簡介
1990年,在北京大學物理系已任教30多年的唐健正作為訪問學者來到澳大利亞悉尼大學,開始與該校時任應用物理系主任的R.E.Collins教授聯合研究平闆真空玻璃。經過3年的努力,1993年,世界上首塊1米×1米的平闆真空玻璃樣品問世。但發明人雖是唐健正與R.E.Collins兩人,專利權卻屬于悉尼大學。1996年,悉尼大學把專利轉讓給日本闆硝子玻璃公司,日本人在次年即開始批量生産真空玻璃。
真空玻璃是新型玻璃深加工産品,是我國玻璃工業中為數不多的具有自主知識産權的前沿産品,它的研發推廣符合我國鼓勵自主創新的政策,也符合國家大力提倡的節能政策,在節能、隔音方面有很大的作用,具有良好的發展潛力和前景。
傳熱機理
機理
由于結構不同,真空玻璃與中空玻璃的傳熱機理也有所不同。圖2為簡化的傳熱示意圖,真空玻璃中心部位傳熱由輻射傳熱和支撐物傳熱構成,其中忽略了殘餘氣體傳熱。而中空玻璃則由氣體傳熱(包括傳導和對流)和輻射傳熱構成。
由此可見,要減小因溫差引起的傳熱,真空玻璃和中空玻璃都要減小輻射傳熱,有效的方法是采用鍍有低輻射膜的玻璃(LOW-E玻璃),在兼顧其它光學性能要求的條件下,其發射率(也稱輻射率)越低越好。
二者的不同點是真空玻璃還要盡可能減小點陣支撐物的傳熱,新立基公司根據自有專利采用直徑0.5mm的開口環形(或稱C型)支撐物,點陣間距25mm,其熱導約為0.5Wm-2k-1。中空玻璃則要盡可能減小氣體傳熱。為了減小氣體傳熱并兼顧隔聲性及厚度等因素,中空玻璃的空氣層厚度一般為9-24mm,以12mm居多。要減少氣體傳熱,還可用大分子量的氣體(如惰性氣體:氩、氪、氙)來代替空氣,但即使如此,氣體傳熱仍占據主導地位。
優點
對比可知,真空玻璃的K值比中空玻璃低得多,而且還兼有下列優點:由于熱阻高,防結露結霜性能更好。由于間隔是真空,因而具有下列優點:隔聲性能好,特别是低頻段隔聲性能優于同樣厚度玻璃構成的中空玻璃,不存在中空玻璃存在的内結霧結露問題,不存在中空玻璃水平放置時氣體熱導變化問題,不存在中空玻璃運到高原低氣壓地區的脹裂問題。
由于兩片玻璃形成剛性連結,抗風壓強度高于同等厚度玻璃構成的中空玻璃。比如,4mm玻璃構成的真空玻璃,抗風壓強度高于8mm厚玻璃,是兩片4mm 玻璃構成的中空玻璃的一倍半以上。由于是全玻璃材料密封,内部又加有吸氣劑,所用的Low-E膜是“硬膜”,不是易氧化變質變色的離線“軟膜”,隻要制造工藝和設備先進,真空玻璃使用壽命遠比用有機材料密封的中空玻璃長得多。
厚度比中空玻璃薄一倍以上,不僅可節省窗框材料,而且可以當成一片玻璃配合其它玻璃深加工技術組合成夾層真空、“真空+中空”、“自潔真空”等具有各種性能的“組合真空玻璃”。這種與其它深加工技術的兼容性,不僅可促進其它技術的發展,同時也正好可彌補真空玻璃的不足之處。例如還不能制造鋼化真空玻璃,但可利用組合技術來解決安全性問題。因此,真空玻璃的特點使其具有綜合性能優勢。
隔音機理
真空玻璃和中空玻璃在結構和制作上完全不相同,中空玻璃隻是簡單的把兩片玻璃粘合在一起,中間夾有空氣層,而真空玻璃是在兩片玻璃中間夾入膠片支撐,在高溫真空環境下使兩片玻璃完全融合,并且兩片玻璃中間是真空的,真空狀态下聲音是無法傳導的,當然由于真空玻璃的支撐成了聲橋,所以真空度不可能達到百分百真空,但這些支撐隻占玻璃的千分之一,這些隻是微小的聲橋就可以忽略不計
應用
真空玻璃具有優異的隔熱、隔聲性能,廣泛應用于建築物和人們的生産生活,是一種新型的建築節能玻璃。本文介紹了鋼化、合金、非金屬、吸附類、非金屬類填充型支撐柱及真空玻璃邊緣激光、含密封帽式、金屬氧化物封接料等封接技術的發展,綜述了國内外真空玻璃的制備工藝和研究進展。針對支撐柱耐久性差、易脫落、導熱性較強及玻璃封接過程中密封性差等問題,闡述分析支撐柱截面形狀和其固定裝置與支撐柱性能間的關系,通過不同材料的焊料封接和封接過程中發明的保護措施,改善和提高了真空玻璃的傳熱、耐久等問題,促進了真空玻璃在節能環保領域的發展。



















