宝泰隔热条小课堂—真空玻璃使用寿命研究

真空玻璃是一类新型建筑节能玻璃，边部采用玻璃或金属封接形式，理论上有着更长的使用寿命，来看看相关研究成果吧！

力学寿命和真空寿命

真空玻璃使用寿命可分为力学寿命和真空寿命。

力学寿命是指边部封接强度承受玻璃在自重、风载荷及温差作用下应力而不开裂的寿命，也就是说，真空玻璃不因边部应力开裂的寿命。

真空寿命是指保持真空玻璃内部真空度的寿命，也就是保证玻璃内部真空度，不进气失效的寿命。

真空玻璃力学寿命和真空寿命与结构设计、材料选用、制作工艺等因素有关。

真空玻璃力学寿命研究

真空玻璃由上下片玻璃、封边焊料、支撑物、吸气剂等几部分组成，见下图。

真空玻璃边部封接焊料不仅要满足密封性能要求，同时应满足封接强度要求。

“真空玻璃边缘强度及可靠性分析”一文中研究了玻璃焊料弯曲强度、真空玻璃封边部位界面拉伸和剪切强度，分析了真空玻璃自重、温差、风载荷作用下边缘封接可靠性，见下图。

论文对真空玻璃封接界面实测弯曲强度、拉伸强度和剪切强度进行了对比，见下表。

可见，真空玻璃在自重、温差、风荷载作用下边缘封接强度理论分析值远小于强度设计值(实测值的1/3)，边缘封接强度安全可靠，可保证较长的力学寿命。

真空玻璃真空寿命研究

真空玻璃的真空寿命与原材料、制作工艺、吸气剂的应用等密切相关。

3.1 原材料

真空玻璃所选用原片玻璃、支撑物、封边封口材料都属于无机材料，材料本身在真空状态下不放气或者放气率很低。

(1)浮法玻璃

真空玻璃原片为钠钙玻璃，其结构中“微孔”很小，除空气中含量极低的氦(He)分子因分子直径小而有微量渗透外，其它气体均不渗透。

真空玻璃材料在高温与光照下表面会释放出气体，放气量与玻璃烘烤排气温度有关。研究表明无论是电真空器件还是真空玻璃，烘烤排气过程中主要出现两个明显放气高峰，分别出现在烘排温度100~200℃和300~400℃，排出气体主要为H2O，和少量CO和H2。

悉尼大学真空玻璃研究组对真空玻璃在高温与光照下的气体释放进行了深入研究，对于经过150℃烘烤排气和350℃烘烤排气的真空玻璃，分别在高温条件下和暴晒条件下测量其内部压强变化。

结果表明，经过150℃烘烤除气的真空玻璃，高温条件下内部压强从6.65×10-2Pa上升到6.65Pa，在室外曝晒过程中，样片的内部压强上升约1.33Pa；而经350℃烘烤排气的真空玻璃，经过相同的高温老化过程，内部压强只上升了1.33×10-1Pa。

说明通过采用高温排气方式，排除真空玻璃间隙层内气体外，还可以有效去除吸附在玻璃内表面和深层的各种气体，降低真空玻璃在长期使用过程中的放气量。

(2) 封边材料

真空玻璃所用玻璃封边材料是广泛应用于电子显像管、VFD、PDP等电真空器件的封接材料，熔封后形成玻璃态，气体渗透率和放气率都很低，理论与长期应用实践证明其真空封接性能优异。

(3)支撑物

真空玻璃支撑物采用不锈钢材料，具有非常好的真空性能。经过真空烘烤3~5小时(300~450℃)不锈钢的常温出气速率1小时内为10-9~10-10量级，10小时为10-10~10-11量级，且长期出气速率趋势逐渐降低。

3.2 高温烘烤除气工艺

与真空电子显示器件(CRT、PDP)类似，真空玻璃在制作过程中经过约350℃、1个多小时烘烤排气，在真空度优于1.0×10-4Pa时进行真空封离，可大大降低玻璃在使用过程中的放气量。

3.3 吸气剂的应用

吸气剂是指能有效吸附某些气体分子的材料，可在短时间内提高真空度，并在长时间内维持所要求的真空度，大量应用于电真空器件和真空科技领域。

真空玻璃在使用过程中长期承受太阳暴晒和温差变化，玻璃内表面和深层的残余气体会释放出一部分，可能导致真空度下降；真空玻璃中放置吸气剂可提高并维持真空玻璃真空度，从而大大延长真空玻璃使用寿命。

实际制造过程中按照真空玻璃预期使用寿命50年目标对吸气剂进行设计。

(1) 理论计算

理论计算表明，对于5+V+5构造、面积1800×2800mm的真空玻璃，50年内总出气量为0.13Pa·L，目前腔内放置吸气剂吸气量约为1.14 Pa·L，仅发挥不到20%的吸气量，理论上可保证50年真空寿命。

(2) 应用验证

为了验证吸气剂的吸气效果，进行了长期的热工性能跟踪测试。

将置有吸气剂的真空玻璃样片长期放置在北京室外，使其经受阳光辐射和温差变换，定期测试样片热导，经过2900天(约8年)气候循环测试，置有吸气剂的真空玻璃热导变化很小，见下图。

测试结果表明，真空玻璃放置吸气剂后可长期保持良好的真空寿命。

结 论

真空玻璃是一类新型的建筑节能玻璃，边部采用玻璃或金属封接形式，化学稳定性较好，理论上有更长的密封寿命。

真空玻璃使用寿命可分为力学寿命和真空寿命。力学寿命是指边部封接强度承受玻璃在自重、风载荷及温差作用下应力而不开裂的寿命；真空寿命是指保持真空玻璃内部真空度的寿命。

真空玻璃在自重、温差、风荷载作用下边缘封接强度理论分析值远小于强度设计值(强度实测值的1/3)，边缘封接强度安全可靠，可保证较长的力学寿命。

真空玻璃的真空寿命与原材料、制作工艺、吸气剂等有关。真空玻璃所用原片玻璃、支撑物、封边封口材料都属于无机材料，在真空状态下不放气或者放气率很低。

真空玻璃制作过程中采用高温烘烤除气工艺和吸气剂，理论和实践表明可有效保证真空玻璃的真空寿命。