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(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(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。