第七章真空玻璃案例

（3）交通工具门窗：火车车厢窗玻璃、 轮船、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 15℃～ 20℃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 5℃～10℃左右， 这无疑大大提高了太阳能集热器的效率。
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 < 10－1 Pa P1 < 10－3 Pa 由上式可知，一旦完成封口， 必须尽可能降低气源。
4、玻璃的吸气与除气 玻璃表面暴露于大气中，容易吸 附大气中的水及其它气体。 如果玻璃发生风化（发霉），则 风化层中将含一定气体（10－2帕· 升/ 厘米2），是玻璃放气的重要来源。 （因此真空玻璃必须选用无风化的 优质玻璃原板）。
（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。
本章思考题
真空玻璃与中空玻璃相比有哪些优点？ 其未来其发展方向如何？
人有了知识，就会具备各种分析能力， 明辨是非的能力。 所以我们要勤恳读书，广泛阅读， 古人说“书中自有黄金屋。 ”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识， 培养逻辑思维能力； 通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平， 培养文学情趣； 通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。 有许多书籍还能培养我们的道德情操， 给我们巨大的精神力量， 鼓舞我们前进。
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（3＋6＋3）mm。 真空玻璃用适当分布的微粒支柱做 间隔，间隙层只有 0.1 ～ 0.2 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。
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 W／m2· K， 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，也符合以上 设计要求。
另一个是悉尼大学应用物理系 R· E· Collins 教授 1989 ～ 1994 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１米×１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。
（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。
真空玻璃与中空玻璃防结露性能比较
样 品 类 别 真 空 玻 璃 中 空 玻 璃 室外气温（结露温度℃） 室内湿度 60％ 室内湿度 70％ 室内湿度 80％
厚度 （mm）
3＋0.1＋3＝6.1
－21 －1
－8 －5
2 22
3＋6＋3＝12
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。
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、封接炉 3、支柱布置机 4、抽真空设备（高温抽气） 5、封口设备（激光、电加热、燃气）
7.3.3 存在的问题 1、真空玻璃在使用过程中，在大气 压、风压、温差作用下产生的机械 应力不致被破坏； 2、真空寿命：最初很好的真空度能 保持多久； 3、产量与成本问题，与生产工艺有 关。
（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 出结论：真空玻璃保温性能优良， 耐久性好。
百度文库
（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 W／m2· K、 1.24 W ／ m2· K 、 1.37 W ／ m2· K ，能满足严寒 地区节能保温的要求。
低温真空除气，只能除去玻 璃表面物理吸附的气体（吸附能 小于40J/kg· mol），而高温烘烤 除气可除去化学吸附气体及羟基 团（吸附能大于60J/kg· mol）。
悉尼大学真空玻璃抽真空工艺： （ 1 ）玻璃在封边时经过 450℃以上的高温 烘烤，整个除气过程长达数小时，除气 彻底； （2）在抽真空时进行二次烘烤（350℃）， 可获得较高的真空度。（经过高温封边 烘烤除气的玻璃，如果再次暴露在空气 中，特别是潮湿的空气中还会重新吸附 大量的气体，计算表明，不经>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。）
（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 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。
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 D· K· Benson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。
7.2 真空玻璃的性能及应用
7.2.1 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6W／m2· K，充氩气中空玻璃的传热系 数为3.5W／m2· K，普通平板玻璃制造的真 空玻璃的传热系数为 2.6 W ／ m2· K 。国产 单面低辐射膜真空玻璃的传热系数为 1.55 W／m2· K，双面低辐射真空玻璃的传 热系数为1.30 W／m2· K。
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。
（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Ι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，真空玻璃的空腔里无气体，无水汽， 内表面不会结露。
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7×10－2 Pa和 7×10－3Pa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5×10－2 Pa。
7.3 真空玻璃生产技术
7.3.1 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。
第七章
真空玻璃
7.1 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。
现在，日本板硝子公司的真空玻璃产 品最大尺寸2400×1350毫米，最小尺寸 350×200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 2000×1200毫米，最小600×400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；