钢化真空玻璃烧结支撑物界面特性及表面应力重分布研究

Toughened vacuum glass (TVG) is a kind of high strength vacuum glass made of toughened glass. However, a stress redistribution forms by toughened glass surface stress and support stress with a maximum stress difference of 60 MPa, causing easily self-explosive by the cyclic external load in use. In this project, the method of silk screen printing is used to produce TVG support pillars by sintering glass powder with low melting point. The solidification molding mechanism of the sintering support pillar (SSP) is studied. The welding interface characteristics between SSP and tempered glass surface are analyzed, and the effect of sealing temperature on the mechanical state of SSP is studied. The wettability of SSP and glass surface is analyzed, and the surface stress redistribution of TVG under different support forms contacts is researched. A method for controlling stress redistribution in support pillar sintering is established. The above researches have important theoretical and practical significance for determining TVG manufacturing process, improving product processing quality and efficiency, reducing manufacturing cost, promoting vacuum glass scientific research and deep-level high-end product development.

钢化真空玻璃是由钢化玻璃制成的高强真空玻璃，钢化玻璃表层压应力与支撑应力形成应力重分布，最大表面应力差达60MPa，产品在使用过程中受到周期性外部负载作用极易自爆。本课题利用丝网印刷方法，采用低熔点玻璃粉烧结支撑物制成钢化真空玻璃，研究烧结支撑物凝固成型机理，探索支撑物与钢化玻璃表层熔接界面特性，揭示封接温度对烧结支撑物力学状态的影响，分析烧结支撑物与玻璃表面的润湿性，明确不同支撑形式对钢化真空玻璃表面应力重分布的影响，建立控制应力重分布的支撑物烧结方法。上述研究对确定钢化真空玻璃制造工艺，提高产品质量与生产效率，降低制造成本，推动真空玻璃的科学研究及深层次高端产品开发有着重要的理论价值和现实意义。

传统真空玻璃制造常采用模板或人工布放支撑柱，存在生产效率低、漏布率高等缺点。本课题利用印刷烧结方法制成支撑柱，具有效率高、不漏印等优点。研究采用PbO-TiO2-CaO-SiO2-RxOy玻璃粉浆料印刷烧结支撑柱，优化了烧结工艺并测试了支撑柱成型参数及性能，结果显示，烧结温度为380℃时支撑柱成型参数最优，其直径为1.25mm、高度为0.23mm、浸润角为86.45°、硬度549.92HV，高温烧结使玻璃粉中Pb、Ti元素均向玻璃片中发生扩散，支撑柱组织结构主要以Pb0.6875Ca0.3125TiO3为主，其在380℃烧结温度下的结晶度最高、含量最大，支撑柱结构强度与致密性较好。研究了支撑柱缺位条件下的钢化真空玻璃力学性能，并形成了支撑柱缺位许可界定条件：缺位支撑柱数量越多，钢化真空玻璃的力学性能越差；在其他因素相同的情况下，中部支撑柱缺位的钢化真空玻璃力学性能最差，支撑柱缺位直线排列的钢化真空玻璃力学性能最优。印刷支撑柱因烧结成型发生收缩而变成圆台状，其支撑应力分布不同于传统圆柱体金属支撑物，力学性能仿真结果表明：烧结支撑柱与圆柱体金属支撑柱对钢化真空玻璃应力和变形的影响几乎无差异，能符合安全使用要求，且烧结支撑柱对减小支撑柱本身所受应力有优化效果。研究了烧结支撑柱排布间距及正方形、正三角形、正六边形3种排布方式对钢化真空玻璃力学性能的影响，结果表明：支撑柱以正方形排布时，当排布间距为50mm时，符合钢化真空玻璃力学性能评价指标要求且支撑柱数量最少；支撑柱正三角形排布的钢化真空玻璃力学性能优于正方形及正六边形排布，但支撑柱数量偏多；优化三角形排布角度和边长可降低支撑柱数量，当支撑柱以底角65°、底边50mm的等腰三角形排布时，钢化真空玻璃力学性能最佳；支撑柱三角形排布对钢化真空玻璃表面应力重分布具有优化效果，其应力波峰数量是正方形排布的2倍。本课题研究可为钢化真空玻璃制造提供技术与工艺指导。