一种支撑物与封接料一次完成的真空玻璃及其制备方法与流程

本发明涉及无机非金属材料技术领域，具体涉及一种支撑物与封接料一次完成的真空玻璃及其制备方法。

背景技术：

真空玻璃通常由两片玻璃组成，在这两片玻璃之间用支撑物隔开(0.1-0.5)mm的间隙，玻璃的边缘部位用低熔点玻璃或金属封接料进行密封，从而在两片玻璃之间形成真空(气压低于0.1pa)。真空玻璃属于节能玻璃中的一种，其节能原理就是常见的玻璃暖水瓶原理，利用真空隔绝两片玻璃之间的空气对流传热，达到节能目的。

早在1913年德国物理学家zoller就已经提出了真空玻璃的概念，且于1924年发布了世界上第一个平板真空玻璃专利。1989年悉尼大学的robinson和collins等人在实验室利用封接玻璃，在450℃以上高温下进行真空玻璃的封边，制造出真空玻璃样品。为了使两片玻璃间保持真空间隔，必须设置支撑物方阵以便承受每平米约10吨的大气压力。这些支撑物是真空玻璃产品的关键组件，其材质可以是玻璃、陶瓷、不锈钢、铬镍铁合金等。此外，支撑物的排放也是决定真空玻璃生产效率的关键工序。

检索可知，我国于1995年就有涉及真空玻璃支撑物的发明专利申请(cn1168708a)，其公开的支撑物呈点阵式分布，包括金属材质的芯及其端部的软金属或碳质接触层。唐健正等人(tw300271)1996年申报的名为“真空玻璃窗之设计”的发明专利与此类似，在玻璃片之间设置有一列支承柱，该支承柱包括由高压缩强度材质制成的芯部和至少由一层软性材质覆盖的端部。李彦宏等人(cn2544066y)公开了一种支撑物为金属丝的高隔热、高隔音玻璃，其支撑物选自与低熔点玻璃粉膨胀系数相接近的钨丝。董镛等人(cn201068427y)公开了一种以微珠为支撑物抽气口多层密封的真空玻璃；唐健正(cn201377262y)公开了一种金属材质且具有环形/柱形结构的真空平板玻璃支撑物，后续又公开了各种造型且表面设置有粘结材料的支撑体，并将其用于真空玻璃中(cn103848557a)。其他各种支撑体及对应的真空玻璃结构或制备方法还包括中国专利cn105384361a、cn106673461a、cn207685138u、cn108516704a、cn110156347a、cn109369036a、cn109665726a等。总之上述文献列举的一系列制备真空玻璃的现有技术中，通常需要先在玻璃上布置支撑物(高强度金属、陶瓷或塑料材质的柱状结构，直径在0.3-0.5mm之间，高度约0.2mm)，然后在该玻璃上布放封边料(低温玻璃粉或低熔点金属等)。这种方式导致先布置的支撑物难以有效固定，且工序效率差、良品率低，极大地制约了真空玻璃的工业化生产效率。此外，现有技术中常见的金属材质支撑物成为了两片玻璃之间的热桥，显著降低了真空玻璃的隔热性能；在加热时金属材质的支撑物与玻璃接触部位还会产生局部应力，严重影响真空玻璃的质量。

综上所述，在真空玻璃的生产中一方面要解决支撑物的高效率排布问题，另一方面还要解决支撑物的材质问题，第三方面还需要解决封边料的布放及封边效率、可靠性问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于解决现有技术存在的上述问题，提供一种支撑物与封接料一次完成的真空玻璃制备方法，该方法包括以下步骤：对玻璃进行预处理，接着在其表面同时布置支撑物和封边料，烘干备用；盖上另一块预处理后的玻璃形成中空层，将组装好的玻璃转入真空加热炉中进行真空热处理，使支撑物和封边料软化，同时实现封边及支撑物与玻璃的连接固定，最后冷却得到真空玻璃。

进一步的，所述支撑物和封边料的材质相同，均为低温玻璃粉。

进一步的，所述低温玻璃粉由钒系玻璃(如v2o5-zno-b2o3-r2o、v2o5-p2o5-cao-r2o、v2o5-p2o5-sb2o3-r2o或v2o5-teo2-sno2-r2o，r为碱金属元素，如na、k，下同)粉碎而成。优选的，该低温玻璃粉的化学组成为：v2o545％～64％，p2o525％～35％，b2o31％～2％，r2o1％～4％，teo23％～5％，其余组分含量为1％～7％，总和100％。该钒系玻璃的转变温度为360-407℃，膨胀系数为(86.5～89.9)×10^-7/℃。

进一步的，所述低温玻璃粉中还掺入了低膨胀微晶玻璃粉，其加入量不超过低温玻璃粉质量的20％。加入低膨胀微晶玻璃粉的主要目的是调节支撑物的膨胀系数。

更进一步的，所述低膨胀微晶玻璃粉具体为锂辉石系玻璃(li2o3％～5％，al2o310％～13％，sio250％～60％，tio21％～2％，b2o31％～2％，r2o2％～3％，总和100％)。

进一步的，玻璃预处理方法具体如下：将玻璃清洗干净，然后置于100℃以上的环境中充分烘干。

进一步的，所述支撑物采用阵列的形式布置在玻璃表面，所述封边料沿玻璃边缘连续布置。支撑物或封边料的布置方式选自喷涂、3d打印、丝网印刷中的至少一种。

进一步的，布置好的支撑物为圆柱状、半球状或多边形状，其宽度(或直径)和高度均为0.2-0.5mm，相邻两个支撑物之间的间隔距离为5-50mm。布置好的封边料宽度为5-50mm。

