一种夹胶真空玻璃及其制备方法与应用

技术领域

本发明涉及一种夹胶真空玻璃及其制备方法与应用，属于真空玻璃制备技术领域。

背景技术

多层胶合中空玻璃窗早已普遍应用于轨道交通与大型建筑等领域，已经普及化的轨道交通包括高速铁路(以下简称高铁)、动车、捷运、地铁、轻轨等等，均是基础建设的重要项目之一，对于经济建设与交通运输扮演着重要的角色，以下以要求最严格的高铁/动车作为讨论对象，并以此作为推广至所有轨道交通工具的基础。随着行驶速度逐渐提升，例如原先的动车平均时速在200km/hr等级，逐渐提升到目前高铁的300km/hr等级，接下来高铁也将逐步向400km/hr或更高的速度挑战；随着速度提升，高铁车厢的结构安全与用户体验也面临更加严苛的挑战，其中车厢的玻璃侧窗直接面对阳光照射、外部冷暖温差、轨道噪声等等的环境因素，随着行驶速度提升，侧车窗也受到更严格的节能、降噪、减重的要求。

目前的动车或高铁车窗主要是由中空夹层玻璃组成，典型的高铁车厢侧窗结构如图1A所示。夹层玻璃是指由两片或多片玻璃之间夹了一层或多层的有机聚合物中间膜，经过高温预压或抽真空高温压制后使的玻璃与中间膜紧固黏合为一体的一种复合玻璃；常用的玻璃中间膜有聚乙烯醇缩丁醛(Polyvinyl butyral,PVB)、乙烯-醋酸乙烯共聚物(Ethylene-vinyl acetate copolymer,EVA)、乙烯-甲基丙烯酸共聚物(

一般而言，建筑玻璃与车用玻璃除了安全防护与舒适这两项基本功能外，随着全球暖化日益严重，环保节能减碳也是重点考量，这其中对于玻璃的隔热与隔音性能就显得特别重要。以单片镀银6mm厚度的玻璃，其热导率(U值)约在4.5W/m

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种夹胶真空玻璃，通过采用特殊的结构和焊接方式，得到了一种具有较高隔声、隔热效果并且重量较轻的玻璃。

为达到上述目的，本发明提供了一种夹胶真空玻璃，其包括第一玻璃板和第二玻璃板，以及由第一玻璃板和第二玻璃板组成的真空层；其中，所述第一玻璃板为由至少两层玻璃和至少一层胶膜组成的夹胶玻璃；

并且，所述真空层的边缘通过冷激光焊接的方式进行封装。

根据本发明的具体实施方案，优选地，所述第一玻璃板或第二玻璃板中设有中空层，此时本发明的夹胶真空玻璃可以称为：真空+中空夹层玻璃。其中，中空层的厚度优选为8-16mm。

根据本发明的具体实施方案，优选地，真空层位于玻璃板与夹胶玻璃板之间或者两层夹胶玻璃板之间，与真空层最贴近的两片玻璃的四周具有长度比其他玻璃板至少长出10mm的突出部分，作为激光焊接与密封胶进行气密封装之用，在此突出部分的其中一片玻璃中至少留有一个通孔，作为抽气之用，通孔直径不小于1mm；真空层在常压下组装，工艺温度最高不超过120℃；真空层周边气密封装完成后于日常可见光下直视，激光焊缝透明无痕。

根据本发明的具体实施方案，优选地，所述真空层的厚度为0.1-0.5mm。通过将真空层的厚度控制在适当的范围能够使本发明的夹胶真空玻璃具有良好的隔声、隔热性能。其中，当真空层的厚度在0.2-0.35mm之间时，能够获得最佳的隔热效果，厚度超过0.5mm时，隔热效果会下降，厚度低于0.2mm时，制造良率会下降。

根据本发明的具体实施方案，优选地，真空层内会布置适当数量的微小支撑物，于真空层内形成真空状态(气体压力小于0.01Pa)时，可以提供足够的支撑力让玻璃板能顶住大气压力而不变形；若支撑力不够会导致玻璃板相互靠近，就改变了真空层的厚度，影响夹胶真空玻璃的隔声、隔热性能。

根据本发明的具体实施方案，优选地，所述第一玻璃板为由两层玻璃和一层胶膜组成的夹胶玻璃；并且，两层玻璃的厚度分别为不小于3mm与不小于1mm，两层玻璃(不含胶膜的厚度)总厚度不超过10mm，胶膜的厚度为不小于0.7mm。

