一种全钢化态真空玻璃及其制备方法
阅读说明：本技术 一种全钢化态真空玻璃及其制备方法 (All-tempered vacuum glass and preparation method thereof ) 是由 蔡邦辉 刘勇江 龚有来 王国焦 鲜华 于 2021-09-27 设计创作，主要内容包括：本发明涉及真空玻璃领域,公开了一种全钢化态真空玻璃,包括两块玻璃板,两块玻璃板之间设置有封接结构,玻璃板与封接结构之间围成真空腔,玻璃板的内侧面设置有盲孔,全钢化态真空玻璃的钢化应力值≥90MPa。全钢化态真空玻璃的制备方法,包括S1,玻璃板预处理：盲孔加工、金属浆料的涂覆与固化；S2,物理钢化：采用整体加热方式对玻璃板及金属浆料进行烧结；S3,支撑物及焊料的布放；S4,在盲孔内放置吸气剂；S5,合片及封接：将两块玻璃板送入真空腔合片后进行等离子轰击处理；S6,二次封接后激活吸气剂即得全钢化态真空玻璃。本发明解决了真空玻璃预留抽气孔或封接后再在封接区域进行制孔抽真空导致的封接强度下降及存在漏气隐患的问题。(The invention relates to the field of vacuum glass, and discloses all-tempered vacuum glass which comprises two glass plates, wherein a sealing structure is arranged between the two glass plates, a vacuum cavity is enclosed between the glass plates and the sealing structure, a blind hole is formed in the inner side surface of each glass plate, and the tempering stress value of the all-tempered vacuum glass is more than or equal to 90 MPa. The preparation method of the fully tempered vacuum glass comprises the steps of S1, glass plate pretreatment: blind hole processing, coating and curing of metal slurry; s2, physical tempering: sintering the glass plate and the metal slurry in an integral heating mode; s3, laying the support and the solder; s4, placing getters in the blind holes; s5, sheet combination and sealing: conveying the two glass plates into a vacuum cavity for laminating and then carrying out plasma bombardment treatment; and S6, activating the getter after secondary sealing to obtain the fully tempered vacuum glass. The invention solves the problems of reduced sealing strength and hidden air leakage caused by reserving an air suction hole in vacuum glass or drilling and vacuumizing a sealing area after sealing.)
技术领域
本发明涉及真空玻璃领域，具体涉及一种全钢化态真空玻璃及其制备方法。
背景技术
