CN102892968A - 用于真空玻璃板的间隔件、真空玻璃板和相应的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种间隔件（8），所述间隔件用于夹持在真空玻璃板的第一和第二玻璃片（5）之间，以在这些玻璃片之间保持第一空间，所述第一空间形成第一腔室（4），在所述第一腔室中充斥有小于1mbar的真空，布置在所述第一和第二玻璃片的周沿的密封垫（1）封闭第一腔室。根据本发明，这类间隔件（8）包括冷锻的奥氏体不锈钢。
Description
技术领域
本发明的技术领域涉及多重隔热玻璃隔板的领域和更具体地涉及真空玻璃隔板的领域。本发明更具体地涉及用于真空玻璃板的间隔件。
背景技术
真空玻璃板典型地由至少两玻璃片组成，所述至少两玻璃片通过一空间隔开，在所述空间中实施真空。这类玻璃隔板通常由于其高隔热特性被使用。真空空间的厚度典型地在80μm到800μm之间。为了达到高隔热性能，玻璃隔板内部的压力应大约为10-3mbar。为了在玻璃隔板内部获得这种压力，在两玻璃片的周沿布置一密封垫和借助于泵在玻璃隔板内部建立真空。为了避免玻璃隔板在大气压力下崩塌（由于在玻璃隔板的内部和外部之间的压力差），在两玻璃板之间规则地（例如以矩阵的形式）布置间隔件。
间隔件通常具有圆柱形的形状或球形的形状，称为支架。目前，这些间隔件通常是金属的，因此在玻璃板中产生热损失。为了保持小于0.6W/m2K的热传递系数U，与玻璃接触的间隔件的总面积应小于真空玻璃板的面积的1%。
此外，间隔件应具有足够的抗压强度，以使得在隔热玻璃板处于真空时间隔件不发生变形，从而使得在两玻璃片之间的距离和在间隔件和玻璃片之间的接触区域保持不变。所要求的抗压强度取决于由间隔件所占据的玻璃的面积的百分比（例如在间隔件覆盖1%的玻璃隔板面积的情形下，抗压强度应至少等于11MPa）。在ASTM E9-09标准（室温下金属材料压缩测试的标准测试方法）中规定金属的抗压强度。
EP831073B1描述一类由不锈钢材料构成的间隔件，抗压强度至少为491MPa和具有直径大约0.5mm和高度大约0.2mm（+/-0.01mm）的圆柱形柱的形状。这些间隔件在玻璃隔板边部附近隔开大约25mm到40mm和在别处隔开大约20mm。
在真空玻璃隔板的制造工艺的过程中，间隔件应被布置和保持于竖直位置直到玻璃隔板处于压缩状态（当在玻璃隔板中建立真空时）。仅仅借助于由大气压力产生的压缩力，定位板被保持在合适的位置中。
不过，已经观察到，球形或圆柱形的间隔件在制造真空玻璃板时和特别是在处于真空时趋于发生移动。
因此，已提出实施Ni20CR80制成的C形间隔件，其具有更好的稳定性和在制造玻璃板时较不趋于发生移动。这种材料具有大约700MPa的抗压强度。该抗压强度从而允许在如上文所述的真空玻璃隔板中使用。
不过，选择具有高抗压强度的材料使得小尺寸的间隔件的成形更为困难。更为特别地，制造直径小于200μm的线材通常比抗压强度较低的钢更难。
此外，高抗压强度的材料，如因科镍合金718或Ni80CR20，比铁基钢更贵（这基本上是因为其镍含量高）。
发明内容
本发明的目的特别是在于消除现有技术的这些缺陷。
更为确切地说，本发明的目的在其至少一实施方式中在于提供一种用于真空玻璃板的间隔件，所述间隔件的抗压强度比常见的间隔件更高。
本发明的另一目的在其至少一实施方式中在于提供这种间隔件，所述间隔件允许获得就热传递系数而言和就美观而言具有良好性能的真空玻璃板。
本发明的另一目的在其至少一实施方式中在于提供这种间隔件，所述间隔件使得真空玻璃隔板的制造更为容易。