根据本发明的具体实施方案，优选地，所述第一玻璃板为由三层玻璃、一层胶膜组成的夹胶玻璃，并且，三层玻璃中的两层之间设有所述中空层，即第一玻璃板中设有一层中空层。

根据本发明的具体实施方案，优选地，所述第二玻璃板为由至少两层玻璃和至少一层胶膜组成的夹胶玻璃。

根据本发明的具体实施方案，优选地，所述第二玻璃板为由至少三层玻璃和至少两层胶膜组成的夹胶玻璃。

根据本发明的具体实施方案，优选地，所述第二玻璃板为由两层玻璃和一层胶膜组成的夹胶玻璃；并且，两层玻璃的厚度分别为不小于2mm与不小于1mm，两层玻璃的总厚度不超过8mm，胶膜的厚度为不小于0.7mm。

根据本发明的具体实施方案，优选地，所述第二玻璃板为由三层玻璃和两层胶膜组成的夹胶玻璃；并且，三层玻璃的总厚度不超过8mm，两层胶膜的总厚度不超过3.2mm。

根据本发明的具体实施方案，优选地，所述玻璃选自钠钙玻璃、铝硅玻璃、硼硅玻璃中的一种或两种以上的组合。

根据本发明的具体实施方案，优选地，所述胶膜选自PVB膜、EVA膜、SGP膜和TPU膜中的一种。

根据本发明的具体实施方案，优选地，采用冷激光焊接时，焊缝的数量按照以下公式确定：

其中，N为焊缝数量，单位为条；

w为焊缝平均宽度，单位为mm；

S

α为玻璃的热膨胀系数，单位为℃

ΔT为真空层两侧玻璃板的温差，单位为℃；

E为玻璃的弹性模量(杨氏系数)，单位为MPa；

H为受热膨胀的玻璃板的厚度，单位为mm。

根据本发明的具体实施方案，优选地，所述焊缝的数量≥2。

根据本发明的具体实施方案，优选地，所述真空层设有微支柱；更优选地，所述微支柱为柔性微支柱，所述柔性微支柱具有至少一层纤维层，即申请号为202210074202.5的发明专利申请所记载的柔性微支柱，将该发明专利申请的全文引入这里作为参考。

根据本发明的具体实施方案，优选地，所述柔性微支柱具有两层以上的纤维层组成的复合结构。

根据本发明的具体实施方案，优选地，所述柔性微支柱具有至少两层纤维层与至少一层金属层和/或合金层组成的复合结构，所述金属层和/或合金层位于两层纤维层之间。

根据本发明的具体实施方案，优选地，所述柔性微支柱具有至少三层纤维层与至少两层金属层和/或合金层组成的复合结构，其中，所述金属层和/或合金层间隔设置于纤维层之间。

根据本发明的具体实施方案，优选地，所述柔性微支柱中，所述纤维层的厚度为0.1mm至3.0mm。

根据本发明的具体实施方案，优选地，所述柔性微支柱中，所述金属层或合金层的厚度为0.3mm以下，优选为0.01mm至0.3mm。

根据本发明的具体实施方案，优选地，所述柔性微支柱的直径为0.2mm-2.0mm；优选为0.2mm-0.5mm。

根据本发明的具体实施方案，优选地，所述柔性微支柱的导热系数≤1W/m·K(25℃)；更优选地，所述柔性微支柱的导热系数≤0.25W/m·K(25℃)。

根据本发明的具体实施方案，优选地，所述柔性微支柱中，所述纤维层是由超细纤维制成的；更优选地，所述超细纤维的材质为铝硅玻璃、硼铝硅玻璃、钠钙玻璃、硼硅玻璃、石英玻璃、金属、合金中的一种或两种以上的组合。

根据本发明的具体实施方案，优选地，所述柔性微支柱中，所述纤维层的导热系数≤0.03W/m·K(25℃)。

根据本发明的具体实施方案，优选地，所述柔性微支柱中，所述纤维层的比表面积为700-800m

根据本发明的具体实施方案，优选地，所述柔性微支柱中，所述金属层的材质包括铝、铜、铁、锡、锌中的一种；所述合金层的材质包括铝、铜、铁、锡、锌中的两种以上元素的合金，更优选地，所述合金包括不锈钢。

根据本发明的具体实施方案，优选地，所述柔性微支柱在1大气压的压力的压缩下的高度不小于0.10mm，更优选为0.15-0.5mm，进一步优选为0.15-0.25mm。

根据本发明的具体实施方案，优选地，所述真空层内部的一侧表面设有抗辐射膜。该抗辐射膜可以是本领域常用的。

本发明还提供了上述夹胶真空玻璃的制备方法，其包括以下步骤：

在第一玻璃板和第二玻璃板之间安装玻璃边条并布设微支柱；

采用冷激光焊接的方式将玻璃边条分别与第一玻璃板、第二玻璃板焊接在一起，然后抽真空形成真空层，经过封边、封口，得到所述夹胶真空玻璃；

或者，在组成第一玻璃板的表面或者第二玻璃板的表面形成凹槽；

采用冷激光焊接的方式将第一玻璃板、第二玻璃板焊接在一起，焊接位置为凹槽的边缘部分，然后抽真空形成真空层，经过封边、封口，得到所述夹胶真空玻璃。

根据本发明的具体实施方案，优选地，所述冷激光的激光脉冲半高宽度(PulseWidth,FWHM，或称脉冲时长)小于等于20皮秒(pico second)。

根据本发明的具体实施方案，优选地，所述冷激光焊接所采用的激光的波长为800nm-1600nm(例如800nm、1045nm、1558nm、1064nm，以1064nm为优选)。

