襁褓中夭折還是奮進成長？真空玻璃“問題”雜談

【中玻網(wǎng)】真空玻璃，時下挺熱門的這款玻璃深加工產(chǎn)品，由于從事的有經(jīng)驗領(lǐng)域和工作性質(zhì)，竟不知不覺在這個“真空玻璃”行業(yè)中走過了8個年頭，且涉行頗深。回想來，這一切又都是順利成章的：求學(xué)期間一直圍繞硅酸鹽材料尤其是玻璃的制備和表征在積累知識，工作后繼續(xù)從事特種玻璃材料及加工應(yīng)用的相關(guān)技術(shù)工作，這其中就不經(jīng)意的涉足到了低溫封接玻璃，節(jié)能玻璃等產(chǎn)品，這類材料在電子封接、航空航天中還是有很多重要的應(yīng)用，但細究起來我國與國外的差距也是巨大的。恰逢真空玻璃對低溫封接玻璃的需求，對低溫化、無鉛化、工藝優(yōu)化的推動下，從封接玻璃材料起步，進一步學(xué)習(xí)探索玻璃封接技術(shù)，逐步擴展到玻璃封接工藝、裝備、產(chǎn)品、檢驗……。本人自認好學(xué)，短短幾年時間，把前人在真空玻璃產(chǎn)業(yè)中積累了30年的知識、經(jīng)驗、實體都認真地學(xué)習(xí)一遍，甚至是又重復(fù)做了一遍，現(xiàn)在看來有很多工作也是多余的。或許是得益于長期以來科研的習(xí)慣，總是努力的想把每個細節(jié)、環(huán)節(jié)都搞得很清楚，在這里真的要感謝真空玻璃的前輩們無私的支持和建材總院平臺的優(yōu)勢。

　　作為一名科技工作者，長期都是以論文、專利等科技報道的形式發(fā)表展示自己的一些研究結(jié)論或者想法，科技論文是嚴謹?shù)�，�?shù)據(jù)、圖表、分析、結(jié)論是相對的客觀。但是對行業(yè)技術(shù)的分析則不同，尤其是未來技術(shù)走向或者市場預(yù)期是很復(fù)雜的，太多交叉因素的影響。但是，基于廣泛的事實和技術(shù)現(xiàn)狀，理性的對行業(yè)預(yù)測和技術(shù)升級認知，也是可期的。2018年，有幸參與唐建正教授編著的《真空玻璃》一書的編寫和出版，同時首屆真空玻璃技術(shù)研討會召開，我想這些事件應(yīng)該是可以作為真空玻璃發(fā)展的節(jié)點來看，中國真空玻璃產(chǎn)業(yè)形勢呈現(xiàn)出新特點，“舉步維艱”、“百花齊放”、“前赴后繼”、“后浪推前浪”這樣形容不知道是否恰當，相信身處行業(yè)中的人士會深有體會。

　　真空玻璃作為目前節(jié)能效果較好的玻璃產(chǎn)品，其性能和應(yīng)用優(yōu)勢是明顯的，這也吸引了越來越多的企業(yè)參與到真空玻璃的研發(fā)和工業(yè)化開發(fā)中，其從市場預(yù)期收益看，相比鋼化、中空等玻璃深加工產(chǎn)品，亦可算作高附加值產(chǎn)品。真空玻璃在國內(nèi)經(jīng)過二十多年的研究發(fā)展，已經(jīng)逐步開展了穩(wěn)定的批量化制備和應(yīng)用，并得到了產(chǎn)品性能、壽命的驗證。縱觀二十年真空玻璃進展，國內(nèi)已經(jīng)完成了以下工作進程：（1）由真空玻璃理論、實驗室制備擴展到工業(yè)化生產(chǎn)，并進行諸多案例的應(yīng)用；（2）在國內(nèi)開創(chuàng)了鋼化真空玻璃、夾膠真空玻璃的升級型產(chǎn)品，有效提升真空玻璃安全性；（3）探索并實施真空玻璃的金屬化封接工藝，我國真空玻璃繼續(xù)領(lǐng)跑大部分國家。