本发明的另一目的在其至少一实施方式中在于提供这种间隔件，所述间隔件具有更好的稳定性和在制造真空玻璃板时较不趋于发生移动。
本发明的另一目的在其至少一实施方式中在于提供这种间隔件，所述间隔件易于成形。
本发明在其至少一实施方式中目的还在于提供这种间隔件，所述间隔件成本较低。
根据一具体实施方式，本发明涉及一种间隔件，所述间隔件用于夹持在真空玻璃板的第一和第二玻璃片之间，以在这些玻璃片之间保持第一空间，所述第一空间形成第一腔室，在第一腔室中充斥有小于1mbar的真空，布置在玻璃片的周沿的密封垫封闭第一腔室。
根据本发明，这类间隔件包括冷锻奥氏体不锈钢。在下文中，“冷锻”意指所述钢的冷锻步骤的结果使得在制造间隔件时所述钢的抗压强度的增大值超过其初始抗压强度的50%。
奥氏体不锈钢是铁-铬-镍合金，包括重量百分比大于50%的铁、重量百分比大于11%的铬（例如在重量百分比16%到19%之间）、和重量百分比小于20%的镍（例如在重量百分比6%到9.5%之间）。
本发明的一般原理建立在实施奥氏体钢上，以实施真空玻璃板间隔件。实际上，奥氏体不锈钢的初始微观结构——从而包含剩余的奥氏体——赋予其以良好的可变形性。因此，只要这类间隔件没有被冷锻，这类间隔件就是相对可压延的，这方便该间隔件的成形，继而一旦冷锻后，间隔件变得非常抗压。
实际上，在应用旨在获得对奥氏体不锈钢进行冷锻的处理时，该奥氏体不锈钢被强烈地冷锻，从而可达到非常高的抗压强度。优选地，在处理的作用下，该奥氏体不锈钢的抗压强度借助于从不稳定的奥氏体转变到更硬的马氏体进一步得到加强。这种转变和转变所引起的硬化的重要性与奥氏体相（phase austénitique）的稳定性和从而与其组成有关。奥氏体相越不稳定，这种硬化作用越趋于明显。镍趋于稳定该奥氏体相，这种属性对于镍含量低的化合物（镍重量百分比小于20%）是更为明显的。材料的抗压强度的增大（通过冷锻和如有需要通过相转变）可在制造间隔件时（制造方法的类型、温度、变形速度等）被控制，以提供间隔件对于在给定构型中的真空玻璃隔板所要求的抗压强度。
借助于导致冷锻的处理，奥氏体不锈钢的抗压强度可容易地加倍。例如，在成形的情形中，例如，通过拉丝以获得圆柱形截面的间隔件（成形从而引起钢的冷锻：从而冷锻在成形时发生），线材的截面减小80%引起AISI 301（用于“American Iron and Steel Institute 301”）不锈钢的抗压强度增大，直到大于1400MPa（其初始抗压强度大约为620MPa）。
因此，通过这类奥氏体不锈钢，获得一间隔件，这种间隔件的抗压强度高于常见的间隔件的抗压强度。因此，对于真空玻璃板中的相同压力值，可显著地减小与两真空玻璃板接触的间隔件的面积，从而相对于常见的间隔件减小间隔件在玻璃板中的密度或减小其与玻璃接触的面积和从而减小间隔件的尺寸。因此，就热传递系数而言和就美观方面而言获得比常见的间隔件更好的性能。
此外，与对于间隔件（由于其高抗压强度的特性）通常所选择的材料相比较，未冷锻的奥氏体不锈钢是相对可压延的，根据本发明的间隔件的成形实施更为容易，这使得真空玻璃隔板的制造在其整体上更为容易和成本较低。
此外，基本上铁基的奥氏体不锈钢比高抗压强度的钢成本较低，如因科镍合金718或Ni80CR20（基本上由于其镍含量高其较为昂贵）。
有利地，所述奥氏体钢是以下不锈钢之一：
●AISI 301（用于“American Iron and Steel Institute 301”）