根据本发明的具体实施方案，优选地，所述冷激光所采用的激光的重复率为1Hz-10MHz。

根据本发明的具体实施方案，焊点位置的两玻璃面必须紧密贴合，优选地，进行焊接处的玻璃板之间的缝隙小于40μm，优选为小于25μm。

根据本发明的具体实施方案，优选地，所述焊缝的宽度不大于20μm，优选小于5μm。

根据本发明的具体实施方案，优选地，焊缝的焊接强度大于所焊接的两层玻璃板之间的热膨胀剪应力，更优选地，所述焊缝的焊接强度满足：

或至少大于1MPa。

在上述公式中，S

α为玻璃的热膨胀系数，单位为℃

ΔT为真空层两侧玻璃板的温差，单位为℃；

E为玻璃的弹性模量(杨氏系数)，单位为MPa；

H为受热膨胀的玻璃板的厚度，单位为mm。

d为焊接密封区块的宽度，单位为mm。

其中，焊接密封区块是指焊缝分布区域的宽度，举例来说，若总共用了5条平行的焊缝，则最靠外侧的两条焊缝的间隔(以两条焊缝各自靠外侧的边缘计)距离被定义为这里的d值。

根据本发明的具体实施方案，优选地，所述焊缝的间隔距离不小于150μm，在两片被焊接的玻璃板内单边玻璃面焊缝深度不小于20μm。

根据本发明的具体实施方案，优选地，所述焊缝整体上的形状为连续的或间隔的。

根据本发明的具体实施方案，优选地，单一焊缝为直线、斜线或折线。

根据本发明的具体实施方案，优选地，所述焊缝整体上的形状为相互平行的直线或相互平行的斜线或相互平行的折线；或者，所述焊缝整体上为相互平行且断续的直线，或者，相互交错的斜线，或者，相互连续的鱼形。

根据本发明的具体实施方案，优选地，所述焊缝整体上的形状为如图4所示的形状中的一种。

在用作时速400公里高铁侧窗的情况下，本发明所提供的夹胶真空玻璃的热传导率U值可以达到0.9W/m

附图说明

图1A为中空夹层玻璃的结构示意图。

图1B为真空+中空夹层玻璃的结构示意图。

图1C为真空复合玻璃的结构示意图。

图2A和图2B为冷激光焊接方式示意图。

图3为焊点与Z轴位置示意图。

图4为焊缝类型示意图。

图5A和图5B为焊接效果示意图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。

本发明的玻璃可以采用冷激光焊接的方式进行，即采用激光脉冲半高宽度(PulseWidth,FWHM，或称脉冲时长)小于等于20皮秒(pico second)的激光进行焊接，例如：武汉锐科光纤激光技术股份有限公司的皮秒激光器，激光脉冲半高宽度是800fs(也就是0.8ps)，美国MKS Spectra-Physics公司的型号为IceFyre 1064-50的激光器，激光脉冲半高宽度是10ps。

如图1B、图1C所示，分别代表真空+中空夹层玻璃、真空双夹层复合玻璃，以此类推，还可以有多层真空与多夹层的复合玻璃组合。其中符号G1、G2、G3、G4、G5代表玻璃，通常玻璃G1的厚度最大，用于窗户外侧部位，玻璃G2-G5为中间或内侧玻璃，通常会比玻璃G1要薄，一方面可以减轻重量，另一方面也通过厚度不对称的设计来降低车厢外部声音所引起的共振声，并以此略微提升隔声性能；最内侧窗板可以视应用场景的需求，使用玻璃板或耐冲击的透明塑料板，例如PC板。符号F1-F2代表夹层玻璃的胶膜，最常用到的为PVB膜，厚度可以是0.76mm或是1.52mm。符号v代表真空层，是以两侧的夹层玻璃组装而成。符号A代表中空层。真空层或中空层内可以设有抗辐射膜，具体可以是镀膜，例如Low-E膜，或是贴膜，目的是减少外部阳光辐射到车厢内的热量，同时也可以增加乘客在车厢内的舒适感。整体真空夹层玻璃的外框通常由铝合金或玻璃钢(纤维强化塑料，Fiber-reinforced plastic，FRP)制成，外框结构包括配套的胶条与密封垫，以达到避震、防水、防潮、隔声等的功能。

