理想的透明保溫材料--真空玻璃

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，這對真空玻璃的制造相當(dāng)有利。


80年代美國科羅拉多太陽能研究所曾立項(xiàng)研究真空玻璃，但無實(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大時(shí)會增加熱導(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6萬平方米，1998年4月產(chǎn)量提高到24萬平方米，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。