●AISI 302（用于“American Iron and Steel Institute 302”）
优选地，间隔件包括通过拉丝所述奥氏体钢所获得的圆柱形截面的线材部分。
因此，在本发明的该实施方式中，间隔件的奥氏体钢的冷锻（获得高抗压强度所需的冷锻）在制造间隔件时和更为特别地在间隔件的成形步骤时发生。优选地，成形是冷温或微温成形（制造温度允许不发生合金的完全再结晶，在相反的情形中合金失去在冷温成形时其所获得的特性）。该温度从而可适于每种类型的制造方法和每种类型的合金。例如，对于AISI 301和302钢，EN102703标准指示用以不使得合金完全再结晶的最大使用温度为250℃。
优选地，线材的直径在50μm到300μm之间，优选地在100μm到200μm之间。
有利地，所述线材部分的长度在0.5mm到5mm之间。
优选地，所述线材部分在其段部的至少一个上是弯曲的，以形成一环形段部，其最大曲率半径在0.1mm到1mm之间。
因此，这类间隔件具有更好的稳定性且在制造真空玻璃板时与圆柱形或球形间隔件相比较不趋于发生移动。因此，方便间隔件在真空玻璃板中的操作和定位。
优选地，线材部分是一圆圈形段部，其曲率半径在0.1mm到1mm之间。
本发明还涉及一种真空玻璃板，所述真空玻璃板包括至少第一和第二玻璃片，所述第一和第二玻璃片通过第一空间隔开，所述第一空间形成第一腔室，在所述第一腔室中充斥有小于1mbar的真空，布置在玻璃片的周沿的密封垫封闭第一腔室，玻璃板还包括多个如前文所述的间隔件，间隔件夹持在第一和第二玻璃片之间，以保持所述第一空间。
有利地，间隔件被布置在第一和第二玻璃片之间，以形成一矩阵，矩阵中的间距在20mm到80mm之间，优选地在30mm到60mm之间。
优选地，真空玻璃板还包括一隔热层，隔热层布置在至少一玻璃片的内表面上。
优选地，真空玻璃板还包括第三玻璃片，第三玻璃片与第一和第二玻璃片中的一个通过第二空间隔开，第二空间形成第二腔室，第二密封垫布置在第三玻璃片的周沿与第一和第二玻璃片中的一个的周沿，以保持第二空间，所述第二腔室填充至少一气体。
当然，根据本发明，第二腔室也可处于真空。
本发明还涉及一种用于制造间隔件的制造方法，间隔件用于夹持在真空玻璃板的第一和第二玻璃片之间，以在这些玻璃片之间保持第一空间，第一空间形成第一腔室，在所述第一腔室中充斥有小于1mbar的真空，布置在玻璃片的周沿的密封垫封闭第一腔室，所述方法包括以下步骤：
－获得奥氏体不锈钢；
－使奥氏体不锈钢成形以形成所述间隔件；
－冷锻所述奥氏体钢。
优选地，奥氏体不锈钢的所述成形步骤包括以下步骤：
－通过拉丝所述奥氏体不锈钢获得圆柱形截面的线材；
－剪切至少一线材部分以形成所述间隔件；
和冷锻步骤与成形步骤相结合。
因此，由于不需要实施与成形相区别的冷锻，根据本发明的间隔件的制造方法更为容易和更为经济。
当然，根据本发明，奥氏体不锈钢的冷锻可在任何成形之外通过特定的处理步骤获得，例如，通过在钢上施加较大的压力。在此情形下，间隔件的制造方法可不包括成形步骤。如果仍然存在成形，成形步骤可在冷锻处理之前或之后进行。
有利地，奥氏体不锈钢的所述成形步骤还包括弯曲步骤，所述弯曲步骤用于在所述线材部分的段部的至少一个上弯曲该线材部分，以形成一环形段部，其最大曲率半径在0.1mm到1mm之间。
附图说明
通过阅读以下对仅作为非限制性示例给出的一个优选实施方式并参照附图进行的说明，本发明的其它特征和优点将更清晰地显示出来，附图中：
－图1和图2是根据本发明的一实施方式的真空玻璃板的示意图；
－图3示出根据本发明的一实施方式的间隔件的制造方法。
具体实施方式