　　盡管如此，真空玻璃由于產(chǎn)能、成本以及固有缺點等原因，仍未邁入真實的規(guī)模化生產(chǎn)和應(yīng)用階段。材料是所有工業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)，真空玻璃中涉及的低溫封接焊料、金屬釬焊料、支撐物材料甚至是高質(zhì)量的原片玻璃及鍍膜玻璃，尤其是封接材料的選擇也是決定了封接工藝的路線，在確定的路線下才能開發(fā)、選擇有效的裝備和生產(chǎn)線配置，在生產(chǎn)工藝技術(shù)裝備確定條件下，剩下的就是工藝控制和產(chǎn)品質(zhì)量保障。所以，看似簡單的一塊真空玻璃，卻涉及到了很多材料、熱工、機械、檢驗各方面的內(nèi)容，由于真空玻璃工序多，且前一工序?qū)罄m(xù)工序及產(chǎn)品質(zhì)量有密切相關(guān)性和影響性，因此真空玻璃生產(chǎn)中工藝細節(jié)控制對質(zhì)量是至關(guān)重要的。工藝細節(jié)控制提升帶來的直接效益是成品率的提升，綜合成品率能控制在90%以上，也成為降低成本的一個前提支撐。提到真空玻璃成本，尤其是在建筑節(jié)能中的大規(guī)模應(yīng)用，價格成為邁不過去的一道坎，500元、400元……甚至更低的終端售價來迎合市場的需求，從理論成本核算來看，這是可以實現(xiàn)的。

　　圍繞真空玻璃亂談了這么多，還是回到理性層面上來，講一講真空玻璃生產(chǎn)制造、市場推廣中常遇到的幾個問題。

　�。�1）鋼化和非鋼化之爭

　　這個也是關(guān)系真空玻璃安全性的討論。

　　在中國區(qū)域玻璃深加工產(chǎn)品范圍內(nèi)，很多時候把鋼化玻璃等同為了安全玻璃。安全問題永遠是大問題，建筑玻璃安全同樣重要，不可否認的是，真空玻璃支撐點應(yīng)力集中作為真空玻璃結(jié)構(gòu)本身的固有特點是個不可回避的劣勢，這也是其在落球沖擊、擺錘測試、散彈沖擊等力學(xué)性能考核中不能比肩現(xiàn)有單片鋼化、鋼化中空、夾膠玻璃產(chǎn)品的主要原因。由此在科學(xué)合理使用真空玻璃的認識上就出現(xiàn)了分歧，其一是對真空玻璃安全使用持猶豫態(tài)度，其二是代表真空玻璃生產(chǎn)企業(yè)聲音的過度強調(diào)真空玻璃的安全性，我想這都不是一體客觀理解真空玻璃的�！督ㄖＡ�(yīng)用技術(shù)規(guī)程》中對玻璃安全性做了明確的規(guī)定，即安裝在易于受到人體或物體碰撞部位的建筑玻璃，如落地窗、玻璃門、玻璃隔斷等，除采用安全玻璃外還應(yīng)采取保護措施，如警示、護欄等。如果要給安全玻璃下個定義，我覺得“安全玻璃是一類經(jīng)劇烈振動或撞擊不破碎，即使破碎也不易傷人的玻璃”這一通俗的概括是很恰當?shù)�。因此，在涉及真空玻璃問題上，除了提高真空玻璃自身性能外，也要改進、優(yōu)化其使用方式，應(yīng)在相關(guān)規(guī)范允許的范圍內(nèi)發(fā)揮其節(jié)能、隔音優(yōu)勢。