图1B和图1C中所展示的真空夹层玻璃结构具有以下特征：①使用夹层玻璃作为真空玻璃的侧板，因为夹层玻璃属于一种复合材料，其强度与刚性远高于相同厚度时的单层玻璃板；②淘汰了目前业界普遍使用的高温焊料烧结方法来进行真空封装，改以冷激光在常温下直接进行玻璃焊接，再以吸气法于以气密胶封。

真空层的边部封装不再需要使用焊料，也无需经历高温封装，而改以常温下的玻璃激光焊接，这在环保节能与提高生产效益上具有重大意义。在本发明中真空层边部封装是使用玻璃板本身相同的玻璃材质作为边墙，此边墙的结构可以是如图2A所示的玻璃边框构成，将玻璃板分别与此一夹在两片玻璃中间的边框在常温下使用冷激光焊接成为一体，形成密闭夹层；或是如图2B所示的结构，也就是先将组成真空层的两片玻璃中的至少一片进行局部减薄至不超过0.3mm的厚度，即形成凹槽，减薄方法包括但不限于机械磨抛、化学蚀刻等方式，减薄仅对玻璃中央部分进行，保留四周边框部分，然后再将此一中央区域减薄的玻璃板与另外一片玻璃用冷激光在四周边缘部分焊接成为一体；上述两种方法都可以在常温下制作真空层结构，顺序上需要先制作真空层两侧的胶合玻璃，再使用激光将两侧胶合玻璃焊接成为复合夹胶玻璃，最后在上胶完成气密封装并制作成为真空玻璃。

如上所述，既然是使用夹层玻璃板作为真空玻璃的侧板，受限于夹胶膜的耐温限制，因此不能使用传统的高温烧结焊料的封装工艺。因此，在本发明中，使用常温玻璃激光焊接，更明确的说，就是在室温下(或是低于夹胶膜的工作温度条件下)，使用冷激光将两片玻璃直接焊接在一起，并搭配液体胶达到气密的目标，这里所说的气密是指真空层内的真空状态可以长期保持在气体压力低于10

如图2A和图2B所示，边框的制作可以有两种形式，图2A中所示是以事先制作好的边条，制作成配合玻璃窗形状的边框，此边框本身必须是形成一体，中间没有可以透气的缝隙。然后将此边框放置于组成真空层的两侧板之间，对准位置，再以冷激光进行焊接，焊接时焊点的位置必须紧贴，焊点处的两玻璃面间距必须小于激光聚焦焦点的直径，且玻璃面必须保持洁净，不能有玻璃以外的其他固体及液体类污染物，这些污染物会吸收激光能量导致能量无法集中传递到焊点处的玻璃微区结构中。在玻璃前处理程序中，焊点位置的玻璃表面应当处理到平整、清洁、乾燥，玻璃激光焊接本身是应用冷激光的非线性光学原理，比较不受玻璃材质的影响，当激光聚焦于焊接点的交接面时，被压实的玻璃介面能被瞬间激发融化，然后玻璃结合成为一体并迅速冷却，且不留下热应力。图2A中所示的边框与两侧玻璃板形成两个交接面，因此需要分别对这两侧的交接面进行激光焊接。图2B中所示的方法仅形成一侧的玻璃交接面，因此，仅需进行一个交接面的激光焊接。

多层胶合真空玻璃窗的施工步骤：

图2A(框结构)：

玻璃板前处理(切磨钻洗)→夹胶合片(复合板1与复合板2)→复合板1与复合板2之间的玻璃边条安装→支撑物布点→常温下激光焊接→抽真空→封边(密封胶吸入焊缝周边)→封口→安装窗外框，得到夹胶真空玻璃。其中，复合板1为玻璃G3，复合板2为玻璃G4、玻璃G5和胶膜F2制成的玻璃板。

图2B(局部减薄结构)：

玻璃板前处理(切磨钻洗)→取其中一片玻璃板进行局部蚀刻→夹胶合片(复合蚀刻板1与复合板2)→蚀刻复合板凹下平台处支撑物布点→复合板2与复合蚀刻板1上下对准位置→常温下激光单边焊接→抽真空→封边(密封胶吸入焊缝周边)→封口→安装窗外框，得到夹胶真空玻璃。其中，复合刻蚀板1为玻璃G3，复合板2为玻璃G4、玻璃G5和胶膜F2制成的玻璃板。

步骤1、材料准备

取玻璃G3，可以但非必要事先将玻璃板经过钢化处理，作为盖板；取玻璃G4，可以但非必要事先将玻璃板经过钢化处理，作为底板；为方便计算，使用纤维结构柔性的圆形立柱作为微小支柱，直径为0.5mm，高度由真空层厚度决定；

步骤2、真空层边框

2a组：取与玻璃G3或玻璃G4相同材质的玻璃，配合玻璃G3与玻璃G4的四边长度裁切成为四个长条状玻璃或一个方框作为真空层的边框，框的宽度一般不大于20mm，厚度不超过0.5mm，此玻璃边条/边框的表面应洁净、平坦、乾燥。