真空玻璃是将两片平板玻璃四周密封起来，将其间隙抽成真空的玻璃。真空玻璃是一种新型玻璃深加工产品，也是一种透明、节能的绿色建筑材料，它综合了镀膜玻璃、中空玻璃的技术优势，在保温隔热、防结露、隔声、抗风压等方面性能优越。
目前，真空玻璃的加工过程通常是在两片或多片玻璃板(钢化玻璃)的四周涂覆金属浆料层，而后采用局部加热的形式进行烧结，在烧结后进行合片焊接而成。合片后会在两块玻璃板之间形成0.3mm～0.4mm的真空层，通过在两块玻璃板之间阵列布置金属支撑物，以抵消大气压强，并在其中一块玻璃上预留抽气口，以便于对真空层进行抽气形成真空；或在封接区域进行制孔抽真空。但是上述的真空玻璃的加工过程存在如下的问题：一、金属浆料涂覆后，由于采用的是局部烧结的方式，增加了玻璃局部应力变化的过程，进而增加了玻璃因应力变化产生暗崩与破裂的几率，降低了制造过程的良率；二、真空玻璃预留抽气孔或封接后再在封接区域进行制孔抽真空，均会造成产品结构上封接强度(比如外力造成玻璃应力的释放)的二次破坏以及再次加工增加产品的制程损耗；三、真空玻璃预留抽气孔或封接后再在封接区域进行制孔抽真空，对保护真空玻璃腔内的真空度形成天然的漏气孔隐患。
发明内容
本发明意在提供一种全钢化态真空玻璃及其制备方法，以解决现有技术中真空玻璃封接后为了消除气体残留，在封接区域进行制孔抽真空导致的封接强度下降及存在漏气隐患的问题。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种全钢化态真空玻璃，包括至少两块玻璃板，玻璃板为无孔整片式玻璃，至少两块玻璃板之间设置有封接结构，玻璃板与封接结构之间围成真空腔，玻璃板的内侧面设置有盲孔，全钢化态真空玻璃的钢化应力值≥90MPa。
本技术方案还提供一种全钢化态真空玻璃的制备方法，包括如下步骤：
S1，玻璃板预处理：
(1)盲孔加工，在其中一块玻璃板上预制盲孔；
(2)金属浆料的涂覆与固化，在玻璃板的待封接区域涂覆金属浆料并固化，金属浆料与盲孔位于玻璃板的同侧；
S2，物理钢化：采用整体加热方式对玻璃板及金属浆料进行烧结；
S3，支撑物及焊料的布放：在预制盲孔的玻璃板上固定支撑物并布放合金焊料，合金焊料的厚度大于支撑物的高度；
S4，在盲孔内放置吸气剂；
S5，合片及封接：将两块玻璃板送入真空腔合片后进行等离子轰击处理，而后对布放合金焊料处进行封接；
S6，二次封接：在合金焊料外围涂胶进行二次封接，而后激活吸气剂即得全钢化态真空玻璃。
本方案的原理及优点是：本技术方案中的全钢化态真空玻璃，在玻璃板上预制盲孔，在盲孔内放置吸气剂，在封接后激活吸气剂即可消除真空腔内残留的氢氧类气体，不需要通过预留抽气孔或者在封接后再在封接区域进行制孔抽真空，保证了玻璃板的完整性，一方面能够保证封接强度；另一方面也规避了抽气孔漏气的隐患问题。
本技术方案中的全钢化太真空玻璃在制备过程中，采用的是未穿孔的完整玻璃板进行加工，且在焊料布放前，通过整体加热的方式实现玻璃板的物理钢化，一方面能够避免因局部加热造成玻璃板出现应力的变化，另一方面也能够实现金属浆料与玻璃板面的烧结。在合片后，用等离子进行清洗和除气，去除玻璃表面的油污等杂物和吸附的多层气体分子，保证后期的封接效果，且能够降低真空腔内残余的气体量。在封接时，首先采用的是金属浆料与合金焊料协同使用的形式，相较于直接利用合金焊料而言降低了近60％的使用量，进而降低了60％的焊料成本；此外，通过两层金属浆料与合金焊料协同封接的形式，在封接时，降低了封接的温度，因封接温度降低，降低了玻璃退火过程中应力的变化程度，减少了金属层撕膜及玻璃板自破的不良现象；再者，本技术方案在焊料封接后，利用外围涂胶实现二次封接，实现了真空度的双重保护，能够增强封接强度，延长真空玻璃的使用寿命，且真空玻璃的外围涂胶也起到柔性保护的作用，提高了对抗外部冲击的强度，降低了玻璃在温度变化过程中应力释放的伸展性，规避了真空玻璃的自爆风险。封接完成后，只需要激活盲孔内的吸气剂，规避了抽气孔漏气的隐患问题。
优选的，作为一种改进，封接结构包括金属化层和外封胶，外封胶设置在金属化层远离真空腔的一侧。
本技术方案中，利用外封胶实现真空玻璃的二次封接，实现了真空度的双重保护，能够增强封接强度，延长真空玻璃的使用寿命；此外，真空玻璃的外围涂胶也起到柔性保护的作用，提高了对抗外部冲击的强度，降低了玻璃在温度变化过程中应力释放的伸展性，规避了真空玻璃的自爆风险。