　　作為真空玻璃從業(yè)人員，這里還是要再肯定一下“鋼化真空玻璃”的性能優(yōu)勢。利用鋼化玻璃原片制備真空玻璃，在制備完成后如果原片玻璃仍能夠保持非常大的表面壓應(yīng)力，即維持物理鋼化的特性，我們暫且可以稱其為“鋼化真空玻璃”。由于物理鋼化玻璃相比普通原片的強度、抗沖擊性能大幅度提升，所以鋼化真空玻璃在一定程度上也是大幅提高真空玻璃的整體抗沖擊強度、抗風壓、抗彎曲、抗冷熱沖擊性能，同時具備了破碎安全性。此外，在真空玻璃力學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計中，也可以適當?shù)募哟笾挝镩g距，對真空玻璃的隔熱性能和視覺效果起到優(yōu)化作用。

　　所以，即便“鋼化真空玻璃”還存在爭議，還存在一些瑕疵，在技術(shù)和生產(chǎn)條件允許的情況下，仍是未來產(chǎn)品應(yīng)該堅持的方向。

　�。�2）性能與質(zhì)量的誤區(qū)

　　真空玻璃的特點是隔熱隔音，所以常關(guān)注的性能指標是中心熱導(dǎo)值（本文以U值）和計權(quán)隔聲量。眾所周知，真空玻璃優(yōu)異隔熱隔音性能都得益于兩片玻璃中間的狹縫真空，較高的真空狀態(tài)有效的減少了傳熱、傳聲的介質(zhì)，這是很容易理解的。根據(jù)真空玻璃熱導(dǎo)的組成，已有研究結(jié)果顯示當真空腔內(nèi)的真空度達到10-1Pa后，殘余氣體的熱導(dǎo)降低到臨界水平，而當真空度超過10Pa時，氣體熱導(dǎo)則占據(jù)主要因素，真空玻璃失去本身意義。因此我們可以10-2Pa作為真空玻璃性能保證的一個達標真空度，而以10Pa作為真空玻璃完全失效的一個臨界真空。（備注說明：當然在實際生產(chǎn)中，為了獲得狹縫真空內(nèi)10-2Pa高真空，對真空泵、真空管路或者真空釜體的要求還是很高的，10-4Pa生產(chǎn)真空是需要保障的。）

　　在真空度一定的前提下，真空玻璃傳熱吸收主要取決于選用Low-E玻璃的類型和支撐物材質(zhì)及布放。根據(jù)我們的經(jīng)驗，普通白玻做成的真空玻璃其U值還在2.0Wm-2K-1以上，當采用Low-E玻璃后，尤其是高性能的離線單銀、雙銀Low-E玻璃后，真空玻璃的U值可輕松降低至1.0Wm-2K-1以下，通過優(yōu)化的結(jié)構(gòu)設(shè)計甚至可以降低到0.5Wm-2K-1。我在這里想特別指出的是，根據(jù)我國現(xiàn)有大宗普通Low-E玻璃的性能指標，采用單銀產(chǎn)品制備的真空玻璃U值介于0.6~0.8Wm-2K-1是一個正常可信的水平，而這種水平的產(chǎn)品已基本滿足我國絕大多數(shù)高等節(jié)能建筑門窗的需求。

