尼爾森博士現場演講

真空玻璃的壽命及應用

尼爾森博士 悉尼大學

　　摘要：

　　真空玻璃是一種新的隔熱窗,由兩片玻璃構成,邊緣密封并有一個很小排空空間。真空玻璃主要應用于窗戶,因此確保儀器壽命十分重要。自真空玻璃發明以來,其生產僅進行了13年,因此很難進行實時穩定性評估。最近開發了一種短時間內預測真空玻璃壽命超過30年的創新方法。穩定的真空玻璃已經成功制成,其中空特性好于傳統雙層玻璃單元3倍。除了突出的性能,真空玻璃是設備裝配翻新,解決雙層或三層玻璃因厚度僅0.62厘米和重量輕而產生安裝問題的理想設備。

　　真空玻璃(圖1)是一種新的隔熱窗,由兩片玻璃構成,邊緣密封并有一個很小排空空間。真空玻璃主要應用于隔熱,因此確保儀器壽命達到幾十年十分重要。監控內部真空長期穩定性的簡單方法是長時間測量氣態導熱率。真空玻璃第一個樣本是在10年前才成功生產的,為了評估玻璃樣本的穩定性,確認影響真空穩定性的物理工藝,有必要加速老化過程。本論文描述了評估在不同條件下制成的玻璃樣本穩定性的實驗方法。 用除氣機制老化模型的開發預測真空玻璃的壽命。另外討論了真空玻璃性能和其它中空玻璃的性能比較。

　　老化措施

　　為了評估玻璃樣本穩定性,設計了加速老化過程的實驗。在研究中,樣本儲存于高溫環境,通過旋轉測量儀器對其內部壓力進行測量。實驗中沒有使用傳統的導熱測量方法測量真空玻璃特性,因為無法測量老化過程中導熱性能的細微變化。旋轉測量儀器對壓力的導熱性能評估更加敏感,可低至10-s托,可以檢測到導熱性更小的變化。

　　帶玻璃導管的樣本可以實現老化試驗過程中的內部壓力測量,每個樣本安裝在專門設計的溫度控制隔熱爐中,如圖2,玻璃導管小部分露在爐外。

圖⒉ 帶玻璃導管的真空玻璃測壓圖,在老化過程中使用旋轉測壓儀。

　　測量用樣本在高溫下老化,使樣本在老化爐內用旋轉測量儀器對內部壓力進行周期性測量。實驗中,爐內溫度按步驟增加并保持在特定溫度1天至幾周,此期間對樣本測壓。每一個恒溫階段末樣本都被冷卻至室溫,在進行下一階梯溫度前測壓。

　　加速老化用于韌化玻璃片樣本或低輻射玻璃。此類樣本在樣本制作過程中烘15分鐘到3小時,溫度從50°C到380°C。

　　圖3顯示了典型的樣本老化數據獲取過程,制作過程中樣本烘烤溫度為100°C。樣本內部壓力隨著升溫,增加了50毫托,而烘烤溫度為380°C時,壓力增加不到0.1毫托。

　　壽命模型

　　為了確定除氣工藝,確定監控參數需分析老化測量獲得的結果。通過對除氣數據函數化建立了模型。圖3的數據表明壓力增加以與時間相關的平方根相關,表明是離散工藝。函數可表達為,y代表真空玻璃內部壓力;t是測量時間;tp和c是依賴于老化歷史的常量；m相關烘烤溫度，其中Hact是反應能量。將數據點帶入以上公式，應用菲克定律解方程得擴散到真空層的氣體并有壽命模型：此此模型測量真空玻璃穩定性,其壓力增長-Pser,壽命tser,溫度Tser。

　　不同條件真空玻璃穩定性可以用壽命模型計算。圖4展示了樣本可能的壓力增長,烘烤時間從30分鐘到3小時不等,溫度不同。壽命設定為30年,25° C室溫。這些數據表明100°C烘烤的樣本會在30年后下降10-2托。熱性能最穩定的真空玻璃可以在380° C,延續3小時獲得。玻璃中內壓不會增加10-4托以上。這些模型結果與長期老化測量的真空玻璃數據一致。

　　應用

　　真空玻璃的成功取決于隔熱性能和真空穩定性。如上所述,穩定的真空玻璃可以通過高溫制作工藝獲得。高隔熱性能可以通過真空和低輻射膜的結合獲得。使用真空玻璃優勢諸多。由于隔熱性能與抽空空間大小無關,好的隔熱性應可以通過窄的真空結構獲得,因此真空玻璃的厚度降低到幾乎2片玻璃同等厚度。表1顯示了不同設計的窗戶熱傳導典型情況。真空玻璃的熱傳導幾乎比單片玻璃低7倍。

　　厚0.62cm真空玻璃性能幾乎同于三層玻璃,但三層玻璃厚1,5cm,由于克服了雙層或三層玻璃因厚度帶來的安裝問題,這使真空玻璃成為改裝市場的理想候選。真空玻璃可替代建筑或其它應用中的雙層或三層玻璃。

　　結語

　　通過不同實驗設計和實施,真空玻璃穩定性得到考察,其內部壓力直接通過旋轉測量儀器進行測量。

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