将参照具体实施方式和参照某些附图对本发明进行描述，但本发明并不受这些具体实施方式和附图的限制且仅仅由权利要求限定。在附图中，出于说明原因，某些元件的大小和相对尺寸会被扩大和不按比例绘制。
此外，在说明书中和在权利要求书中，术语第一、第二、第三和相似的术语被使用于在相似的元件之间进行区分和并非必需地用于描述一种顺序，无论该顺序是时间的、空间的、出于分类目的等。当然，在合适的环境下这样使用的术语是可互换的，和这里所描述的本发明的实施方式能够在除这里所描述的或示出的顺序外的其它顺序中进行操作。
此外，在说明书和权利要求中术语高、低、在上方、在下方和相似的术语出于描述的原因被使用和并非必需地用于描述相对的位置。当然，在合适的环境中这样使用的术语是可互换的，和这里所描述的本发明的实施方式能够在除这里所描述的或示出的定向外的其它定向中进行操作。
需要注意到，在权利要求中所使用的术语“包括”并不应被理解为是如受限于在其后所列出的部件；并不排除其它的元件或步骤。从而应被理解为说明存在指定的元件、单元、所参照的步骤或组件，而并不排除存在或附加一元件、单元、步骤或组件、或这些的组合。从而表述“装置包括部件A和B”的范围并不应被限定于装置仅仅包括组件A和B。这等于说，就本发明而言，装置的仅仅相关的组件是A和B。
如这里所使用的和除了其它的指示，“密封性”意指可在双层玻璃隔板中使用的以改善隔热性的对各种气体的密封性（例如氩气）或对空气或在大气中存在的任何其它气体的密封性（在真空玻璃隔板的情形下）。
如这里所使用的和除了其它的指示，“隔热层”意指发射率小于0.2，优选地小于0.1、更为优选地小于0.05的金属氧化层。隔热层可例如是以下隔热层之一：由旭硝子公司投放市场的Planibel G，Planibel top N和Pop N+。
如这里所使用的和除了其它的指示，术语“间隔件”涉及在相邻的两玻璃板之间保证相对恒定的距离的一个或多个元件。
参照图1和图2，示出根据本发明的一实施方式的真空玻璃板。
真空玻璃板包括第一和第二玻璃片5（例如厚度为6mm的钠钙硅透明玻璃片），第一和第二玻璃片通过第一空间隔开，第一空间形成第一腔室4，在该第一腔室中充斥有小于1mbar、例如等于10-3mbar的真空（借助于真空泵通过在腔室中泵送获得）。
当然，可实施任何其它类型的玻璃和玻璃厚度。
两玻璃片5通过布置在玻璃片5的周沿的密封垫封闭第一腔室4气密地（保证真空）进行组装。
例如，密封垫包括：
●黏合层3，覆盖第一和第二玻璃片5每个的周沿区域，
●金属带材1，通过焊料2焊接在黏合层3上（例如借助于锡钎焊实施）。
例如，组成黏合层3的黏合材料可在由以下金属组成的组中进行选择：铜和铜合金（例如与钛和/或铬），铝和铝合金，铁和铁合金（如铁-镍奥氏体钢：如铁（重量百分比50-55%，例如重量百分比52%），镍（重量百分比45-50%，例如重量百分比48%）如合金48），铁合金包括以下金属：铁（重量百分比53-55%，例如重量百分比53.5%），镍（重量百分比28-30%，例如重量百分比29%）和钴（重量百分比16-18%，例如重量百分比17%），和柯伐（铁镍钴）合金），铂和铂合金，镍和镍合金，金和金合金，银和银合金，砷化镓和砷化锡或其合金。该列表并非穷举性的。
当然，密封垫可以任何其它方式实施，例如借助于焊接于玻璃片上的和也相互焊接的两金属带材或甚至借助于玻璃焊料实施。
真空玻璃板还包括多个根据本发明的间隔件8，间隔件夹持在第一和第二玻璃片5之间，以在这些玻璃片5之间保持第一空间。
