【中玻網(wǎng)】真空玻璃是當今世界節能效果較好的玻璃產(chǎn)品之一。用鋼化玻璃替代普通玻璃制備出的真空玻璃，可有效提高產(chǎn)品的安全可靠性、美觀(guān)性，已經(jīng)成為真空玻璃領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。在眾多研發(fā)單位之中，中國建筑材料科學(xué)研究總院玻璃院近期的的研發(fā)成果十分引人注目，這就是鋼化真空玻璃紅外輻射加熱封接技術(shù)，同時(shí)，它也是第四屆中國玻璃創(chuàng )新推動(dòng)力大獎——科技創(chuàng )新大獎的獲獎項目。

　　這項技術(shù)結合特殊光譜吸收的封接玻璃焊料，可有效降低封接過(guò)程中鋼化玻璃的應力衰退，實(shí)現鋼化真空玻璃的效率高、高質(zhì)封接，目前已經(jīng)具備成套技術(shù)解決方案和工業(yè)化設備，成為鋼化真空玻璃產(chǎn)業(yè)化的較佳途徑。在采訪(fǎng)中，該研發(fā)團隊負責人中國建筑材料科學(xué)研究總院玻璃深加工技術(shù)研究所副所長(cháng)李要輝博士，向記者講述了這項創(chuàng )新技術(shù)的研發(fā)實(shí)踐經(jīng)歷。

　　玻璃封接工藝成打破口

　　對采用鋼化玻璃有助于提高真空玻璃產(chǎn)品性能行業(yè)已經(jīng)達成共識，但按照傳統的真空玻璃封接工藝，當環(huán)境溫度接近或者超過(guò)玻璃的Tg溫度后，其鋼化度將會(huì )快速衰減。這一現象帶來(lái)的后果是，即使利用了鋼化玻璃原片，卻仍得不到真實(shí)的鋼化真空玻璃。由此，李要輝認定，要從根本上解決高溫封接與鋼化應力衰減之間的矛盾，必須把玻璃封接工藝作為打破口。

　　“我們研發(fā)的這項技術(shù)原理有點(diǎn)類(lèi)似于微波爐的工作原理?！崩钜x笑說(shuō)，“我們試圖利用特定能量波段的光輻射加熱爐，使玻璃封接焊料在短時(shí)間內先于鋼化玻璃達到設定溫度，實(shí)現焊接料的熔融、流動(dòng)、致密封接。而平板玻璃由于避開(kāi)了主能量波段的吸收，玻璃基體的溫度升高有限，可以避免鋼化玻璃過(guò)度升溫引起應力衰退?！?/p>

　　基于這一想法，李要輝及其團隊進(jìn)行了一番工藝設計：由于平板玻璃在波長(cháng)小于5μm的紅外波段具有較高的透過(guò)率，所以采用紅外熱源的主能量波段主要集中在近、中紅外波段（主能量波長(cháng)小于5μm）；封接介質(zhì)為具有特征紅外吸收特性的低溫封接玻璃粉或漿料，為了實(shí)現紅外輻射加熱時(shí)封接料的快速吸熱升溫并熔融封接，其在波長(cháng)小于5μm的紅外波段具有較強的吸收效果。

　　實(shí)驗數據表明，利用紅外輻射加熱結合特征紅外吸收封接焊料，加熱過(guò)程中鋼化玻璃溫度和封接料的溫度差值在30℃左右，且低熔點(diǎn)封接焊料的升溫速率較快，可以在短時(shí)間內達到預定封接溫度，可以有效縮短基板玻璃在高溫封接溫度段的保持時(shí)間，這無(wú)疑對實(shí)現封接過(guò)程鋼化應力的維持具有重要意義。

　　“得益于紅外加熱的超效率高率和非常高靈敏度，這項技術(shù)在保證封接質(zhì)量的前提下，可以大大縮短整個(gè)封接工藝的周期，30分鐘基本可以實(shí)現整個(gè)升降溫過(guò)程，生產(chǎn)環(huán)節效率高、能耗小，可以有效降低鋼化真空玻璃的制備成本?！崩钜x說(shuō)。

　　新材料和新設備促封接技術(shù)落地

　　在上述原理獲得驗證基礎上，紅外吸收封接焊料的無(wú)鉛化也是研發(fā)團隊所認定必須解決的技術(shù)難題。

　　據李要輝介紹，雖然500℃左右的無(wú)鉛封接焊料已經(jīng)是相當成熟的產(chǎn)品，但可用于真空玻璃封接的并不多見(jiàn)，能用于鋼化真空玻璃紅外輻射加熱封接的無(wú)鉛玻璃焊料更是尚屬空白。

　　鑒于此，建材總院在多年無(wú)鉛低溫玻璃研究基礎上，加快了真空玻璃用無(wú)鉛低溫焊料的研發(fā)進(jìn)程，尤其針對紅外輻射加熱用具有光譜選擇性吸收的無(wú)鉛玻璃焊料，進(jìn)行了一系列的實(shí)驗制備和性能測試，較終取得了技術(shù)上的打破，獲得了階段性的成功。

　　“經(jīng)考核，這種低溫無(wú)鉛玻璃焊料的封接溫度、膨脹系數、密封性、粘接強度等參數都能符合真空玻璃要求，我們也探索出了適合鋼化真空玻璃生產(chǎn)線(xiàn)量產(chǎn)的無(wú)鉛封接工藝?！崩钜x表示，在上述材料和工藝技術(shù)相繼成熟和獲得授權保護基礎上，近期已實(shí)現了無(wú)鉛低溫封接玻璃材料的系列化設計、批量化生產(chǎn)、標準化定型，可以滿(mǎn)足400~500℃熔封溫度區間、70~120×10-7/k膨脹系數調整、粉體/漿料/預制件多種形式的制品和應用需求。

