CN102050585A - 一种低成本钢化真空玻璃及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种真空玻璃及其制造方法，其特征是使用与玻璃原片融为一体的微凸点支撑物取代现有的不锈钢支撑物布放工艺，使用不会造成钢化玻璃原片退火的低温金属钎焊技术进行封边，及把传统的真空层抽气工序和封边工序简约集成为抽气封边一体化工序。与现有真空玻璃及其制造工艺相比，本发明所提供的真空玻璃及其制造方法具有工艺简单、成品率高、设备投资和生产成本低、更好的隔热和隔音性能、更佳的外观和透光性、安全性达到高层建筑使用标准等优点。

Description

一种低成本钢化真空玻璃及其制作方法

所属技术领域

本发明属于节能环保玻璃技术领域。

背景技术

真空玻璃是目前节能效果最好的透明***护材料，具有重量轻、厚度薄、传热系数小、隔音效果好、抗风压强度高、寿命长等一系列优点，是理想的节能建筑材料。但是因为其昂贵的生产成本及尚无法达到高层建筑所要求的钢化玻璃强度，目前尚未得到大规模的应用。

现有真空玻璃的上述缺点是由其设计结构和生产工艺造成的。现有真空玻璃的基本结构如图1所示，即两片玻璃原片之间用微小的支撑物点阵隔开，周边用低熔点玻璃料熔封，通过玻璃抽气管进行“排气”后封口，形成气压低于0.1Pa厚度仅为0.1-0.2mm的真空层。因此真空玻璃的生产必须经过多道工序来完成，包括：1)抽气口钻孔、2)支撑物布放、3)玻璃钎焊料布涂、4)玻璃合片、5)高温封边/抽气口钎焊、6)高温抽气/封口、和7)吸气剂解封。

上述的支撑物布放工序是造成现有真空玻璃生产效率低下、废品率高，进而推升生产成本的主要环节。现有真空玻璃支撑物是直径小于0.5mm，高度在0.1-0.2mm之间的不锈钢圆片、圆环或“C”型开口环，在1平方米的面积上要均匀布放1600个支撑物。因为单体体积小、布放数量大，只能使用机械手或机械人来完成布放，造成设备投资成本高昂。即便如此，支撑物漏放、错放、叠放及在后续工序中的移动仍经常发生，造成废品率居高不下。

上述的高温封边工序则是造成现有真空玻璃达不到高层建筑安全标准的主要原因。标准要求高层建筑玻璃构件必须使用钢化玻璃制造。但是因为现有高温封边玻璃钎焊料的熔化温度在450℃左右，高于钢化玻璃的退火温度，所以即使采用钢化玻璃原片来制造真空玻璃，它也会在封边工序过程中被退火成为普通玻璃。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够克服上述缺点的低成本钢化真空玻璃及其制作工艺。

为达成此目的，本发明首先提供了一种利用直接生成在玻璃原片上的玻璃微凸点来代替布放在玻璃原片上的微型不锈钢支撑物来形成真空腔的方法。因为免除了真空玻璃制作工艺中的支撑物布放工序，所以真空玻璃的设备投资成本和制作成本均得到大幅下降。同时因为玻璃微凸点支撑物较低的热传导系数和透明性，所以真空玻璃的隔热性和透光性也获得有效提升。

为达成此目的，本发明还提供了一种利用压延技术或印刷/烧结技术在玻璃原片上直接生成上述微凸点支撑物的方法。如此生成的支撑物与玻璃原片融为一体，且分布均匀、尺寸均一，因此彻底避免了现有真空玻璃制作工艺中支撑物漏放、错放、叠放及移位等工艺缺陷，令产品合格率大幅提升。

为达成此目的，本发明还提供了一种真空层支撑物点阵等边三角形排列方法。与传统正方形排列方法相比，在玻璃原片强度相等的条件下，此排列方法可以减少42％的支撑物数量，因此能够有效提高真空玻璃的隔热和隔音效果。

为达成此目的，本发明还提供了一种低温金属钎焊技术用于对真空玻璃的封边操作。封边温度因此可以被降低到250℃以下，有效地避免了钢化玻璃原片的退火，使真空玻璃达到高层建筑物的安全使用标准。