例如，空间布置在第一和第二玻璃片之间，以形成一矩阵，矩阵的间距在20mm到80mm之间，优选地在30mm到60mm之间。
为了进一步改进就隔热而言的性能，可在至少一玻璃片5的内表面上布置一隔热层。
当然，根据前述实施方式的未示出的变型，玻璃板还可包括第三玻璃片，第三玻璃片与第一和第二玻璃片中的任意一个（例如与第二玻璃片）通过第二空间隔开，以形成第二腔室。
根据第一变型，此外在第三玻璃片和第二玻璃片的周沿布置第二密封垫，以保持第二空间（例如厚度为16mm），所述第二腔室填充至少一气体。气体可例如是空气、氩气、氮气、氪气、氙气、SF6、CO2或任何其它隔热气体。
根据第二变型，第三玻璃片和第二玻璃片通过布置在玻璃片的周沿的密封垫封闭第二腔室气密地（保证真空）进行组装，根据本发明的多个间隔件夹持在第三玻璃片和第二玻璃片之间，以在这些玻璃片之间保持第二空间。从而可获得三层真空玻璃隔板。
当然，可设计其它变型，特别是通过片状玻璃板或通过任何其它附加或修改来替代玻璃片。
参照图3，示出根据本发明的一实施方式的间隔件的制造方法。
制造方法包括以下的步骤：
●获得奥氏体不锈钢的步骤301；
●成形奥氏体不锈钢以形成所述间隔件的步骤302；
●冷锻所述奥氏体不锈钢的步骤303。
间隔件可具有不同形状：如圆柱形、球形、沙漏形的线材形状、十字架形状等。
下文在根据本发明的一示例的范围内，根据该示例间隔件以AISI301钢制成和具有C形的形状。
成形奥氏体钢的步骤302首先包括通过拉丝获得圆柱形截面的线材的拉丝步骤。当然，获得线材的步骤也可通过所述AISI301钢的热挤压、继而通过允许达到线材的最终直径的拉丝获得。
例如，从在其上实施拉丝的直径为5mm的线材，获得直径为1mm的细线材（这表示线材的截面减小80%）。
成形奥氏体钢的步骤302继而包括剪切至少一线材部分的剪切步骤（例如通过剪钳），以形成所述间隔件。例如，所述线材部分的长度为4mm。
根据一有利实施方式，成形奥氏体钢的步骤302继而包括弯曲步骤，所述弯曲步骤用于在线材部分的段部的至少一个上弯曲线材部分，以形成一环形段部，其最大曲率半径为0.5mm。
当然，弯曲步骤可在剪切步骤之前执行。
优选地，线材部分是其曲率半径为0.5mm的一圆圈形段部。
因此，在该第二示例的范围内，冷锻步骤303与拉丝步骤相结合。
因此，在拉丝操作时，线材截面减小80%引起AISI 301不锈钢的抗压强度从620MPa增大到大约1400MPa。
例如，如果使用未冷锻的AISI 301制的间隔件（其从而具有620MPa的抗压强度）具有等同于半径为250μm的盘形体的接触面积，相互间隔30mm，获得系数值U等于0.8W/（m2K）的真空玻璃板。
相反地，通过使用上文所述的根据本发明的间隔件（以冷锻的AISI301制成和呈C形）——其抗压强度为1400MPa，可通过使得间隔件隔开50mm来减少间隔件的数目，同时使得值U改进到大约0.5W/(m2K）。
真空玻璃隔板的值U基于前文所述的玻璃隔板进行估算，包含低发射率类型的隔热层。通过使用在悉尼大学的文献——DETERMINATION OF THE OVERALL HEAT TRANSMISSIONCOEFFICIENT（U-VALUE）OF VACUUM GLAZING），TM.Simko，AH.Elmahdy and RE.Collins.ASHRAE Transactions，105，pt2，p.1-9.1999——中所描述的方法对热传递（值U）进行评估。
当然，本发明并不局限于上文所述及的实施例。
Claims (14)