进一步的，支撑物和封边料布置完后的烘干温度不低于100℃，烘干时间为30-60min。

进一步的，真空加热炉热处理过程具体如下：在真空度不低于10^-1pa的情况下，将组装好的玻璃加热至380-460℃(温度控制在±10℃以内，支撑物和封边料软化温度)，继续抽真空使得炉内真空度不低于10^-3pa并维持0.5～1h，最后自然冷却至室温并向炉内充气至大气压，取出即可。

进一步的，所述真空玻璃为平板真空玻璃或弧弯真空玻璃。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：(1)支撑物和封边料通过印刷、打印或喷涂的方式同时同步排布在玻璃上，有助于后续支撑物与玻璃的固定以及封边同时同步进行，极大地节省了工序和时间，提高了生产效率；(2)支撑物材质与玻璃基本一致且膨胀率灵活可调，降低了其与玻璃接触部位的应力；(3)封边时不存在抽气口，封边质量、可靠性有保证，由此制得的真空玻璃产品隔热、隔音效果好；(4)特别适合制作弧弯造型的真空玻璃，适应性强。

附图说明

图1为本发明实施例1制备的平板真空玻璃的结构示意图；

图2为图1剖视图；

图3为本发明实施例2制备的弧弯真空玻璃剖视图。

其中1-上层玻璃，2-下层玻璃，3-封接料，4-支撑物，5-中空层。

具体实施方式

为使本领域普通技术人员充分理解本发明的技术方案和有益效果，以下结合具体实施例进行进一步说明。

本发明以尺寸为150×70×4的普通浮法玻璃为例组装得到了真空玻璃，同时利用尺寸为20×20×4的真空玻璃样品测试封装玻璃的剪切强度(或玻璃的封装强度)。

实施例1

将普通浮法玻璃用水清洗干净后充分烘干备用。以低温玻璃粉(成分参见前述记载)为原料，通过印刷或打印的方式在其中一片玻璃的表面上同时制作出支撑物和封边料。支撑物形状为圆柱形状，公称直径为0.3mm，高度为0.25或0.20mm，相邻两个支撑物之间的间距为10～20mm，封边料的宽度为5～10mm。布料完成后将玻璃转移至烘箱中于110℃下干燥1h，将另一片预热至同样温度的玻璃盖在布料后的玻璃表面完成组装。

将组装好的两片玻璃转移至真空炉中，抽真空至10^-2pa左右并预热至110℃，继续升温至410℃±10℃并抽真空至10^-4pa，在此条件下维持0.5h。待支撑物和封边料软化完成封接后，停止加热使其自然冷却，向炉内充气至大气压，安全开炉得到平板真空玻璃。该平板真空玻璃的结构如图1-2所示，实验测得封装玻璃的剪切强度为0.22mpa。

实施例2

本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于：真空加热炉升温至410℃±10℃并抽真空至10^-4pa，在此条件下维持1h。实验测得封装玻璃的剪切强度为0.51mpa。

实施例3

本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于：用于制作支撑物和封边料的原料为低温玻璃粉和前述低膨胀微晶玻璃粉的混合物，两者混合质量比为100:3；真空加热炉温度为420℃±10℃，维持真空和保温时间1h。实验测得封装玻璃的剪切强度为0.87mpa。

实施例4

本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于：用于制作支撑物和封边料的原料为低温玻璃粉、前述低膨胀微晶玻璃粉的混合物，两者混合质量比为100:6；真空加热炉温度为440℃±10℃，维持真空和保温时间1h。实验测得封装玻璃的剪切强度为1.35mpa。

实施例5

本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于：用于制作支撑物和封边料的原料为低温玻璃粉、低膨胀微晶玻璃粉的混合物，两者混合质量比为100:8；真空加热炉温度为460℃±10℃，维持真空和保温时间0.5h。实验测得封装玻璃的剪切强度为1.73mpa。

实施例6

本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于：用于制作支撑物和封边料的原料为低温玻璃粉、低膨胀微晶玻璃粉的混合物，两者混合质量比为100:8；真空加热炉温度460℃±10℃，维持真空和保温时间1h。实验测得封装玻璃的剪切强度为2.33mpa。

实施例7

本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于：用于制作支撑物和封边料的原料为低温玻璃粉、低膨胀微晶玻璃粉的混合物，两者混合质量比为100:10；真空加热炉温度460℃±10℃，维持真空和保温时间1h。实验测得封装玻璃的剪切强度为2.32mpa。

实施例8

准备若干块弧面普通浮法玻璃，测得其拱高为5mm，水平尺寸为150×70×4。将弧面玻璃用水清洗干净后充分烘干备用。以低温玻璃粉为原料，通过丝网印刷的方式在其中一片弧面玻璃的表面上同时制作出支撑物和封边料。支撑物形状为圆柱形状，公称直径为0.3mm高度为0.2mm，相邻两个支撑物之间的间距为20mm，封边料的宽度为15mm。布料完成后将弧面玻璃转移至烘箱中于110℃干燥0.5h，将另一片预热至同样温度的弧面玻璃盖在布料后的弧面玻璃表面完成组装。将真空加热炉抽真空至10^-2pa左右并预热至110℃，将组装好的弧面玻璃转移至真空加热炉内升温至410℃±10℃，继续抽真空至10^-4pa并维持0.5h。待支撑物和封边料软化完成封接后，停止加热使其自然冷却至室温，向炉内充气至大气压，安全开炉得到弧面真空玻璃。

实施例9-14

采用与实施例8相同的弧面玻璃，分别参照实施例2-7的工艺制得了6种不同弧面真空玻璃。

将上述各个实施例制得的真空玻璃样品置于沸水中浸泡30-60分钟后取出，待冷却晾干后肉眼观察玻璃内表面，结果发现所有真空玻璃样品内表面均没有水汽印迹，这说明封装可靠性好。