您當前位置: 首頁 > 專題 > 建材力量 > 建材行業十大科技突破領軍企業 | 中建材玻璃新材料研究總院:以“獨門絕技”賡續創新之路

中建材玻璃新材料研究總院(簡稱“玻璃新材料研究總院”)的前身是1953年在北京成立的第一批國家級綜合性甲級科研設計單位,是國家重點高新技術企業、國家技術創新示范企業、國家級工業設計中心。20世紀70年代,一眾科研骨干從北京落戶蚌埠,成立蚌埠玻璃工業設計研究院(簡稱“蚌埠院”),2000年加入中國建材集團并改制成立中國建材國際工程集團有限公司;2014年,以蚌埠院為核心企業成立凱盛科技集團有限公司,2019年成為國有企業混合所有制改革試點單位,2021年完成重組增資,中國建材工程集團成為蚌埠院全資子公司。2022年,為更好地打造集科研開發、產業孵化、工程服務于一體的玻璃新材料高科技中央應用研究院,蚌埠院更名為中建材玻璃新材料研究總院。
在中國工程院院士、玻璃新材料研究總院黨委書記、院長彭壽的帶領下,玻璃新材料研究總院相繼建設了國家玻璃新材料創新中心、浮法玻璃新技術國家重點實驗室等國家級創新平臺12個,硅基材料安徽省實驗室、安徽省玻璃新材料工程技術研究中心等省部級創新平臺30個;累計承擔國家“863”“973”科技支撐計劃課題近20項,獲國家科技進步獎一等獎1項、二等獎3項,省部級獎132項;目前擁有專利720件,主持和參與制定國家和行業標準30項,承擔和完成國家課題9項;先后斬獲第五屆中國工業大獎、中國國際工業博覽會大獎、首屆師昌緒新材料技術獎、美國陶瓷學會硅酸鹽技術創新領袖獎等獎項。

經過多年持續創新,玻璃新材料研究總院相繼開發出超薄電子觸控玻璃、TFT-LCD液晶基板玻璃和高強蓋板玻璃、30微米柔性可折疊玻璃,打通了信息顯示產業鏈,為我國信息顯示產業發展提供了關鍵基礎原材料;成功下線世界最高光電轉換率銅銦鎵硒發電玻璃、世界首塊大面積碲化鎘發電玻璃,實現了第二代薄膜太陽能電池技術的重大突破,推動了光伏產業升級;重點發展深海探測、航空航天、醫藥等領域關鍵無機非金屬材料,攻克中國首支疫苗用中性硼硅玻璃管,空心玻璃微珠成功應用于“海馬號”浮力材料制備,助推中國玻璃技術和產業在國際上由追趕進入領跑。
破解關鍵技術“卡脖子”難題
超薄信息顯示玻璃是電子信息顯示產業所需的關鍵核心材料,廣泛應用于信息通訊、智慧城市、國防科技等領域,由于研發過程需要多學科、多領域的高度復合集成,工藝技術復雜,生產難度極大,其核心技術長期被美國、日本少數幾家公司所壟斷,造成我國光電顯示產業鏈關鍵環節嚴重缺失,產業發展長期受制于人,產品價格常年居高不下。因此,突破封鎖,打破壟斷,開發超薄信息顯示玻璃成為國家光電顯示產業發展的重大戰略需求,也是中國當代玻璃科技工作者的責任、使命和夙愿。
TFT-LCD玻璃基板是液晶顯示面板的核心部件,是電子信息顯示產業的關鍵戰略材料,其生產控制精度與半導體行業相當,代表著目前全球現代玻璃規模化制造領域的最高水平。2019年9月18日,我國首片8.5代TFT-LCD玻璃基板產品成功下線,實現了我國高世代液晶玻璃基板“零”突破。自此,中國成為全球第三個掌握高世代液晶玻璃基板生產技術的國家。