　　近期看到了很多真空玻璃的檢驗報告和宣傳材料，或多或少的都過分強調(diào)了真空玻璃的傳熱系數(shù)，很多玻璃樣品的U值都做到了0.5Wm-2K-1以下甚至更低，這當然是很好的。但是從目前已有的真空玻璃產(chǎn)業(yè)化和應(yīng)用經(jīng)驗教訓(xùn)看，真空玻璃的質(zhì)量控制、真空壽命、力學(xué)壽命等問題更應(yīng)該值得關(guān)注。真空玻璃的質(zhì)量問題已經(jīng)談到過很多，質(zhì)量指標應(yīng)包括熱工性能、力學(xué)性能、外觀、壽命以及產(chǎn)品性能、質(zhì)量的一致性、穩(wěn)定性，這反倒是生產(chǎn)使用中難做到的。上述這些問題其實是涉及了真空玻璃生產(chǎn)的所有環(huán)節(jié)，原材料選擇、工藝步驟、設(shè)備精度、檢驗程序等等，想來也是非常復(fù)雜的，我們必須要做的工作很多很多。比如，1）周邊封接材料，不論是傳統(tǒng)的低溫玻璃封接還是創(chuàng)新的金屬封接，封接材料本身的強度、氣體滲透率、界面結(jié)構(gòu)等等是要滿足真空玻璃要求的；2）支撐物的材料、微結(jié)構(gòu)、布放要復(fù)合真空玻璃力學(xué)和玻璃自身抗載荷能力的要求，尤其不盲目加大支撐間距，不能在固有的應(yīng)力集中缺點上增加更多的風險；3）不論是何種封口方式或者無封口方式，減少封離狀態(tài)時的真空度損失，為確保真空腔體內(nèi)的有效真空度和后期玻璃表面的氣體釋放量，都要嚴格遵循真空玻璃的工藝規(guī)范；4）嚴格的出廠檢驗和安裝檢驗，按照目前水平，應(yīng)該做到真空玻璃出廠的高標準全覆蓋定性檢驗和5%以上的U值檢驗的，當然在安裝過程中也會造成玻璃的失效和破損，在工程現(xiàn)場的檢驗也是必不可少的。

　　說了這么多，我在這里要表達的是：性能指標高低不代表質(zhì)量好壞，樣品更不能代表產(chǎn)品的穩(wěn)定。未來的真空玻璃發(fā)展不應(yīng)該盲目的追求過低U值，過高的鋼化度（表面應(yīng)力），相信一定是產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)品壽命為王，真空玻璃自身要重視這一問題。

　�。�3）一步法與兩步法（路線之爭）

　　說到路線之爭或者結(jié)構(gòu)之爭，對于懂得真空玻璃制造的人來說，其實非常容易理解的，其實就是材料或者工藝路線的不同而已，真空玻璃本身的結(jié)構(gòu)和性能是類似的。一直都說，基礎(chǔ)材料是我國工業(yè)技術(shù)進步的基石，對于真空玻璃來說，封邊材料的選擇尤其關(guān)鍵，不同的材料可能會對應(yīng)不同的工藝，也會需要不同的裝備和生產(chǎn)流程。這里的“步”主要是指邊部封接工序和抽真空封口工序，如果是分別在兩臺設(shè)備中按照先后依次封邊、抽氣、封口，這就是通常說的兩步法，典型一步法的代表工藝是預(yù)先合片的玻璃在真空腔體內(nèi)完成邊部封接，同步獲得內(nèi)部的高真空狀態(tài)。因此，真空玻璃早期采用的單體爐（封邊抽氣一體爐）以及后來改進的連續(xù)式生產(chǎn)線（如輥道式、隧道式窯爐封邊后直接進入真空腔體真空排氣、封口）雖然在同一設(shè)備和產(chǎn)線中完成真空玻璃制作，也是都經(jīng)歷了高溫封邊、中溫抽真空、封口三個步驟，也算是兩步法的改進和優(yōu)化。從另外一個角度講，一步法和兩步法在真空玻璃外觀的體現(xiàn)可能是有、無抽氣口的差異，兩步法不論抽氣口的位置、結(jié)構(gòu)、形式如何變化，都是存在的，而一步法無抽氣口真空玻璃在外觀上的確略勝一籌。

　　從結(jié)果上看，一步法和兩步法并無本質(zhì)區(qū)別，但我認為還是有優(yōu)劣之差的。從自己簡單一步法的實驗來看，目前有幾個問題不能回避：

　　1）現(xiàn)有低溫玻璃類封接材料在真空環(huán)境下焊接的氣孔問題，真空下玻璃二次軟化熔融一定會有氣體的揮發(fā)，或多或少，這樣就會造成邊部封接帶的氣孔率提高，甚至影響氣密性和粘接強度，或許金屬封接材料在真空狀態(tài)下的表現(xiàn)要優(yōu)異很多，但是其浸潤性、界面性質(zhì)也會不同于大氣氛圍下；

