顺盈线路测速本文回顾了真空中空玻璃 (VIG) 的历史和现状，并讨论了该技术未来的可能性。

　　真空中空玻璃 (VIG)，如图 1 所示，只是传统的中空玻璃 (IG)，在两块玻璃板之间有一个真空空间。

　　VIG 使用与杜瓦瓶相同的原理实现高水平的隔热——真空消除了两块玻璃板之间由于气体传导和对流引起的热传递，辐射热传递通过一或两个内部透明低发射涂层。

　　一系列支撑柱，用于在大气压力（10 吨/平方米）的巨大作用力下保持玻璃板的分离；

　　在通过柱子的热流与由于大气压力导致的柱子附近的玻璃板中的机械应力之间的可接受的设计折衷。VIG 概念提供了几个重要的有吸引力的可能性：

　　由于气体通过密封边缘密封，VIG 在现场应表现出可忽略不计的退化。因此，VIG 有可能在实际安装中实现非常高的可靠性。

　　在杜瓦瓶发明仅 20 年后，Zoller 在 1913 年的德国专利中首次描述了 VIG 的概念。

　　该专利要求保护具有多个玻璃板的结构，以及由“玻璃板上的肋、凹槽、棱镜、凸出物、由绝热材料制成的球体或块，以及以一定角度交叉的线支撑”组成的内部支撑结构。

　　在接下来的 75 年中，人们进行了许多尝试来发展这一概念，几乎所有这些尝试都仅在专利文献中发表 。这些专利中的权利要求涉及 VIG 设计和制造的许多方面，包括：

　　尽管进行了数十年的大量工作，但直到 1989 年才制造出第一个实用的 VIG 隔热样品 。这是在作者监督的斯蒂芬罗宾逊 1988 年在悉尼大学物理学院的一个高级本科项目之后的工作中实现的。这些第一个实验样品是使用两个加热步骤制成的，如图 2 所示。

　　在第一步中，通过在高于约 450°C 的温度下熔化焊料玻璃，在玻璃板之间形成刚性边缘密封。在此步骤中，焊料玻璃也被熔化以形成支撑柱，并将一个小的平面内泵出管密封到玻璃板的边缘。冷却后，将样品从泵出管中悬浮并抽空。然后，在第二次加热步骤中，样品的内表面在低得多的温度下脱气。

　　冷却至室温后，将泵出管熔化并密封。使用基本的保护热板设备证明了绝热真空的存在。

　　这一成就激发了悉尼大学对 VIG 的广泛研究和开发计划，涉及数名工作人员和许多学生。在这个持续到今天的计划中，制作了 1000 多个最大尺寸为 1 mx 1 m 的实验室 VIG 样品，玻璃中心的 U 值低至 0.8 W m-2 K-1。该计划开发的 VIG 科技创新在许多论文和专利中得到了报道。

　　使用杯子抽空和密封样品的程序，该杯子用 O 形圈密封到泵出管周围的一块玻璃板的表面（图 3）。

　　确定由于大气压力和温度差异引起的玻璃板应力的性质和大小，并对这些数据进行实验验证 ；

　　由于通过支撑柱的热传导、气体传导、辐射和边缘效应 计算通过 VIG 的热流的方法的开发和验证；

　　设计柱阵列的程序，量化通过柱的热流与由于大气压力引起的柱附近玻璃板中的应力之间的权衡;

　　证明通过小的泵出管或孔抽空 VIG 内部体积所需的时间不必成为生产过程中的限制因素 。

　　一种小面积 (~1 cm2) 防护热板 (GHP) 设备，用于对不同相关过程引起的单独热流进行准确和绝对的室温测量 ；

　　长期和加速老化测量，确定了可能导致真空退化的物理过程和气体种类，并使真空退化率与制造程序相关；

　　在相对较低的应力下测量玻璃中裂纹生长的极慢速率，从而确认存在这种生长的亚临界极限 ；

　　开发和验证计算表面之间的辐射热流的方法，其中包含发射度对角度和波长的依赖性 。

　　从一开始，悉尼大学就认为它没有能力或资源将 VIG 商业化，无论是在内部还是通过分拆实体。因此，该大学的 VIG 研究计划旨在了解相关科学和技术，并开发对潜在商业合作伙伴有用的生产兼容设计和制造工艺。该大学还为相关创新概念寻求专利保护。