2b组：将玻璃G3的第一表面用抗酸保护膜贴紧(非减薄面)，将第二表面的边缘不超过20mm的宽度(作为边框)用抗酸膜贴紧，四周边缘也用抗酸胶保护，然后将玻璃G3放至于化学减薄槽中，为无抗酸膜保护的部分减薄，减薄深度不超过0.5mm。减薄后移除保护膜材并对玻璃表面清洁，使得玻璃表面洁净、平坦、乾燥，玻璃G3的第二表面的四周未被减薄，可作为边框使用。

步骤3：玻璃激光焊接

将作为盖板的玻璃G3、作为底板的玻璃G4、边框、与微小支柱依照图2A或图2B的方式各自放置到位，抽气孔可以在盖板或底板，将有抽气孔的玻璃板平放在激光焊接工作平台的吸气台上，启动工作平台抽气功能，于是盖板、底板、边框均被吸紧固定于激光焊接平台上。同时启动激光器以及工作平台的x-y轴运动机构，依照事先设定好的路径，对玻璃边框进行激光焊接。激光的功率、焦距、光班大小等等参数可随不同的样品而调整。激光焊接时必须对焦于两片玻璃被焊接面的中央位置，如图3所示，且焊点位置的两玻璃面间距应小于光班直径D，使得激光能量可以平均深入两焊接玻璃面，在瞬时高能量的作用下将焊点处的玻璃熔接在一起。由于高能激光是以脉冲方式射出，所以焊接也是以点焊的方式进行，虽然焊接强度很高，但就气密封装(Hermetic sealing)而言，仍需要以耐真空的密封胶进行气密封装。

不同的激光波长搭配不同的操作参数可以产生不同的焊接效果，但都可以将玻璃强固的焊接在一起。目前已经被证实可以用于玻璃激光焊接的激光器波长、脉冲重复率(repetition rate)、脉冲时长(Pulse duration)整理于下表1。

表1

步骤4：真空气密封装

玻璃激光焊接属于点焊，可以提供足够的焊接强度，但不能保证气密焊接，因此，对于制作真空玻璃而言，需要将0.01Pa的真空度长时间保持，需要使用耐真空的密封胶将焊缝进行填缝以确保气密封装的效果。操作方式相对简易，取可耐真空环境的密封胶，黏度在500cp以下，具有易流动、不挥发、胶合反应时间可控等条件的密封胶均可使用；施工时先将焊接好的真空玻璃组合经由抽气孔进行抽气，使得玻璃夹层内的气压小于100Pa，然后于玻璃框外缘涂布密封胶，胶水遇到气孔或缝隙处会因为玻璃夹层内的负压而被吸入，当密封胶完成胶合反应后，焊缝即可达到气密封装的效果。于密封好焊缝后，以封装玻璃或封装合金将抽气孔密封，完成真空层的完整封合。

可以用来搭配玻璃焊缝的气密封装的密封胶可以包括但不限于硅胶、丙烯酸酯胶、聚氨酯胶、合成橡胶、硅氧烷密封胶、聚乙丁烯树脂胶、改质烯烃胶；胶合方式包括但不限于化学反应固化、紫外固化、红外热固化、干燥固化。

密封胶要能顺畅的被吸入并且填充事先形成的焊缝间隙，而焊缝本身扮演将两片玻璃焊接紧固的功能，因此，焊缝的长短、间距、走向与分布会直接关系到整体焊接强度与密封胶是否能顺利导入到焊缝间隙，根据实际实践经验，发现下列规则与焊缝的分布图案，可以有效的同时满足焊接强度与气密封胶两项要求，可以使用的焊缝图案包括但不限于图4中所展示的图案。

验证玻璃激光焊接(无焊料)的工艺参数、焊接强度、焊缝微结构、焊缝隐密性与气密性能的验证。

(1)激光焊接工艺参数

选用飞秒红外激光作为玻璃激光焊接工具，在下列参数时可以有效完成两玻璃平面间的焊接：

表2

(2)焊接强度测试

取两片长度100mm、宽度50mm、厚度3mm的钠钙玻璃，经过切磨钻洗等加工程序后，以十字方式将两片玻璃上下叠放，置于激光焊接平台上，启动焊接平台真空吸附装置，于室温下进行玻璃焊接，激光功率8W，焊缝为平均宽度50μm、长度40mm的直线，每个受测的玻璃样品上有平行的10条焊缝，焊缝间隔为2mm试样被分别制作并根据GB/T 31541进行拉力测试，依据测试结果，当激光参数如表2所示，对未经刚化处理的钠钙玻璃而言，计算出来的每单位长度焊缝的平均焊接强度分布在15-60MPa的范围，经过刚化处理的钠钙玻璃的平均焊接强度分布在1-20MPa。