　　2）從目前真空玻璃較多的文獻數(shù)據(jù)看，玻璃表面的脫附排氣還是以加熱為主，較好的烘烤溫度在300℃左右，因此在工藝可行的情況下，應(yīng)該選用合適的低溫金屬釬焊料；

　　3）真空下的很多操作不同于常壓狀態(tài)，較差的可視性容易造成真空玻璃傳動、加壓配重錯誤，尤其是真空下加熱時缺少必要的熱對流和熱傳導(dǎo)，給邊部封接加熱效率、加熱均勻性、一致性都帶來的困難。當然，隨著現(xiàn)在自動化、控制技術(shù)以及真空技術(shù)進步，這些問題會得到逐步的解決。

　　在前期玻璃冷加工及真空玻璃準備工序，一步法和兩步法是相同的，甚至一步法需要更多的預(yù)處理工作。反過來，兩步法目前已經(jīng)有很多很多優(yōu)化的改型，單體爐、多體爐、連續(xù)線、自動線等等，管封、側(cè)封口、平封口等形式多樣，與一步法相比，如果采用完全分離的封邊和抽氣裝置，涉及到玻璃兩次升降溫的過程，造成能耗稍好和效率較低；另外采用真空泵管路通過排氣罩或者排氣孔進行真空排氣，由于受到狹縫真空下分子擴散的影響，需要較長的時間來獲得合格的真空度，這也是目前制約真空玻璃生產(chǎn)效率的一個關(guān)鍵問題。正如前所述，隨著各種技術(shù)進步和工藝裝備改型，兩步法會越來越成熟，當批量化、連續(xù)化得到實現(xiàn)后，效率和成本問題也會隨之解決。

　　一步、兩步，沒有本質(zhì)區(qū)別，至少目前不應(yīng)論好壞優(yōu)劣，而是各自都需要進步，需要靠實踐來證實。對于企業(yè)或投入資金方來講，選擇好自己的技術(shù)來源，分析清自己的技術(shù)優(yōu)勢，評估好未來的投入資金規(guī)模，清晰定位產(chǎn)品方向，一步兩步都好。

　�。�4）發(fā)展階段與瓶頸問題

　　記得在真空玻璃研討會上，有相關(guān)人士提出了玻璃產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)生命周期論，很感興趣，特意去深入了解了一下。

　　產(chǎn)業(yè)生命周期理論是在產(chǎn)品生命周期理論基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，經(jīng)濟學(xué)意義上的一個研究范疇，受到經(jīng)濟學(xué)和管理學(xué)研究者的較大關(guān)注。典型的代表就是產(chǎn)業(yè)生命周期曲線，通過對應(yīng)市場增長率、需求增長潛力、產(chǎn)品品種多少、競爭者多少、市場占有率狀況、進入壁壘、技術(shù)革新以及用戶購買行為等指標劃分出產(chǎn)業(yè)生命周期所處的階段。從這個標準衡量，真空玻璃真的很年輕，我個人認為還處在初創(chuàng)期和成長期的轉(zhuǎn)折期（具體可參見不同階段的典型特征及判定）。在初創(chuàng)階段，公司總是試圖吸引客戶對其產(chǎn)品的注意力，當產(chǎn)業(yè)進入到增長階段，潛在的競爭者被吸引并進入該產(chǎn)品市場，市場競爭加劇了。真空玻璃在國內(nèi)經(jīng)過了二十多年的發(fā)展，基礎(chǔ)理論、基礎(chǔ)工藝、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、應(yīng)用領(lǐng)域都已經(jīng)基本成熟，但是目前只有為數(shù)不多的公司在經(jīng)營這個新興產(chǎn)業(yè)，同時較高的產(chǎn)品成本和價格與較小的市場需求還使這些創(chuàng)業(yè)公司面臨很大的投入資金風險。另外，在初創(chuàng)階段，企業(yè)還可能因財務(wù)困難而引發(fā)破產(chǎn)的危險，因此，這類企業(yè)更適合投機者而非投入資金者。這一時期的市場增長率較高，需求增長較快，技術(shù)變動非常大，產(chǎn)業(yè)中各行業(yè)的用戶主要致力于開辟新用戶、占領(lǐng)市場，但此時技術(shù)上有很大的不確定性，在產(chǎn)品、市場、服務(wù)等策略上有很大的余地，對行業(yè)特點、行業(yè)競爭狀況、用戶特點等方面的信息掌握不多，企業(yè)進入壁壘較低。在初創(chuàng)階段后期，隨著行業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的提高、生產(chǎn)成本的降低和市場需求的擴大，新行業(yè)便逐步由高風險低收益的初創(chuàng)期轉(zhuǎn)向高風險高收益的成長期。