　　事实证明，寻找商业合作伙伴非常具有挑战性，原因有很多。目前尚不清楚制造高绝缘 VIG 的几个必要程序是否可以在生产环境中实现。

　　此外，由于 VIG 概念是之前几次不成功的开发尝试的主题，许多人认为这种新方法也不太可能成功。同样重要的是，很明显，商业 VIG 技术的开发成本很高，而且制造工厂需要大量的资本投资。简而言之，VIG的商业化似乎是一项高成本和高风险的企业。

　　1993 年，日本的 Nippon Sheet Glass Group (NSG) 首次对悉尼大学的 VIG 技术产生了浓厚的行业兴趣。大约在那个时候，NSG 建筑玻璃研发部总监 Hideo Kawahara 正在考虑为日本改造市场开发薄的、中等绝缘的玻璃。VIG 概念与该倡议直接相关。1994 年，大学和 NSG 签订了许可和合作研究协议，旨在开发商业 VIG 产品。

　　这种商业 VIG 发展发生在大学对许多相关技术问题的理解相当不完整的时候。因此，与产品的设计和制造方法有关的几个关键决定是在非常有限的信息的基础上做出的。

　　此类别中的重要事项包括柱阵列的尺寸，特别是柱分离，以及实现稳定内部真空所需的烘烤水平。之所以决定开发批量制造过程，而不是连续制造过程，是因为它提供了更大的灵活性来实施由于这些不确定性而需要的任何更改。

　　经过一段密集的技术转让和协作工作，NSG 在其京都制造工厂建立了一条 VIG 试验生产线。初始制造过程的大部分后组装部分都以大学开发的实验室程序为模型。

　　该过程涉及两个单独的加热步骤（图 2），样品被抽空并使用一个杯密封，该杯用 O 形环密封在泵出管周围（图 3）。该工艺还采用了复杂的玻璃处理技术，以及 NSG 专门为此应用开发的创新立柱放置技术。

　　第一个商业 VIG 产品 Spacia 由 NSG 于 1996 年推出。紧随其后的是京都生产线的产能扩张。不久之后，NSG 在东京附近的龙崎建立了第二个专门建造的 VIG 制造厂。

　　在接下来的几年中，NSG 产品的设计及其制造方法发生了重大变化。一些改变是为了提高制造过程的产量，这通常发生在任何新生产技术的早期阶段。

　　一些变化是重大的，是早期对重要技术问题理解有限的直接结果。在某一阶段，对生产过程的整个后组装部分进行了重新设计和改造，将过程中的加热步骤数量从两个减少到一个（图 4）。

　　通过使用可拆卸的全金属抽线）在泵出管周围制造高温真空密封的方法，这成为可能。虽然非常昂贵且耗时，但这些变化通过将组装后的制造时间减半并显着简化制造过程，极大地提高了技术的可行性。

　　这种商业发展的一个特点是 NSG 与大学之间互动的有效性。合作双方对产生的信息和需要解决的问题完全开放。该大学的研究计划继续提供与 NSG 产品开发相关的新信息。

　　大学的大部分工作都是由生产过程中出现的问题激发的。就 NSG 而言，即使出现了需要对生产流程进行重大更改的重大技术挑战，它也坚定不移地决心使项目取得成功。

　　事后看来，NSG将VIG产品商业化的决定必须被认为是非常勇敢的。NSG 致力于实现这一目标时，许多其他公司认为 VIG 概念的商业开发风险太大且成本太高。

　　事实证明，所涉及的成本比最初预期的要大得多，技术挑战也大得多。尽管担心这家企业的生存能力，NSG 还是选择解决这些问题，并且随着时间的推移，这项技术已成为该公司的优质产品之一。

　　VIG 的技术和商业可行性的证明刺激了其他几个组织开始 VIG 的工作，从而产生了许多出版物和专利。

　　过去 16 年是 VIG 技术整合的时期。NSG 制造了数百万台 VIG 装置，并在多种类型的建筑中表现出出色的可靠性。其他学术机构、政府实验室和其他公司已进行了几项重大研究。其他制造商生产的 VIG 产品已上市或正在开发中。已获得大量相关出版物和专利。

