(diǎn)金屬或焊接玻璃,通過(guò)加熱處理使支撐物固定在玻璃板上,以確保其較久處于規(guī)定位置。也可以用細(xì)金屬絲將支撐物相互連結(jié),這洋沒(méi)有受到夾持的支撐物受到被夾持支撐物的約束,仍然可以確保處于規(guī)定位置。采用線狀或格子狀支撐物時(shí),也可以得到同樣效果。
真空玻璃的制造方法是將兩片玻璃板(可以是
浮法玻璃、
夾絲玻璃、
鋼化玻璃、
壓延玻璃、噴砂玻璃、吸熱玻璃、紫外線吸收玻璃、熱反射玻璃等)洗凈,在一片玻璃板上以10~25毫米的間隔放置高度為0.1~0.5毫米,直徑為0.3~1.0毫米的圓柱狀支撐物或?qū)挾葹?.4~0.6毫米的線狀或格子狀支撐物。然后再放上另一片玻璃板。
將兩片玻璃板的四周涂上焊接玻璃(也可以是低熔點(diǎn)金屬、可撓性金屬、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系粘接劑),在450℃中加熱15~60分鐘,在去除玻璃故上附著的水分及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系物的同時(shí)由焊接玻璃將兩片玻璃板的四周封邊,形成一個(gè)整體。在適當(dāng)位置開孔,用真空泵抽真空,使兩片玻璃板間膛的真空壓力達(dá)到0.001毫米汞柱,即形成真空玻璃。
如此制成的真空玻璃,隔熱效果是
中空玻璃的一倍。該玻璃可用于小樓、飯店、醫(yī)院及冰柜的觀察窗等。
日本板硝子玻璃公司較早引進(jìn)該技術(shù)并于1996年在其京都工廠內(nèi)建立真空玻璃生產(chǎn)線,當(dāng)時(shí)的年產(chǎn)量為6萬(wàn)平方米,1998年4月產(chǎn)量提高到24萬(wàn)平方米,同年在茨城縣
建材中心投入資金20億日元,建設(shè)年產(chǎn)24萬(wàn)平方米的真空玻璃工廠,使該公司真空玻璃的年產(chǎn)量接近50萬(wàn)平方米,銷售額近100億日元。
真空玻璃的保溫、隔熱性能都優(yōu)于中空玻璃,其熱導(dǎo)率可降到每平方米凱爾文0.9瓦,渡大地降低了能耗,可以說(shuō)真空玻璃是目前較理想的透明保溫材料。
除此之外,由于真空玻璃的間隙根小,整體厚度較小可做到6毫米左右,所以用于建筑物
門窗時(shí)不需要改變目前的窗框材料尺寸,可以替換建筑物上現(xiàn)有的玻璃。