真空玻璃是一類新型建筑節(jié)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(guān)研究成果吧！

力學(xué)壽命和真空壽命

真空玻璃使用壽命可分為力學(xué)壽命和真空壽命。

力學(xué)壽命是指邊部封接強(qiáng)度承受玻璃在自重、風(fēng)載荷及溫差作用下應(yīng)力而不開裂的壽命，也就是說，真空玻璃不因邊部應(yīng)力開裂的壽命。

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

真空玻璃力學(xué)壽命和真空壽命與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料選用、制作工藝等因素有關(guān)。

真空玻璃力學(xué)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(shí)應(yīng)滿足封接強(qiáng)度要求。

“真空玻璃邊緣強(qiáng)度及可靠性分析”一文中研究了玻璃焊料彎曲強(qiáng)度、真空玻璃封邊部位界面拉伸和剪切強(qiáng)度，分析了真空玻璃自重、溫差、風(fēng)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(shí)測彎曲強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度和剪切強(qiáng)度進(jìn)行了對比，見下表。

可見，真空玻璃在自重、溫差、風(fēng)荷載作用下邊緣封接強(qiáng)度理論分析值遠(yuǎn)小于強(qiáng)度設(shè)計(jì)值(實(shí)測值的1/3)，邊緣封接強(qiáng)度安全可靠，可保證較長的力學(xué)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(yīng)用等密切相關(guān)。

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(jī)材料，材料本身在真空狀態(tài)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(jié)構(gòu)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(guān)。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(xiàn)兩個(gè)明顯放氣高峰，分別出現(xiàn)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(xué)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(jìn)行了深入研究，對于經(jīng)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(nèi)部壓強(qiáng)變化。

結(jié)果表明，經(jīng)過150℃烘烤除氣的真空玻璃，高溫條件下內(nèi)部壓強(qiáng)從6.65×10-2Pa上升到6.65Pa，在室外曝曬過程中，樣片的內(nèi)部壓強(qiáng)上升約1.33Pa；而經(jīng)350℃烘烤排氣的真空玻璃，經(jīng)過相同的高溫老化過程，內(nèi)部壓強(qiáng)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(nèi)氣體外，還可以有效去除吸附在玻璃內(nèi)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(yīng)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(tài)，氣體滲透率和放氣率都很低，理論與長期應(yīng)用實(shí)踐證明其真空封接性能優(yōu)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(jīng)過真空烘烤3~5小時(shí)(300~450℃)不銹鋼的常溫出氣速率1小時(shí)內(nèi)為10-9~10-10量級，10小時(shí)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(jīng)過約350℃、1個(gè)多小時(shí)烘烤排氣，在真空度優(yōu)于1.0×10-4Pa時(shí)進(jìn)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(yīng)用

吸氣劑是指能有效吸附某些氣體分子的材料，可在短時(shí)間內(nèi)提高真空度，并在長時(shí)間內(nèi)維持所要求的真空度，大量應(yīng)用于電真空器件和真空科技領(lǐng)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(nèi)表面和深層的殘余氣體會釋放出一部分，可能導(dǎo)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(shí)際制造過程中按照真空玻璃預(yù)期使用壽命50年目標(biāo)對吸氣劑進(jìn)行設(shè)計(jì)。

(1) 理論計(jì)算

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

(2) 應(yīng)用驗(yàn)證

為了驗(yàn)證吸氣劑的吸氣效果，進(jìn)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(jīng)受陽光輻射和溫差變換，定期測試樣片熱導(dǎo)，經(jīng)過2900天(約8年)氣候循環(huán)測試，置有吸氣劑的真空玻璃熱導(dǎo)變化很小，見下圖。

測試結(jié)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(jié) 論

真空玻璃是一類新型的建筑節(jié)能玻璃，邊部采用玻璃或金屬封接形式，化學(xué)穩(wěn)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(xué)壽命和真空壽命。力學(xué)壽命是指邊部封接強(qiáng)度承受玻璃在自重、風(fēng)載荷及溫差作用下應(yīng)力而不開裂的壽命；真空壽命是指保持真空玻璃內(nèi)部真空度的壽命。

真空玻璃在自重、溫差、風(fēng)荷載作用下邊緣封接強(qiáng)度理論分析值遠(yuǎn)小于強(qiáng)度設(shè)計(jì)值(強(qiáng)度實(shí)測值的1/3)，邊緣封接強(qiáng)度安全可靠，可保證較長的力學(xué)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(guān)。真空玻璃所用原片玻璃、支撐物、封邊封口材料都屬于無機(jī)材料，在真空狀態(tài)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(shí)踐表明可有效保證真空玻璃的真空壽命。