夹胶真空玻璃窗可能会因为真空层隔热效率高而发生真空层两侧的玻璃板处于两个不同的温度，例如，冬天时室内温度20℃但室外温度可能低于-10℃；同理，夏季时可能室内维持20℃但室外高达40℃以上，出现这种内外温差时，玻璃材料会有热胀冷缩的自然现象，面对相对高温的那片玻璃板会比较大的膨胀量，反之，面对比较低温的玻璃板会有比较大的收缩量。本发明通过控制焊缝的数量和焊接强度能够使所制备的夹胶真空玻璃克服玻璃板的膨胀或收缩所带来的影响，确保在内外两侧温度不一致(相差较大，例如温差20-30℃)的情况下，仍能够保证焊接密封结构不会因为内外温差导致的应变而被破坏，不会发生焊缝或焊点脱落甚至破裂，保持良好的密封性和强度。

(3)焊缝微结构观察

图5A、图5B中所示为本实施例中利用激光对两片厚度为3mm的钠钙玻璃进行焊接后的显微结构，焊接试样经过拉力试验使的两片玻璃分开后，分别针对正面(图5A)与断面(图5B)进行观察。由图5A中清晰可见，焊缝位将两玻璃面连结，在拉力试验中两片玻璃被分离后，焊缝处可以见到玻璃表面的破裂痕迹，表示焊接处的强度已经不小于玻璃本身的破裂强度。图5B显示焊缝深度约为125μm，以图5B中的这个玻璃试样为例，约24μm位于上方玻璃，约100μm位于下方玻璃内，表示激光的光斑聚焦位置在两片玻璃夹缝之间，但略偏向下方玻璃，所以光班形成的球状等离子能量分布于下方玻璃面较多，造成焊缝在纵深分布上比较深入下方玻璃。由此也可以知道，若光斑聚焦于两玻璃板间的夹缝t中央位置，如图3所示，则上下玻璃a

(4)焊缝隐形测试

本实施例的试样的玻璃激光焊接在正常可见光下可以视为一种隐形焊接，直视时肉眼无法观察到焊缝，要在偏光的情况下才能看到焊缝。

(5)气密测试

经过激光焊接的胶合玻璃板，在真空抽气的状态下将密封胶通过真空层内负压的吸力渗入焊缝位置的玻璃缝隙里，固化后即可达到气密封装的目的。取边宽为300mm的正方形钠钙玻璃板，厚度4mm，经过前处理与清洗乾燥后，使用图2B的结构制作真空玻璃，中央的两片玻璃长度为320mm，比外层玻璃多出20mm，作为焊接与开孔之用，其中一片以化学减薄的方法蚀刻出如图2B中的玻璃G3的式样，除周边不减薄外，玻璃G3的中央区域被蚀刻0.2mm的深度，作为真空层之用。于边框内侧(靠近真空层)距离边缘约5mm处设置一抽气孔，直径约为2mm，以激光打孔机加工，确保边缘平滑工整。使用激光(激光波长1064nm，功率8W)以间隔焊的方式将真空层两侧的胶合玻璃板焊接起来，在以真空泵经由抽气孔将真空层内气体抽出，形成负压状态，此时将密封胶液体涂装于图2B中的玻璃G3、玻璃G4边缘接合的阶梯处，液体胶的黏度小于1000cp，会被吸入焊缝位置的两块玻璃G3、玻璃G4之间的缝隙，液体胶为硅氧烷反应型化合物，待反应完成后即完成封装作业。此时，将真空层内的空气压力抽至低于0.01Pa，然后紧闭抽气阀门，使用氦质谱测漏仪(安徽皖仪科技股份有限公司型号SFJ-231)以及Infitech CFV106皮拉尼真空度计两种方法观察与测量是否有漏气现象。测试结果显示，真空度可以维持，并无漏气现象。

(6)隔热与隔声效能的改善

前述工艺制造主要是说明冷激光焊接在真空胶合玻璃上的独特应用，若没有使用冷激光焊接，则无法将PVB、SGP、TPU这三种胶膜与真空层复合在一起，这是冷激光焊接在此所扮演的特殊必要角色。