1.一种间隔件（8），用于夹持在真空玻璃板的第一和第二玻璃片（5）之间，以在这些玻璃片之间保持第一空间，所述第一空间形成第一腔室（4），在所述第一腔室中充斥有小于1mbar的真空，布置在所述第一和第二玻璃片的周沿的密封垫（1）封闭所述第一腔室，
其特征在于，所述间隔件（8）包括冷锻的奥氏体不锈钢。
2.根据权利要求1所述的间隔件，其特征在于，所述奥氏体不锈钢是以下奥氏体不锈钢之一：
●AISI 301；
●AISI 302。
3.根据前述权利要求中任一项所述的间隔件，其特征在于，所述间隔件包括通过拉丝所述奥氏体不锈钢所获得的圆柱形截面的线材部分。
4.根据权利要求3所述的间隔件，其特征在于，所述线材的直径在50μm到300μm之间，优选地在100μm到200μm之间。
5.根据权利要求4和5中任一项所述的间隔件，其特征在于，所述线材部分的长度在0.5mm到5mm之间。
6.根据权利要求4到6中任一项所述的间隔件，其特征在于，所述线材部分在其段部中的至少一个上是弯曲的，以形成一环形段部，所述环形段部的最大曲率半径在0.1mm到1mm之间。
7.根据权利要求6所述的间隔件，其特征在于，所述线材部分是一圆圈形段部，所述圆圈形段部的曲率半径在0.1mm到1mm之间。
8.一种真空玻璃板，所述真空玻璃板包括至少第一和第二玻璃片（5），所述第一和第二玻璃片通过第一空间隔开，所述第一空间形成第一腔室（4），在所述第一腔室中充斥有小于1mbar的真空，布置在所述第一和第二玻璃片的周沿的密封垫（1）封闭所述第一腔室，
其特征在于，所述真空玻璃板还包括多个根据前述权利要求中任一项所述的间隔件（8），所述间隔件夹持在所述第一和第二玻璃片之间，以保持所述第一空间。
9.根据权利要求8所述的真空玻璃板，其特征在于，所述间隔件布置在所述第一和第二玻璃片之间，以形成一矩阵，所述矩阵的间距在20mm到80mm之间，优选地在30mm到60mm之间。
10.根据前述权利要求中任一项所述的真空玻璃板，其特征在于，所述真空玻璃板还包括一隔热层，所述隔热层布置在所述第一和第二玻璃片中的至少一个的内表面上。
11.根据前述权利要求中任一项所述的真空玻璃板，其特征在于，所述真空玻璃板还包括第三玻璃片，所述第三玻璃片与所述第一和第二玻璃片中的一个通过第二空间隔开，所述第二空间形成第二腔室；第二密封垫布置在所述第三玻璃片的周沿与所述第一和第二玻璃片中的一个的周沿，以保持所述第二空间，所述第二腔室填充至少一气体。
12.一种用于制造间隔件（8）的制造方法，所述间隔件用于夹持在真空玻璃板的第一和第二玻璃片（5）之间，以在这些玻璃片之间保持第一空间，所述第一空间形成第一腔室（4），在所述第一腔室中充斥有小于1mbar的真空，布置在所述第一和第二玻璃片的周沿的密封垫（1）封闭所述第一腔室，
其特征在于，所述制造方法包括以下步骤：
－获得奥氏体不锈钢；
－使所述奥氏体不锈钢成形以形成所述间隔件；
－冷锻所述奥氏体不锈钢。
13.根据权利要求12所述的制造方法，其特征在于，所述奥氏体不锈钢的成形步骤包括以下步骤：
－通过拉丝所述奥氏体不锈钢获得圆柱形截面的线材；
－剪切至少一线材部分以形成所述间隔件，
并且，冷锻步骤与热挤压步骤相结合。
14.根据权利要求13所述的制造方法，其特征在于，所述奥氏体不锈钢的所述成形步骤还包括弯曲步骤，所述弯曲步骤用于在所述线材部分的段部中的至少一个上弯曲所述线材部分，以形成一环形段部，所述环形段部的最大曲率半径在0.1mm到1mm之间。
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