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本文论述了保证真空玻璃寿命的主要因素，解释是什么保证真空玻璃50年的使用寿命。
关键词：真空玻璃，真空材料，吸气剂

真空玻璃在国内面市以来，以其优异的性能，吸引了社会各界越来越多的关注，对于真空玻璃高超的隔热、隔声性能通过权威部门检测，已被社会各界广泛认可。但是，真空玻璃的寿命如何呢？它的内部真空度可以保证多长时间？几个月，几年，还是几十年？本文将对保证真空玻璃的寿命的几个主要因素进行分析，从而解开真空玻璃的寿命之迷。

1. 真空玻璃组成材料上的保证

真空玻璃结构如图1所示，由上下片玻璃，封边材料，支撑柱，吸气剂几部分组成。构成静态真空器件（如显像管、电子管、电热丝发光灯炮、真空玻璃等）的材料（包括真空腔体材料、封接材料和内置材料）必须是经严格选择的“真空材料”，真空玻璃所选用的钠钙玻璃、不锈钢，封边材料就是很好的真空材料。


1．浮法玻璃
这部分主要从玻璃的渗透性与玻璃材料的放气两方面来论述。
1)玻璃的渗透性
气体对玻璃的渗透以分子态进行，渗透过程与气体分子的大小和玻璃内部的微孔大小有关［1］。制作真空玻璃的浮法玻璃由于其中的碱性氧化物（Na2O、K2O、CaO等）在向Si-O骨架贡献了氧原子后，即以正离子的形式处于Si-O网格中，阻塞了分子的渗透孔道，所以，空气中只有直径最小的氦（He）分子有微量渗透。因此He渗透对常温下使用的真空玻璃性能的影响可以忽略。
2）玻璃的放气
玻璃材料在高温与光照下，表面会释放出气体，放气量与玻璃的烘烤排气温度有关，悉尼大学真空玻璃研究组就真空玻璃在高温与光照下的气体释放进行了深入研究[2]，其结果和我们的实验结果一致。通过采用高温排气的方式，可以大大降低玻璃的放气量。
①高温条件下真空玻璃内表面放气
图3是真空玻璃的高温老化数据曲线。老化条件为： 150℃，115天，经150度烘烤除气的真空玻璃，内部压强从6.65×10-2上升到6.65Pa；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。经四极质谱仪分析识别，放出的气体主要是水蒸气，还有小部分的二氧化碳，还检测到非常少的一氧化碳。结果充分说明，可以通过采用较高温度（＞350℃）烘烤排气来有效改善真空玻璃由高温而产生的内表面放气。但是，由于释放出的气体主要是水蒸气，所以当温度恢复到室温时，真空玻璃的内部压强会回落到与原来相近的数值，或至少回落一部分。由此可见，高温对在常温下使用的真空玻璃影响不大。


与内部压强随时间的变化曲线
②光照条件下气体的释放
图4光照老化数据曲线。经150℃烘烤排气的真空玻璃样片，在室外曝晒的过程中，样片的内部压强上升了约1.33Pa。经350℃烘烤排气的样片，内部压强上升不到1.33×10-1Pa。经四极质谱仪分析识别，光照下放出的大部分气体是二氧化碳和一氧化碳，没有水蒸气。


经过高温烧烤排气的玻璃放气率约为，并且大量测量数据表明，放气率10小时即下降一个数量级，一天能下降两个数量级。

2．封边材料
真空玻璃所选用的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，本身气体渗透率和放气率都很低，经过理论与长期的应用实践，证明具有非常优异的真空封接性能。
3．支撑柱
真空玻璃支撑柱的材料采用的是不锈钢，不锈钢是真空器件最常用的材料，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。并且长期出气速率的趋势是逐渐降低的［3］。
二．工艺的保证
1．支撑物处理
对支撑物，经过超声清洗及脱脂处理；封口之前经过约1小时350℃左右的真空脱气。经过这样的处理过程，可以大大降低其出气速率。
2．高温烘烤除气工艺
真空玻璃在制做过程中会经过约350度，1个多小时的烘烤排气。通过前面玻璃放气部分的论述，可以证明高温排气可以大大降低玻璃在使用过程中的放气量。
三．吸气剂的应用
对经过高温烘烤排气的真空玻璃样片进行长时间的曝晒试验，经测量后发现有一部分真空玻璃的热导值仍有一定幅度的升高。这说明在高温下烘烤排气并不能完全保证真空玻璃的寿命，必须在真空玻璃中放置吸气剂，来提高并维持真空玻璃的真空度，从而延长真空玻璃的使用寿命。
  吸气剂也叫消气剂，在电真空器件和真空科技领域它是指一种能吸收气体的材料。其主要作用是：在短时间内提高真空空间的真空度，并在长时间内维持所要求的真空度。
由于真空玻璃在封边过程中经过450℃以上的高温烘烤排气，在大气中如此高的温度下吸气剂还未激活就已经氧化失效，这是要解决的一个难题。经过吸气剂生产厂家检测，即使是高温激活吸气剂，经过在大气中温度高达450℃的长时间加热后，吸气量只约有原来的10%。多年来我们进行了大量的试验，选取多种方案，制成样片后进行长时间曝晒，根据跟踪测试数据分析吸气剂的效果，现已确定最终方案。为防止吸气剂在封边时氧化，须将吸气剂在真空状态下激活并包封，包封盒材料为特种金属薄片或玻璃，真空玻璃在大气中进行“封边”时，被“包封”的吸气剂不会氧化失效。在抽真空并封离后，通过“解封”把包封盒打开，使吸气剂工作。这一发明已经申请了专利[4]、[5]、[6]。
吸气剂吸气量与玻璃放气量的计算［3］。这部分摘自北京真空技术研究所（原国家电子部十二所）教授级高工王基奎“真空玻璃中吸气剂的应用与测试”一文。
①玻璃放气量的计算
经过烘烤除气的玻璃的放气率约为：