以时速350公里的高铁为例，对于侧窗最重要的三项是：①车窗模组的减重；②列车静止状态下的车窗热导率U值应小于1.6W/m

表3

高铁车厢侧窗的减重：

时速350公里的高铁侧窗简化后的示意图如图1A所示，其中左侧的G1/F1/G2为外侧，与外部环境接触，通常在玻璃G2镀有减少阳光照射的抗辐射膜(Low-E film)，典型的材质与厚度组合是(钠钙玻璃6mm)/(PVB隔音胶膜1.5mm)/(钠钙玻璃4mm)。图1A的右侧G3/F2/G4为侧窗内侧，与车厢内环境接触，典型的材质与厚度组合为(钠钙玻璃4mm)/(PVB隔音胶膜1.5mm)/(钠钙玻璃4mm)；左侧胶合玻璃与右侧胶合玻璃中间是一层厚度为14mm填充氩气的中空层A，这三个部分由内框及框内胶黏结组合而成，总厚度为35mm。由表3中的数据可知，对于时速400公里的高铁车厢侧窗重量应减少10％，且隔热效能要提升28％，噪声要降低7％，但原有的窗玻璃模组强度，例如抗砾石撞击等等的安全要求仍然要保持住，明显的若使用原设计的玻璃材质与厚度已经无法达成减重又维持安全强度的要求。

与重量直接相关的物理量包括体积与密度，而高铁侧窗的长、高尺寸是固定的，因此只有降低玻璃或PVB膜的厚度才能透过体积这个路径达到减重，但是，本发明的发明人研究发现：通过这个路径来进行减重存在以下风险：①无论是玻璃或是PVB膜的厚度降低会同时降低胶合玻璃的材料强度；②材料厚度降低也同时会降低胶合玻璃模组的隔声与隔热能力。因此，如果采用这种路径，必须要有相应的补救方法来弥补上述三项性能的损失，且这种相应的方法不但要能弥补下降的性能甚至还要进一步提升28％的隔热能力与7％的隔声能力(请参阅表3)。

本发明的技术方案采用另一个路径，即降低密度，本发明选用密度较小的玻璃来替代原先的钠钙玻璃，目前玻璃业界所能量产的玻璃板材可分为三类材质：钠钙玻璃(俗称窗玻璃)、铝硅玻璃(俗称高铝玻璃，例如手机盖板)、硼硅玻璃(俗称高硼硅玻璃)。三者的基本物理特性整理于表4。

表4

由表4中数据可知，硼硅玻璃(Borofloat 33)的密度比为2.23g/cm

对于隔声与隔热而言，质量定律是第一个要考量的因素，特别是隔声效能。简言之，所谓质量定律就是指声波在传递能量时，质量越大的物件具有越高的隔声效果。当原先侧窗玻璃模组里的钠钙玻璃被替换为密度较低的硼硅玻璃或是降低厚度的高铝玻璃时，代表窗玻璃的质量下降，因此隔声效能会下降，但时速400公里的高铁侧窗却需要提升隔声的效能，若又同时考虑到提升隔热的效能，这显然是一个两难的问题，因为减重就会牺牲隔热与隔声，若要提升隔热与隔声能力又不增加质量，最佳的解决方法就是导入真空层，众所周知热量与声波在具有抗辐射镀膜的真空层中是很难传递的，因此，在高铁侧窗玻璃模组减重10％的同时，本发明通过增加真空层到玻璃模组中，利用真空隔热与隔声的原理兼顾减重、隔热与隔声三种要求。

表5

真空玻璃的隔热与隔声效能的优越性可以由表5中的数据比较得知，而高铁侧窗的玻璃结构中又加上两层夹胶，形成中空夹胶玻璃，以时速350公里的高铁侧窗为例，其玻璃模组结构如图1A，此结构与表5中镀Low-E双玻单腔的中空玻璃比较，这种4玻2胶单腔的玻璃窗，其隔热可达1.4W/m

基于上述观察与分析，一种真空夹胶的中空玻璃侧窗被设计与制作出来，目的是要达到或超越时速400公里高铁侧窗的性能要求。以下先就含有真空层的中空夹胶玻璃模组的结构与减重进行分析。如图1B，侧窗左侧仍然维持玻璃G1/胶膜F1/玻璃G2的组合，由于考虑到左侧是对应车厢外部环境的一侧，重点在于①较高的安全防撞考量，②将外部热量、辐射、声波最大可能的阻挡或反射回外部环境中，③维持玻璃G1的外观条件与先前的高铁车窗一致，因此，玻璃G1优先维持最厚且外观颜色均与原先不变，仍保持钠钙灰玻；同理，胶膜F1与Low-E镀膜也都保持不变；但玻璃G2可以调整。图1B右侧的结构调整为G3/V/G4/F2/G5的真空胶合组合，使用降低厚度的高铝玻璃为主。左右两侧中间仍然维持填充氩气的中空层，并藉由调整中空层A的厚度来调控车窗总厚度T，此时T可以调整为原先的35mm厚度，或是未来有需要降低车窗总厚度时可以很有弹性的藉由降低中空层A的厚度来降低整组车窗的总厚度。

减重的数学模型可以如下说明，假设组成玻璃窗的每片玻璃与胶膜长度L与高度h都相同，仅厚度与材质(密度)有变化，此时每片玻璃或胶膜的面积S＝L·h；可用的玻璃种类如表4，则图1B中的各层组合可以表6中的符号及其定义加以计算，并得到减重的比例。