为达成此目的，本发明还提供了一种利用紫外线照射的方法来加速分解吸附在玻璃表面的大分子气体，从而提高在低温(＜250℃)状态下对真空玻璃进行排气的效果。

为达成此目的，本发明还提供了一种将封边工序和排气工序简约整合在一起的抽气封边一步法工艺，不但简化了工艺流程还无需预制抽气口。这进一步降低了真空玻璃的制造成本，同时又令其外表更美观和完整。

与现有真空玻璃及其制造工艺相比，本发明所提供的低成本钢化真空玻璃及其制造工艺能够显著降低真空玻璃的设备投资成本和生产成本，同时解决了真空玻璃的钢化问题，从而为真空玻璃的大规模应用，特别是在高层建筑上的大规模应用，奠定了必要的技术基础。不仅如此，与现有真空玻璃相比，利用本工艺方法制作的真空玻璃还具有更好的隔热及隔音效果，同时具备完全的透光性。总之，本发明所提供的工艺技术能够在大幅度降低真空玻璃生产成本的同时进一步提升其技术经济指标和商业附加值。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1是现有真空玻璃的结构示意图。

图2是本发明所提供的真空玻璃的结构示意图。

图3是真空玻璃支撑物点阵排列示意图，a)正方形排列，b)等边三角形排列。

图4是本发明所提供的抽气封边真空炉的结构示意图。

具体实施方式

图2是本发明所提供的真空玻璃100的结构示意图。真空玻璃100由一块微凸点玻璃原片110与一块平板玻璃原片120合片后沿其四周边缘钎焊密封(130)后构成，其间形成的真空层140由所述微凸点玻璃原片110内侧表面上的微凸点支撑物点阵111支撑，真空层140内安放有用于吸收残余气体的吸气剂150。

微凸点玻璃原片110是在其内侧表面均匀分布着一微凸点支撑物点阵111的平板玻璃。微凸点的轮廓形状可以是球冠、球缺、圆台等。其尺寸要足够微小，以至于不易被具有正常视力的人所察觉；直径通常要小于0.5mm，高度则为0.1-0.2mm，所有微凸点的高度必须相等。微凸点支撑物点阵111采用图3b中所描述的等边三角形排列，因为其能给出最小的支撑物密度值(单位面积上的支撑物数量)，因此具有最优的隔热和隔音性能，理由如下。

真空层支撑物的作用是平衡施加在真空玻璃表面上的大气压力，使真空层不在大气压力下闭合，玻璃不被压碎。这要求支撑物的最大间距必须小于某一由玻璃原片抗拉强度决定的临界值，λ₀。玻璃原片的抗拉强度越高，λ₀值越大。在一给定玻璃强度或λ₀值下，支撑物点阵的排列形式决定了所需支撑物的密度，而支撑物密度又决定了真空玻璃的隔热和隔音性能，因为真空玻璃的热传导和声音的传播都是通过支撑物进行的。支撑物的密度越小，真空玻璃的隔热和隔音性能就越好。如图3所示，在正方形点阵排列中(图3a)，λ₀是正方形的对角线长度，对应的支撑物密度是ρ_正方＝2/λ₀ ²。在等边三角形点阵排列中(图3b)，λ₀是等边三角形的边长，对应的支撑物密度是ρ_三角＝2/(3^1/2λ₀ ²)。结论是等边三角形点阵支撑物密度仅是正方形点阵支撑物密度的58％，即ρ_三角/ρ_正方＝1/3^1/2≌0.58，。因此本发明采用等边三角形支撑物点阵排列来取代传统真空玻璃中所采用的正方形点阵排列可以显著提高真空玻璃100的隔热和隔音性能。

微凸点玻璃原片110可以使用压延法制造。该方法要求在玻璃压延机的一个压延辊表面上按照选定的支撑物点阵排列图案和凸点形状均匀制备出一系列的凹坑作为微凸点的印花模。另一可以用来制造微凸点玻璃原片110的方法是印刷烧结法。该方法需要首先按选定的支撑物点阵排列图案把含有低熔点玻璃粉的浆料印制在一平板玻璃的表面上，然后将该平板玻璃送入一烧结炉，将其加热到接近玻璃粉熔点的温度，使玻璃粉堆积体转变为与该平板玻璃表面融为一体的玻璃微凸点。