1m2真空玻璃的放气率为：

大量测量数据表明，放气率10小时即下降一个数量级，一天能下降两个数量级，因此1m2真空玻璃50年的放气量。
②吸气剂吸气量的计算
选用非蒸散型吸气剂，吸气速率约为，有效吸气面积为0.6m2，吸气量约为
则所使用吸气剂的吸气量
可见
所以可以保证真空玻璃50年真空寿命。
四．真空玻璃实测情况
图4为真空玻璃热导的长期测量曲线，为了研究真空玻璃的使用寿命，试验中制做了大量的样片，长年置于室外进行暴晒，并定期测量真空玻璃的热导。图4为典型样片的热导变化情况。
注：1．样片为2005年6月份制作,之后一直放在室外进行曝晒。
2．图中所示热导为测量热导。当时所使用的样片发射率为：普通玻璃：0.84；镀膜玻璃：0.20。 理论测量值为1.35。K值为1.13Wm-2K-1。
3．目前生产所采用的镀膜玻发射率为0.1，K值为0.82。若采用发射率为0.04的膜玻，则K值可达到0.68。


通过对比图中曲线可知，经过三年多的曝晒，含有吸气剂样片的热导值始终在理论值上下波动，但并无增大趋势。
五．应用工程情况
到目前为止，真空玻璃已应用于20多项工程，如已竣工6年的乐澜宝邸俱乐部，已竣工4年的清华大学超低能耗楼，已竣工3年的天恒大厦等，虽然当时都还没有置入吸气剂，但通过测量，质量一直是稳定的。

通过对真空玻璃材料、工艺、吸气剂的使用、实际测量、以及应用工程几方面的论述可以证明，真空玻璃的使用寿命达到50年是无容置疑的。

参考文献：
[1] 董镛，“真空玻璃与负压中空玻璃”，“中国玻璃” 2000年第5期
[2] N.Ng,R.E.Collins，L.So,“Thermal and optical evolution of gas in vacuum glazing”
Materials Science and Engineering， B 119(2005)258-264
[3] 王基奎，“真空玻璃中吸气剂的应用与测试”。
[4] 唐健正、王基奎，“带吸气剂的真空玻璃”，中国专利01275879.5，2001.12.7
[5] 唐健正、王基奎，“包封吸气剂”，中国专利01140012.9，2001.11.20
[6] 唐健正“使用在真空玻璃中的包封吸气剂及解封方法”，中国专利申请号2003101151693
作者简介：
唐健正（Tang Jianzheng）：澳大利亚籍华裔学者，1938年12月生于云南昆明。1957年至1963年北京大学物理系毕业，1963年至1990年北京大学物理系助教、讲师、副教授、教研室主任，1990年以高级访问学者名义到悉尼大学应用物理系工作期间与该系主任 R.E.Collins教授合作申请五项真空玻璃国际发明专利，1995年日本“板硝子”玻璃公司取得专利使用权并于1997年投产，成为世界首家推出真空玻璃的厂商。日本报纸称真空玻璃为“神奇玻璃”，认为这些专利开创了真空玻璃新纪元使科学家自1883年发明保温瓶以来的百年梦想成真。
与R..E.Collins教授等人合作发表了多篇论文，其中1993年在国际“太阳能”杂志上发表的“透明真空平板玻璃”一文获1997年国际太阳能协会颁发的“鲁道夫最佳论文奖”，真空玻璃成果也获得澳大利亚科技奖。1993年由悉尼大学提名以“特殊技能人才”类别加入澳大利亚籍。
1998年10月回国继续研发真空玻璃，并在青岛建立实验基地。2001年加入“北京新立基真空玻璃技术有限公司”任技术总监兼“北京东方新立基新材料研究所”所长，又申请十多项专利，有些专利解决了真空玻璃发展中的一些难题，具有国际领先水平。

李洋 Li Yang:
出生日期:1983.1.9 性别:女 籍贯:辽宁省昌图县
2005年取得东北大学过程装备与控制工程专业学士学位,同年7月就职于北京新立基真空玻璃技术有限公司，从事真空玻璃的研究工作。