表6

依据图1A中的原设计(减重前)，可以用公式(1)计算原设计的侧窗玻璃模组重量W

依据图1b中的组合结构：G1/F1/G2/A/G3/V/G4/F2/G5，由于中空层的氩气重量可以忽略不计，因此假设具有重量的各层材料的总厚度为T，则T可用下式表达：

T＝G1+G2+G3+G4+G5+V+F1+F2 (2)

玻璃模组重量(中空真空胶合)W

上式中D

若已知3种玻璃材质与真空层、胶膜的厚度比例，则更简单的计算方法可以藉由先计算混合平均密度D

D

则W

W

所以，减重前的侧窗玻璃模组重量W

W

减重前的侧窗玻璃模组就是原先设计组合，也就是图1A中的组合，此时可以将公式(3)与(4)中的P

到此可以得到减重比例的计算公式，若ΔW代表减重比例，则

将公式(4)(5)(6)代入公式(7)可以的到公式(8)：

公式(8)中的k代表原先设计的混合平均密度，k＝P

整理后可以得到条件式(10)：

T·D

其中D

表7

其中，说明一行给出的是中空胶合玻璃(仅含有中空层)、中真空胶合玻璃(同时含有中空层、真空层)的具体组成，其中，SL代表钠钙玻璃，P代表PVB胶膜，A代表中空层，AS代表铝硅玻璃，V代表真空层，BS代表硼硅玻璃，字母之前的数字代表厚度，例如：6SL代表6mm厚的钠钙玻璃，文字之前的数字代表该胶合玻璃中所采用的这一材质的玻璃的数量，例如2钠钙代表采用了2块钠钙玻璃。

表7所列举的10个组合中Ex.1、3、5、6、7、8、10等7种组合都可以达到减重10％的目标，此处仅为举例但可以达到减重10％的组合仍有很多，不限于此处所描述的7种。在考量到制造成本与其他相关因素后，将优先采用Ex.7的组合进行实测。

对于真空胶合的4层玻璃+2层胶膜+1个中空层+1个真空层的结构(如图1B)的隔热与隔声测试，Ex.7的减重设计被选取进行实作与实测。

根据Ex.7的玻璃模组设计，样品制作说明如下：玻璃G1选用钠钙玻璃，厚度6mm；玻璃G2、玻璃G3、玻璃G4、玻璃G5选用化学强化的高铝玻璃，厚度分别为3mm、3mm、2mm、2mm；胶膜F1与胶膜F2维持使用PVB隔音膜，厚度1.52mm。样品尺寸：玻璃G1、玻璃G2、玻璃G5、胶膜F1、胶膜F2的长与高分别为1420mm与750mm，玻璃G3与玻璃G4配合激光焊接必须形成凸台结构(如图2B)，其中玻璃G3凸出20mm，长宽分别为1460mm与790mm，真空层V由玻璃G3化学蚀刻深度0.3mm，边缘保留14mm的宽度不蚀刻，作为与玻璃G4激光焊接的位置，玻璃G3的凸台范围宽20mm，其中靠板外缘有14mm的未蚀刻区，剩下的蚀刻区有6mm的宽度，在此6mm范围内至少开一个阶梯孔，作为抽气孔与放置吸气剂之用；玻璃G4的凸台宽度为25mm，比玻璃G3长出5mm，使的玻璃G3与玻璃G4间可以形成L型台阶(如图2B)，这是必要的结构设计，此L型台阶有利于焊接之后的液体密封胶的填装，密封胶可以二次对真空层周边进行气密封装，作为激光气密焊接的再次补强，使得真空层的气密性可以由两种方法同时作用，提高真空气密的可靠性。

真空层内使用专利申请号为202210074202.5的发明专利申请所记载的柔性微支柱，该支柱直径不大于0.5mm，具有超低热传系数0.03W/m·K，并使用柔性微支柱的特殊隔声结构；柔性支柱的平均间隔为30mm，真空层V内气体压力为0.01Pa，真空层V的高度不超过0.3mm。G1/F1/G2使用高压釜进行胶合，压力为1.4MPa，温度120-125℃，同理G4/F2/G5也使用相同的高压釜工艺完成胶合。玻璃G3先开孔然后进行化学蚀刻，接著进行化学强化，然后将处理好的玻璃G3与胶合好的G4/F2/G5以激光焊接的方法形成一体，焊接前应先放置好未激活的化学吸气剂，并再以密封胶进行周边密封，接着进行抽真空与激活化学吸气剂等工序，即可完成用于测试的样品。

热传导率的测试是依据国家标准GB/T 8484-2020，并同步参考GB/T 10294-2008与GB/T 10295-2008，测试结果显示Ex.7的玻璃模组设计可以达到热传导率U值低于0.9W/m