本发明使用直接生成在玻璃原片上的玻璃微凸点支撑物来取代布放在玻璃原片上的不锈钢支撑物来制备真空玻璃能够显著地降低设备投资，提高产品合格率，降低生产成本和提升产品的隔热、隔音和透光性能。这是因为本发明：1)无需投资昂贵的支撑物布放设备，“布、合、涂机组”；2)彻底避免了支撑物的漏放、错放、叠放和在后续工序中的移动；3)采用了支撑物等边三角形点阵排列令支撑物密度减小42％；4)采用的玻璃微凸点支撑物的导热系数比不锈钢支撑物的导热系数小20倍，且具透光性。

平板玻璃原片120可以是普通的白玻，也可以是吸热玻璃、阳光控制玻璃、自洁净玻璃、Low-E(低辐射)玻璃等功能性玻璃。

微凸点玻璃原片110和平板玻璃原片120可以是普通的退火玻璃，也可以是钢化玻璃。选用后者可以显著提高真空玻璃的安全性，使其符合高层建筑的安全使用标准，同时因为玻璃强度的提高，真空层支撑物临界间距(λ₀)得以加大、密度得以减小，令真空玻璃的隔热和隔音性能进一步提高。但是选用钢化玻璃要求真空玻璃的封边工序必须在低于钢化玻璃的退火温度(250℃)下进行。这可以借助于本发明所提供的一种低温金属钎焊技术来完成。该技术包括如下步骤：

1.首先在微凸点玻璃原片110和平板玻璃原片120的内侧表面四周边缘处烧结一层金属膜。金属膜的宽度要适当，但必须要能够保证在封边完成后在微凸点玻璃原片110和平板玻璃原片120之间提供足够的结合力。金属膜的厚度也要适当，必须保证膜的连续性。金属膜的材质要保证其可以被所要使用的低温金属钎焊材料(如，焊锡)充分湿润。金属膜必须能够与玻璃之间形成牢固的冶金结合。该步骤的实施例之一是玻璃表面装饰业中常用的玻璃描金工艺。因为金水烧结温度接近玻璃钢化温度，该步骤可以与玻璃钢化工艺合并实施。

2.完成上述准备步骤后，把微凸点玻璃原片110和平板玻璃原片120合片，并在其金属膜之间布放一厚度适当的焊锡箔带，将其加热到焊锡的熔点温度以上(但低于250℃)，两玻璃原片就被钎焊在一起了。

上述低温金属钎焊技术可以被用于强化真空玻璃和普通真空玻璃的封边操作。但以退火玻璃为原片的普通真空玻璃对封边温度并无特殊要求，因此也可以采用通常的低熔点玻璃粉钎焊料来封边。

图4是本发明所提供的抽气封边真空炉200的实施例示意图，由炉体210、加热体211、导轨212、真空泵220及其它辅助构件(未示出)组成。

使用抽气封边真空炉200可以把现有真空玻璃生产工艺中的高温抽气工序和封边工序简约集成为一道抽气封边工序。合片后的微凸点玻璃原片110和平板玻璃原片120被放在导轨212上送入炉内。导轨分上下两层，可以同时处理两组真空玻璃。炉内的真空度要达到0.1Pa以上，两玻璃原片之间空腔内的气体以及吸附在玻璃原片上的气体随同炉内的气体一起被真空泵220抽出。加热体211的布置要保证炉内温度均匀，并能够把钎焊料(低温玻璃粉或焊锡箔带)加热到其熔点温度以上。如使用低温金属钎焊封边工艺，还需要加装紫外线发生器213，其作用是加速分解吸附在玻璃表面上的大分子气体(如CO₂和H₂O)，使其能够被真空泵220快速抽出。如果使用低温玻璃粉钎焊封边，则无需使用紫外线发生器，因为其较高的封边温度足以分解玻璃表面上吸附的任何气体。因为真空玻璃的加热和封边都是在高真空的状态下进行的，其真空层也在封边完成后就自然形成了。这就免除了抽气口钻孔和封口及吸气剂密封和解封等一系列工序，使生产工艺简化，生产成本得到进一步的降低。不仅如此，抽气口的免除还能够改善真空玻璃的完整性和外观。

