寶泰隔熱條小課堂—真空玻璃使用壽命研究

真空玻璃是一類新型建筑節能玻璃，邊部采用玻璃或金屬封接形式，理論上有著更長的使用壽命，來看看相關研究成果吧！

力學壽命和真空壽命

真空玻璃使用壽命可分為力學壽命和真空壽命。

力學壽命是指邊部封接強度承受玻璃在自重、風載荷及溫差作用下應力而不開裂的壽命，也就是說，真空玻璃不因邊部應力開裂的壽命。

真空壽命是指保持真空玻璃內部真空度的壽命，也就是保證玻璃內部真空度，不進氣失效的壽命。

真空玻璃力學壽命和真空壽命與結構設計、材料選用、制作工藝等因素有關。

真空玻璃力學壽命研究

真空玻璃由上下片玻璃、封邊焊料、支撐物、吸氣劑等幾部分組成，見下圖。

真空玻璃邊部封接焊料不僅要滿足密封性能要求，同時應滿足封接強度要求。

“真空玻璃邊緣強度及可靠性分析”一文中研究了玻璃焊料彎曲強度、真空玻璃封邊部位界面拉伸和剪切強度，分析了真空玻璃自重、溫差、風載荷作用下邊緣封接可靠性，見下圖。

論文對真空玻璃封接界面實測彎曲強度、拉伸強度和剪切強度進行了對比，見下表。

可見，真空玻璃在自重、溫差、風荷載作用下邊緣封接強度理論分析值遠小于強度設計值(實測值的1/3)，邊緣封接強度安全可靠，可保證較長的力學壽命。

真空玻璃真空壽命研究

真空玻璃的真空壽命與原材料、制作工藝、吸氣劑的應用等密切相關。

3.1 原材料

真空玻璃所選用原片玻璃、支撐物、封邊封口材料都屬于無機材料，材料本身在真空狀態下不放氣或者放氣率很低。

(1)浮法玻璃

真空玻璃原片為鈉鈣玻璃，其結構中“微孔”很小，除空氣中含量極低的氦(He)分子因分子直徑小而有微量滲透外，其它氣體均不滲透。

真空玻璃材料在高溫與光照下表面會釋放出氣體，放氣量與玻璃烘烤排氣溫度有關。研究表明無論是電真空器件還是真空玻璃，烘烤排氣過程中主要出現兩個明顯放氣高峰，分別出現在烘排溫度100~200℃和300~400℃，排出氣體主要為H2O，和少量CO和H2。

悉尼大學真空玻璃研究組對真空玻璃在高溫與光照下的氣體釋放進行了深入研究，對于經過150℃烘烤排氣和350℃烘烤排氣的真空玻璃，分別在高溫條件下和暴曬條件下測量其內部壓強變化。

結果表明，經過150℃烘烤除氣的真空玻璃，高溫條件下內部壓強從6.65×10-2Pa上升到6.65Pa，在室外曝曬過程中，樣片的內部壓強上升約1.33Pa；而經350℃烘烤排氣的真空玻璃，經過相同的高溫老化過程，內部壓強只上升了1.33×10-1Pa。

說明通過采用高溫排氣方式，排除真空玻璃間隙層內氣體外，還可以有效去除吸附在玻璃內表面和深層的各種氣體，降低真空玻璃在長期使用過程中的放氣量。

(2) 封邊材料

真空玻璃所用玻璃封邊材料是廣泛應用于電子顯像管、VFD、PDP等電真空器件的封接材料，熔封后形成玻璃態，氣體滲透率和放氣率都很低，理論與長期應用實踐證明其真空封接性能優異。

(3)支撐物

真空玻璃支撐物采用不銹鋼材料，具有非常好的真空性能。經過真空烘烤3~5小時(300~450℃)不銹鋼的常溫出氣速率1小時內為10-9~10-10量級，10小時為10-10~10-11量級，且長期出氣速率趨勢逐漸降低。

3.2 高溫烘烤除氣工藝

與真空電子顯示器件(CRT、PDP)類似，真空玻璃在制作過程中經過約350℃、1個多小時烘烤排氣，在真空度優于1.0×10-4Pa時進行真空封離，可大大降低玻璃在使用過程中的放氣量。

3.3 吸氣劑的應用

吸氣劑是指能有效吸附某些氣體分子的材料，可在短時間內提高真空度，并在長時間內維持所要求的真空度，大量應用于電真空器件和真空科技領域。

真空玻璃在使用過程中長期承受太陽暴曬和溫差變化，玻璃內表面和深層的殘余氣體會釋放出一部分，可能導致真空度下降；真空玻璃中放置吸氣劑可提高并維持真空玻璃真空度，從而大大延長真空玻璃使用壽命。

實際制造過程中按照真空玻璃預期使用壽命50年目標對吸氣劑進行設計。

(1) 理論計算

理論計算表明，對于5+V+5構造、面積1800×2800mm的真空玻璃，50年內總出氣量為0.13Pa·L，目前腔內放置吸氣劑吸氣量約為1.14 Pa·L，僅發揮不到20%的吸氣量，理論上可保證50年真空壽命。

(2) 應用驗證

為了驗證吸氣劑的吸氣效果，進行了長期的熱工性能跟蹤測試。

將置有吸氣劑的真空玻璃樣片長期放置在北京室外，使其經受陽光輻射和溫差變換，定期測試樣片熱導，經過2900天(約8年)氣候循環測試，置有吸氣劑的真空玻璃熱導變化很小，見下圖。

測試結果表明，真空玻璃放置吸氣劑后可長期保持良好的真空壽命。

結 論

真空玻璃是一類新型的建筑節能玻璃，邊部采用玻璃或金屬封接形式，化學穩定性較好，理論上有更長的密封壽命。

真空玻璃使用壽命可分為力學壽命和真空壽命。力學壽命是指邊部封接強度承受玻璃在自重、風載荷及溫差作用下應力而不開裂的壽命；真空壽命是指保持真空玻璃內部真空度的壽命。

真空玻璃在自重、溫差、風荷載作用下邊緣封接強度理論分析值遠小于強度設計值(強度實測值的1/3)，邊緣封接強度安全可靠，可保證較長的力學壽命。

真空玻璃的真空壽命與原材料、制作工藝、吸氣劑等有關。真空玻璃所用原片玻璃、支撐物、封邊封口材料都屬于無機材料，在真空狀態下不放氣或者放氣率很低。

真空玻璃制作過程中采用高溫烘烤除氣工藝和吸氣劑，理論和實踐表明可有效保證真空玻璃的真空壽命。