　　根據紅外輻射加熱的技術(shù)原理，以及無(wú)鉛吸紅外封接玻璃焊料的光學(xué)特性，建材總院提出了全新的鋼化真空玻璃封接工藝，其紅外熱源可以整體覆蓋鋼化玻璃進(jìn)行輻射加熱，也可以針對封接區域進(jìn)行局部輻射加熱（局部輻射光源方式不限），但要求在封接區域及周邊2~5cm區域內輻照強度分布均勻。

　　經(jīng)過(guò)３年多工藝試驗及裝備開(kāi)發(fā)，逐步優(yōu)化封接玻璃焊料紅外吸收特性設計和紅外輻射加熱技術(shù)的原理驗證，研發(fā)團隊相繼完成了300×300mm全鋼化真空玻璃封接爐原理驗證樣機的制備；700×1000mm單體封接爐研制、放大工藝試驗和樣品制備；以及1000×2000mm靠前代鋼化真空玻璃紅外快速封接線(xiàn)的建造。

　　期間，李要輝所帶領(lǐng)的團隊深入開(kāi)展了基于光輻射加熱技術(shù)的快速封邊技術(shù)研究，取得了完整的關(guān)鍵技術(shù)參數與工藝數據，真實(shí)實(shí)現了無(wú)鉛低溫封接玻璃粉、封接裝備及封接工藝集成化技術(shù)體系建立。

　　“以上技術(shù)與裝備，創(chuàng )新了一條鋼化真空玻璃工業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)路線(xiàn)，非常大程度地縮短了鋼化玻璃被加熱的時(shí)間，降低了焊接時(shí)玻璃的溫度，可以使鋼化玻璃保留初始強度的85%以上，滿(mǎn)足建筑使用的強度和安全要求?！崩钜x說(shuō)。

　　經(jīng)調試、運行、驗收的靠前條自動(dòng)化連續鋼化玻璃封接設備，實(shí)現了含鉛/無(wú)鉛封接玻璃焊料+離線(xiàn)/在線(xiàn)Low-E玻璃型真空玻璃的批量制備，達到了6分鐘/片的高速制備效率。在超低熔點(diǎn)的無(wú)鉛焊接玻璃未能實(shí)現低成本、批量制備前，這可能是解決無(wú)鉛鋼化真空玻璃工業(yè)化生產(chǎn)的途徑。

　　創(chuàng )造性提出柔性支撐方案

　　除封接這一關(guān)鍵問(wèn)題之外，支撐物的有效支撐也成為李要輝研究團對要點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題，也是其下一步繼續研究的方向所在。

　　“這是因為，支撐物在真空玻璃制造和使用過(guò)程中始終扮演較重要的角色。支撐物材料、布放及有效支撐直接決定著(zhù)真空玻璃的性能，支撐效果和質(zhì)量直接影響真空玻璃的使用承載能力和壽命?！?/p>

　　目前，業(yè)內多用定厚的金屬圓環(huán)、圓片或者圓球支撐物，以及鋼化釉料點(diǎn)狀支撐結構，均無(wú)法與鋼化玻璃的平整度進(jìn)行有效合理匹配。為此，建材總院提出了柔性支撐或者自適應型支撐方案，即以新型的柔性、熱變形材料為依托，研制膨脹系數合適、彈性模量適中、熱變形可調的支撐體系。

　　項目組通過(guò)支撐物的預制、預燒后，在封接時(shí)可根據上下鋼化玻璃原片的平整度，即空腔間隙厚度，在一定的溫度下實(shí)現支撐物厚度、形狀以及接觸微結構的自動(dòng)調整，隨著(zhù)溫度的降低固化支撐狀態(tài)，達到較終的有效支撐。為此，對該支撐材料的熱學(xué)、力學(xué)（熱變形）特征做了精細研究，并對該材料的燒結、軟化、熔化以及流動(dòng)性、浸潤性等進(jìn)行了大量的試驗摸索。

　　通過(guò)對不同玻璃陶瓷基支撐材料熱膨脹系數、熱變形溫度的篩選，可以實(shí)現其在400~450℃溫度范圍內的一定軟化度，即可以在邊部夾持、負壓、配重等情況下，根據其與鋼化玻璃表面的接觸和擠壓情況，進(jìn)行形狀的改變。

　　在上述材料及理念的指導下，建材總院開(kāi)展了新型支撐體系的快速布置技術(shù)研究，由于支撐材料及結構的自調整特性，對支撐物自身原始的尺寸精度要求大大降低，故絲網(wǎng)印刷技術(shù)、3D打印技術(shù)、點(diǎn)膠技術(shù)均可在真空玻璃支撐物設計和效率高布置中得到廣泛的應用。建材總院開(kāi)發(fā)的支撐物介質(zhì)漿料和支撐物點(diǎn)膠印刷樣品已經(jīng)得到了驗證應用，經(jīng)過(guò)后續的產(chǎn)品系列化完善以及專(zhuān)項使用設備的開(kāi)發(fā)，將會(huì )為高品質(zhì)鋼化真空玻璃的研制提供強大的優(yōu)化解決方案。