　　產(chǎn)業(yè)的生命周期對于企業(yè)決策和相關(guān)部門產(chǎn)業(yè)政策的作用非常重大，一個企業(yè)只有明確產(chǎn)業(yè)所處的生命周期階段，企業(yè)的所處產(chǎn)業(yè)價值中的地位，才能做出明確的企業(yè)戰(zhàn)略定位。對相關(guān)部門決策來講，只有懂得產(chǎn)業(yè)生命發(fā)展周期，才能了解產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)律，針對生命周期每個階段的特征進行產(chǎn)業(yè)規(guī)劃，制定產(chǎn)業(yè)政策。能否抓住產(chǎn)業(yè)生命周期規(guī)律是一國經(jīng)濟能否穩(wěn)定快速發(fā)展的關(guān)鍵，當然也是企業(yè)能否發(fā)展壯大的關(guān)鍵。

　　一個行業(yè)，一個產(chǎn)業(yè)、一個產(chǎn)品的發(fā)展因素是復(fù)雜的，個人認為，真空玻璃目前面臨的自身問題還是要大于外部的，這些都是制約真空玻璃發(fā)展壯大的瓶頸。

　　1）從技術(shù)工藝角度看，幾種技術(shù)路線需要盡快的定型，提高成熟度；配套裝備產(chǎn)線同樣在提升產(chǎn)能效率的同時，是否能夠形成普適的標準化生產(chǎn)線，將是未來真空玻璃普及推廣的關(guān)鍵點（未來能否做到目前中空線的成熟度？）。

　　2）從市場應(yīng)用看，成本價格是個坎，這需要真空玻璃企業(yè)自身技術(shù)進步和管理經(jīng)營提升，開發(fā)適應(yīng)普通建筑、節(jié)能建筑以及光伏、家電行業(yè)的細分真空玻璃產(chǎn)品，實現(xiàn)成本、利潤均可平衡的穩(wěn)定經(jīng)營模式。

　　3）從整個行業(yè)說，真空玻璃太小、太弱，不論是在技術(shù)上，還是在市場競爭中，企業(yè)間都應(yīng)該公開協(xié)作，共謀發(fā)展，積較、公開、規(guī)范的交流合作以及產(chǎn)學(xué)研開發(fā)，都是改變目前僵局的打破口。

　　4）對于外部環(huán)境和國家政策的呼吁，這里感觸很大的就是國內(nèi)建筑門窗領(lǐng)域的標準化問題，曾經(jīng)接到一個64塊玻璃的訂單竟然有22個尺寸規(guī)格，講起來實在令人笑話咂舌，如果始終是這樣的市場需求，那真空玻璃真是災(zāi)難了。

　�。�5）感悟與愿景

　　一個人力量微薄，談到的越多，好似沒了信心，但這么多年下來，對真空玻璃感情已深，也不好割舍，唯有多學(xué)習(xí)，多探索，才能在亂象中更篤定。

　　真心希望國家好、行業(yè)好、企業(yè)好，盡快出現(xiàn)一個欣欣向榮、和諧自律的真空玻璃大家庭。