优选的，作为一种改进，金属化层设置在玻璃板的边缘区域内，且金属化层的外边缘与玻璃板的外边缘之间的距离为1.5-4mm。
本技术方案中，不同于现有技术中的将金属化层设置在玻璃板的四周紧邻边缘区域，而是将金属化层与玻璃板的外边缘预留1.5-4mm的距离，在烧结及合片后，金属化层不会外溢至玻璃板的外部，不仅能够保证真空玻璃外观整洁美观；而且不需要在后期进行深加工磨削，避免玻璃表面层出现破损，避免在后期在加热升温时因玻璃应力的变化，造成玻璃板的边部破裂、崩口、脱膜等问题。
优选的，作为一种改进，金属化层包括设置在玻璃板内侧面上的金属浆料和设置在两层金属浆料之间的焊料。
本技术方案中，通过将金属化层设置为两层金属浆料与焊料结合的形式，相较于直接利用焊料而言降低了近60％的使用量，进而降低了60％的焊料成本；此外，通过两层金属浆料与焊料协同封接的形式，在封接时，降低了封接的温度，因封接温度降低，降低了玻璃退火过程中应力的变化程度，减少了金属层撕膜及玻璃板自破的不良现象。
优选的，作为一种改进，盲孔设置在玻璃板两侧边等距离在15-25mm范围的区域内，盲孔的直径为8-16mm，盲孔的深度为玻璃板厚度的20-33％。
本技术方案中，通过将盲孔设置位置以及孔径、深度的优化，可尽可能的降低盲孔对玻璃板钢化后应力的影响，能够保证盲孔的加工对玻璃的封接强度以及抗冲击强度基本不会造成影响，结构设计合理。
优选的，作为一种改进，真空腔内设置有若干支撑柱。
本技术方案中，真空腔内的支撑柱对玻璃板起到支撑固定的作用，能够缓冲分散部分真空压力，保证真空玻璃的两片玻璃板的稳定性。
优选的，作为一种改进，S1中，固化方式为红外或热风处理，处理温度为120-200℃，处理时间为5-10min。
本技术方案中，在对金属浆料进行固化时，其方式可为红外加热或热风加热，实际使用时灵活选择即可，上述的处理温度以及时间为最佳的固化条件，温度相对低，在保证有效固化的同时，基本不会对玻璃性能造成不利影响。
优选的，作为一种改进，S1中，金属浆料包括Ag 65-80％、Si 2-8％、合成树脂5-15％、溶剂15-25％，金属浆料的涂覆宽度为6-14mm，金属浆料的涂覆厚度为0.010-0.046mm。
本技术方案中，金属浆料中的树脂能够将Ag与Si更好的粘合在一起，提高附着的粘稠剂，而溶剂能够将Ag、Si及树脂等成分均匀的悬浮，避免出现沉淀，且利于消泡，利于涂覆的均匀性。上述的金属浆料的涂覆宽度以及涂覆厚度为经过试验验证的最优范围，能够保证封接效果。
优选的，作为一种改进，S2中，烧结温度为660℃-720℃，烧结时间为2-7min。
本技术方案中，烧结温度对金属浆料在玻璃板上涂覆后的附着力有较大的影响，烧结温度过高或过低都会使附着力下降，从而造成封接不良。此外，该烧结温度范围为结合了玻璃本身退火点与金属浆料附着力考虑的最佳的温度范围。
优选的，作为一种改进，S3中，合金焊料的两侧边与金属浆料两侧边之间的距离≥0.5mm。
本技术方案中，通过在合金焊料的侧边与金属浆料的侧边之间设置至少0.5mm的余量，能够防止焊料溢出在玻璃板面上形成固状的金属蒂结。
优选的，作为一种改进，S3中，合金焊料布放方式为单条布放或多条平行布放，多条平行布放时，相邻两条合金焊料之间设置有间隙。
本技术方案中，实际加工过程中，如果真空玻璃尺寸较小，可采用单条合金焊料进行布放，经封接密闭后可有效保护真空腔内的真空度；如果真空玻璃尺寸较大，则可采用双条/多条平行布放，再经封接后形成了两个/多个密闭带，实现多重封接，保证封接密闭的效果。
优选的，作为一种改进，S3中，支撑物设置有若干，且相邻支撑物的间距为30-80mm。
本技术方案中，通过将支撑物设置成若干个，能够实现分散受力，保证玻璃板各部位受力均匀，上述的支撑物的间距为较合适的间距布置。
优选的，作为一种改进，S4中，真空腔的真空度为10-2-10-5Pa。
本技术方案中，真空腔内的真空度低于标准值，会形成无效真空状态，影响隔热效果；真空度高于该标准值，会导致玻璃受外压力增大，易造成破碎。