可以使用下述工艺流程生产本发明所提供的真空玻璃100：

1.对玻璃原片进行切裁磨边。

2.如生产的是钢化真空玻璃，在玻璃原片内侧表面的四周边缘处烧结生成金属膜，并进行钢化处理。

3.将微凸点玻璃原片110和平板玻璃原片120进行合片，在其内侧表面的四周边缘布涂钎焊料(低温玻璃粉或焊锡箔条)，并在适当位置放置吸气剂150。

4.送入抽气封边真空炉200，开始抽真空(如生产的是钢化真空玻璃，启动紫外线发生器213)，同时升温到低于钎焊料软化温度的某一温度并保温。在此过程中，真空层140内的气体连同炉内的气体一起被真空泵220抽走。待真空度升至0.1Pa以上后，把炉温升到钎焊料的熔化温度以上，保温一段适当时间后，降温，卸除真空。待温度降至钎焊料软化温度以下后，开炉门，把真空玻璃移出炉外。

需要强调的是，上面给出的具体实施例仅为方便阐述本发明之工作原理。实施者可以应用本发明之工作原理对上述具体实施例进行多种多样的修改和细节完善。但所有如此产生的实施例变种都属于本发明的具体体现，因此亦被包含在本发明之权利要求书中所要求的权利范围内。

Claims (11)

1.一种真空玻璃，由一块微凸点玻璃原片110与一块平板玻璃原片120合片后沿其四周边缘钎焊密封后构成，其间形成的真空层140由所述微凸点玻璃原片110内侧表面上的微凸点支撑物点阵111支撑，真空层内安装有吸气剂150。

2.一种根据权力要求1所述的真空玻璃，其特征是所述微凸点玻璃原片110是采用压延法生产的平板印花玻璃，所用玻璃压延机上的一根压延辊的表面上刻有形状和尺寸均一且按所述微凸点支撑物点阵排列的系列凹坑，作为微凸点的印花模。

3.一种根据权力要求1所述的真空玻璃，其特征是所述微凸点玻璃原片110是采用印刷烧结法制成的，即：先将低温玻璃粉浆料按所述微凸点支撑物点阵排列图案印刷到一平板玻璃上，然后将该平板玻璃送入烧结炉，加热到接近玻璃粉熔点的某一适宜温度令玻璃粉堆积体转化为与平板玻璃表面熔合在一起的玻璃微凸点。

4.一种根据权力要求1所述的真空玻璃，其特征是所述微凸点玻璃原片110上的微凸点支撑物点阵按等边三角形排列。

5.一种根据权力要求1所述的真空玻璃，其特征是所述微凸点玻璃原片110和平板玻璃原片120是钢化玻璃，采用低温金属钎焊技术在250℃以下对其进行封边密封。

6.一种根据权力要求5所述的低温金属钎焊技术，包括如下步骤：

a.首先在微凸点玻璃原片110和平板玻璃原片120的内侧表面四周边缘处烧结一层宽度适当、连续不间断、与玻璃基体形成冶金结合、可以被某种低温金属钎焊材料充分湿润的金属膜。

b.完成上述准备步骤后，把微凸点玻璃原片110和平板玻璃原片120合片，并在其金属膜之间布放一适当宽度和厚度的金属钎焊箔带，将其加热到该金属钎焊材料的熔点温度以上(但低于250℃)，完成该两玻璃原片之间的钎焊。

7.一种根据权力要求6所述的低温金属钎焊技术，其特征是所述步骤a是玻璃表面装饰业中常用的玻璃描金工艺并可以与玻璃钢化工艺合并实施。

8.一种根据权力要求6所述的低温金属钎焊技术，其特征是所述金属钎焊材料是焊锡。

9.一种真空玻璃制造工艺，其特征是被置于一抽气封边真空炉内的两块玻璃原片被加热到并保温在一略低于封边钎焊料软化点的温度，在此过程中，其间的空间随真空炉一起被抽取到小于0.1Pa的气压；待玻璃原片表面所吸附的气体被充分释放后，玻璃原片被进一步加热到封边钎焊料熔化温度以上，其边缘被钎焊料密封，其间的空间形成真空层。

10.一种根据权力要求9所述的真空玻璃制造工艺，其特征是在低温抽气和封边过程中(低于250℃)利用紫外线照射促使吸附在玻璃原片表面上的大分子气体分解以加速真空抽气的速度。

11.一种根据权力要求1所述的真空玻璃，利用权力要求9所述的真空玻璃制造工艺制造，其特征是其没有抽气口。

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