　　目前市售的使用退火玻璃的 VIG 在 10 mm 厚的结构中可具有低至 0.6 W m-2 K-1 的玻璃中心 U 值。VIG 也用于混合玻璃和层压组件。国际标准组织 (ISO) 正在为此技术制定标准。

　　这项工作由 ISO 技术委员会 160 第 1 分委员会的第 10 工作组（建筑中的玻璃 - 产品考虑因素 - 真空玻璃）承担。VIG 隔热性能测量标准草案的第 1 部分正在制定中的批准。第 2 部分的工作已经开始，与 VIG 中的温度诱导效应有关。

　　尽管 VIG 现在是一项成熟的技术，但在其设计、制造和营销的许多方面仍有相当大的发展空间。下面列出了其中的几个。目前正在积极开发或考虑的那些用星号 (*) 表示。

　　采用钢化玻璃* 制成的 VIG 具有更高隔热水平和更广泛应用领域的前景。这种设计方法的主要挑战是开发相对低温的边缘密封。需要适应钢化玻璃板的平面度偏差，以使由于大气压力引起的机械负载均匀地分布在支柱上。

　　创新的支柱设计也可能提高性能，包括由隔热材料*、高强度材料*制成的支柱，以及通过熔化玻璃板上的小区域*。正在开发具有低摩擦轴承表面*和不同几何形状*的支柱，以促进玻璃板的少量相对横向移动。

　　可能会增加当前具有退火玻璃的 VIG 中的支柱分离*，从而提高隔热性，

　　具有柔性边缘密封*的 VIG 在温差下会承受非常低的应力和弯曲。然而，在这样的设计中，柱子必须在玻璃上反复滑动。由于支柱附近玻璃板的高应力，作者认为这种类型的边缘密封不太可能被证明是可行的。

　　制作边缘密封有许多替代可能性，包括低温焊料玻璃*、无铅焊料玻璃*和金属*。目前所有可用的聚合物材料对于该应用来说都过于渗透。在作者看来，这不太可能改变。

　　VIG 生产技术已被充分了解，现在可以实施连续制造过程*。虽然相对资本密集，但这种方法可以制造更多的 VIG，这可能会导致产品成本显着降低。

　　原则上，可以在高度抽空的空间内形成 VIG 中的边缘密封，从而无需泵出端口。这种方法的挑战包括熔融焊料玻璃的起泡、密封后热内表面脱气导致的真空退化，以及避免玻璃板在边缘区域的弯曲。

　　VIG 的历史对于技术发展来说是非常不寻常的。从最初描述该概念的专利到其在实验室中首次实现之间有一个非常长的时期（75 年）。随后进行了相对较短的研究、开发和技术转让（8 年），从而推出了第一个商业 VIG 产品。

　　在随后的 20 年中，该技术的发展仍在继续，尽管目前大多数可用的产品与早期的商业设计有很多共同之处。此外，虽然VIG的销售额稳步增长，产品在实际安装中表现出高可靠性，但目前只有少数制造商活跃于该领域。

　　NSG 正在完成其 VIG 制造能力的重大扩展。此外，目前人们对该技术的兴趣很高，无论是在研究层面，还是在其他制造商的产品开发计划中。

　　因此，预计未来几年将有更多的制造商进入 VIG 市场并大幅增加销量是不无道理的。如果发生这种情况，使用不同工艺制造的新的且性能可能更好的 VIG 产品将可用，并且 VIG 的成本将降低。

　　VIG 制造设施的资本投资将始终大于具有可比能力的传统 IG 工厂。因此，VIG 的单位面积成本总是可能高于传统 IG。然而，在大批量制造中，材料成本应该占主导地位，两种技术之间的成本差异不一定很大。

　　VIG 实现高水平隔热的能力、密封边缘密封提供的高可靠性以及非常小的结构厚度，可能使 VIG 技术成为高性能隔热玻璃市场上越来越有吸引力的选择。