优选的，作为一种改进，S5中，在封接前进行加热处理，加热方式为红外加热、感应加热、热传导加热或激光加热，加热温度为100-250℃。
本技术方案中，通过在封接前对整版玻璃进行加热处理，可在封接前获得更佳的除气效果，加热的方式可以根据实际需要灵活选择。
附图说明
图1为本发明实施例一中全钢化态真空玻璃的主视纵剖图。
图2为图1中A1处的放大图。
图3为玻璃板及封接结构的俯视图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式进一步详细说明：
说明书附图中的附图标记包括：玻璃板1、真空腔2、盲孔3、支撑柱4、金属化层5、金属浆料层51、合金焊料52、外封胶6。
实施例一
本实施例基本如图1-3所示，一种全钢化态真空玻璃，包括两块玻璃板1，两块玻璃板1之间设置有封接结构，玻璃板1与封接结构之间围成真空腔2。
其中一块玻璃板1的内侧面上设置有盲孔3，盲孔3设置在玻璃板1两侧边等距离在15-25mm范围的区域内，盲孔3的直径为12mm，盲孔3的深度为玻璃板1厚度的30％，盲孔3内放置有吸气剂(图中未示出)。真空腔2内设置有若干支撑柱4，相邻支撑柱4之间的间距为50mm，支撑柱4的两端分别与两块玻璃板1相抵。
封接结构设置在两块玻璃板1的四周靠近边缘区域内，封接结构包括金属化层5和外封胶6。结合图2、图3所示，金属化层5包括分别烧结固定在玻璃板1内侧面上的金属浆料层51和设置在两个金属浆料层51之间的柔性合金焊料52，金属浆料层51的宽度为12mm，金属浆料层51的厚度为0.03mm，金属浆料层51的外边缘与玻璃板1的外边缘之间的距离为2mm。外封胶6设置在金属化层5的外部，本实施例中的外封胶6为UV胶，UV胶粘接在两块玻璃板1之间。本技术方案的全钢化态真空玻璃的钢化应力值≥90MPa。
一种全钢化态玻璃的制备方法，包括如下步骤：
S1，玻璃板预处理：包括在玻璃板上预制盲孔以及金属浆料的涂覆与固化，玻璃板包括玻璃板A和玻璃板B，
(1)盲孔加工，在玻璃板B上预制圆形的盲孔，盲孔设置在距玻璃板B板面两直边等距离在20mm范围内，盲孔直径为12mm，盲孔深度为玻璃板厚度的30％。
(2)金属浆料的涂覆与固化，在玻璃板A以及玻璃板B的四周外围区域内涂覆金属浆料，金属浆料涂覆次数为2次，金属浆料的涂覆宽度为在12mm，金属浆料的涂覆厚度为0.03mm，金属浆料的外边缘距离玻璃板外边缘的距离为2mm；其中玻璃板B的金属浆料与盲孔设置在同侧；本实施例中的金属浆料包括Ag 65-80％、Si 2-8％、合成树脂5-15％、溶剂15-25％。
金属浆料涂覆后，利用红外加热固化，加热温度为180℃，加热时间为5min；选用300目网纱，运用机械自动化及手动进行定位印刷。
S2，物理钢化：采用整体加热方式对玻璃板及金属浆料进行烧结，烧结温度为660℃，烧结时间为5min。
S3，支撑物及焊料的布放：在玻璃板B上固定支撑物并布放合金焊料；
在真空腔内布置支撑物，本实施例中的支撑物为支撑柱，支撑柱设置有若干个，且相邻支撑柱的间距为50mm，支撑柱的两端分别与玻璃板A和玻璃板B相抵。
将合金焊料布放在金属浆料涂覆区域上，合金焊料的两侧边与金属浆料两侧边之间的距离≥0.5mm，防止焊料溢出在玻璃板面上形成固状的金属蒂结。本实施例中的合金焊料为柔性焊料，具体为带状或丝状的锡或锡基合金；如果真空玻璃尺寸较小，可采用单条合金焊料进行布放，经封接密闭后可有效保护真空腔内的真空度；如果真空玻璃尺寸较大，则可采用双条/多条平行布放，再经封接后形成了两个/多个密闭带，实现多重封接；合金焊料的厚度大于支撑物的高度。
S4，在盲孔内放置吸气剂，吸气剂为固体状的圆柱体，吸气剂的直径为10mm，吸气剂的厚度为1.0mm。
S5，合片及封接：将两块玻璃板送入真空腔整齐合片，在真空环境下，对下玻璃上表面和上玻璃下表面进行等离子轰击处理。而后将其送入真空工艺腔内，加热对边缘布放合金焊料处进行封接。真空工艺腔的真空度为10-2-10-5Pa，加热温度为150℃，加热方式为红外加热。对整板玻璃板加热，可在封接前获得更佳的除气效果。
S6，二次封接：在完成S5后，流出真空工艺腔，对玻璃进行出腔后的退火冷却。而后，在合金焊料的外围，利用紫外UV胶对真空玻璃的四周边凹槽部位进行涂覆，实现二次封接，而后利用紫外光或加热的方式激活吸气剂即得全钢化态真空玻璃。
实施例二
本实施例与实施例一的不同之处在于：本实施例中，在玻璃板A/B上对应面进行金属浆料的涂覆与固化、焊料浆料的涂覆与固化，采用两种不同成份的浆料进行。从而减去在合金浆料涂覆区域上布固态焊带的工序。
在玻璃板A以及玻璃板B的四周外围区域内涂覆金属浆料1次，而后在金属浆料的涂覆区域内涂覆一层焊料浆料，焊料浆料的涂覆宽度为8mm，焊料浆料的涂覆区域具玻璃边缘3mm，焊料浆料的涂覆厚度为0.5mm。焊料浆料涂覆完成后，进行红外加热固化。其余步骤与实施例一相同。
实施例三
本实施例与实施例一的不同之处在于：本实施例中，烧结温度为670℃。
实施例四
本实施例与实施例一的不同之处在于：本实施例中，烧结温度为680℃。
实施例五
本实施例与实施例一的不同之处在于：本实施例中，烧结温度为690℃。
实施例六
本实施例与实施例一的不同之处在于：本实施例中，烧结温度为700℃。
实施例七
本实施例与实施例一的不同之处在于：本实施例中，烧结温度为710℃。
实施例八
本实施例与实施例一的不同之处在于：本实施例中，烧结温度为720℃。
对比例一
本对比例与实施例一的不同之处在于：本实施例中，烧结温度为640℃。
对比例二
本对比例与实施例一的不同之处在于：本实施例中，烧结温度为650℃。
对比例三
本对比例与实施例一的不同之处在于：本实施例中，烧结温度为730℃。
对比例四
本对比例与实施例一的不同之处在于：本实施例中，烧结温度为740℃。
实验例一：合金浆料附着力强度试验
试验方法：利用实施例1-实施例8、对比例1-对比例4的烧结条件，对300×300×5.0mm玻璃板上合金浆料与玻璃面的烧结及整板玻璃物理钢化。
检验方式及判定标准：
(1)检验方式：在玻璃与合金浆料烧结测试区域划出1mm×1mm小格，原则≥40格的数量，用3M810胶带压紧，沿着45度方向迅速拉起。
(2)检验位置：每1片测4边，按每片4点分析。
(3)判定标准：用3M810胶带拉起后格子内烧结层脱落的比例计算，A：小于3％判定合格；B：在3-5％判定轻微不合格；C：在＞5％判定严重不合格；检测结果如表1所示，烧结温度在660-720℃良品率及封接效果较优。
表1
实验例二：真空玻璃应力变化试验
(1)试验方式：以制品为试样，按GB/T 18144规定的方法进行，在距长边100mm的距离上，引平行于长边的2条平行线，并与对角线相交于4点，这4点以及制品的几何中心点即为测量点。测试包括涂覆层烧结及物理钢化阶段、合片焊料封接密闭阶段和成品测试阶段，个阶段的具体测试方法如下：
涂覆层烧结及物理钢化阶段：利用玻璃板的强化工艺过程，采用整体加热，完成玻璃板A/B面上的合金浆料与玻璃面的烧结及整板玻璃的物理钢化制备。温度设定范围为：660℃-720℃。
合片焊料封接密闭阶段：送入真空工艺腔体，加热对边缘布放焊料处进行封接，温度控制在100-250℃范围下进行。
成品测试阶段：对完成真空玻璃结构的封接后，流出真空腔体，利用温度可升降的装置，进行出腔后的退火冷却，温度控制在-40～80℃范围下进行。
(2)测试标准：按GB 15763.2-2005安全玻璃第二篇的钢化玻璃要求，钢化玻璃的表面应力不应小于90MPa。
判定标准：利用表面应力仪(JF-1E)测定结果，每个处理组进行三次平行试验，结果表示为平均值。说明：应力值1：涂覆层烧结及物理钢化阶段；应力值2：合片焊料封接密闭阶段；应力值3：成品测试阶段；结果如表2所示，涂覆层烧结及物理钢化阶段温度在660℃-720℃、合片焊料封接密闭阶段温度在100-250℃、成品测试阶段温度在-40-80℃，测得的产品应力值均达到标准要求的90MPa以上。
表2
以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体技术方案和/或特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明技术方案的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。