以“中國浮法”工藝為基礎,玻璃新材料研究總院將TFT-LCD玻璃的高效熔化、澄清均化與超薄浮法成形退火工藝技術相結合,首創了具有中國特色的氣電混合高效熔化、新型貴金屬流道超薄浮法成形工藝,開發出突破國外技術壁壘的TFT玻璃核心配方,攻克了極難熔電子玻璃高效熔化澄清等系列關鍵核心技術,實現了熔窯、貴金屬通道等核心裝備的國產化,開辟了高世代液晶玻璃基板“中國制造”的新紀元。
在“十三五”國家重點研發計劃支持下,蚌埠中光電科技有限公司建成國內首條8.5代TFT-LCD浮法玻璃基板生產線。目前產品已順利通過京東方、惠科集團等國內主流面板廠商的全流程梯度應用認證,實現了規模化批量銷售,對保障千億級信息顯示產業鏈、供應鏈安全具有里程碑意義。
再來說說液晶屏中與用戶距離最近的一層——蓋板玻璃,因其高強度、耐劃傷的特性,被廣泛用作高端智能手機、平板電腦、平板電視、工業商業觸摸屏的“保護層”。在高強蓋板玻璃方面,玻璃新材料研究總院形成了具有自主知識產權的高鋁玻璃料方、“全氧燃燒+電助熔”熔化技術、超薄成形工藝、精密退火工藝、缺陷檢測及應對等浮法專有技術,開發出0.2至6.0毫米的全系列高鋁玻璃產品。如今,該技術已成功應用于中建材(蚌埠)光電材料有限公司,形成了國內第一條具有完全自主知識產權的日產70噸高強鋁硅酸鹽玻璃生產線,突破了國外技術封鎖和市場壟斷,產品已應用于國內主流知名廠商。
在柔性玻璃(UTG)方面,玻璃新材料研究總院聯合凱盛科技股份等企業共同開發出國內唯一全國產化的“原片配方開發、原片生產、UTG減薄、UTG成型、柔性貼合”全套超薄柔性玻璃生產工藝技術,形成了全國產化超薄柔性玻璃產業鏈,突破了信息顯示關鍵材料“卡脖子”技術,打破了國外壟斷。據了解,團隊自主研發的30微米柔性可折疊玻璃,厚度僅為發絲的三分之一,可以做到彎折超過數十萬次而不破損,主要性能指標和產品良率達全球頂尖水平,即將應用于新一代折疊手機中。

助力綠色低碳
在碳達峰、碳中和的大背景下,光伏產業一直保持在較高的景氣度。《關于完整準確全面貫徹新發展理念做好碳達峰碳中和工作的意見》提出,到2030年,風電、太陽能發電總裝機容量要達到12億千瓦以上,光伏產業爆發出巨大潛力。
光伏玻璃是光伏組件中重量占比最大的材料,其薄型化不僅能為光伏玻璃企業節約生產成本,更可以大力助推光伏組件的輕量化。由玻璃新材料研究總院參與完成的“太陽能超薄光伏玻璃工藝及裝備開發”成果便有效解決了這一難題。
“雙碳”目標提出后,綠色建筑、超低能耗建筑被認為是建筑的未來發展方向,其中光伏建筑一體化逐漸成為橫跨光伏、建筑兩大行業的熱門概念。普通光伏玻璃對光照條件的要求較高,且外形較為單一,如何實現更高效、更多元的“玻璃發電”成為研究人員攻克的目標。歷經多年探索,依托玻璃新材料研究總院科研平臺,世界第一塊大面積碲化鎘發電玻璃在成都下線,開創了中國碲化鎘薄膜太陽能發電玻璃產業化先河;2018年4月世界第一條大面積碲化鎘發電玻璃生產線投產,并實現當年投產當年盈利。
碲化鎘發電玻璃是在兩塊普通玻璃之間沉積一組先進的光電功能材料,使玻璃從絕緣體變成導體,并且具有發電功能,即便在弱光條件下,也可通過光電轉化產生電能。鑒于其發電多、效能高、能耗低、可適用于復雜環境且安全、環保、可回收、可定制等特性,產品已成為推動光伏建筑一體化、助力“雙碳”目標實現的重要新興力量。
2021年,玻璃新材料研究總院所屬Avancis公司生產的30厘米×30厘米銅銦鎵硒(CIGS)太陽能電池組件的光電轉換效率達到19.8%,再次打破了銅銦鎵硒太陽能電池組件光電轉換效率的世界紀錄,為工業化量產和規模化生產打下了堅實的基礎。借助銅銦鎵硒發電玻璃先進技術,凱盛科技在蚌埠建成了國內第一條具有自主知識產權的300MW銅銦鎵硒發電玻璃生產線,穩定量產我國銅銦鎵硒發電玻璃“首批次、首臺套、首應用”新材料,并進一步加強發電玻璃在建筑和交通等領域的應用。
相信隨著技術的改進和成熟,新型光伏技術將賦予光伏建筑更多可能,為我國早日實現碳達峰、碳中和目標作出新的貢獻。
守護國民健康
受溫度、濕度、空氣、光、微生物等影響,藥品的穩定性會發生變化,因此需要特殊的藥用玻璃作為包裝材料。目前,5.0中硼硅玻璃在耐水性、耐酸耐堿性、抗冷凍性、熱穩定性、灌裝速度等方面都遠優于7.0低硼硅玻璃,是國際公認的安全藥品包裝材料。可這看似簡單的“玻璃瓶”技術卻長期被日、美、德的企業壟斷。尤其在新冠肺炎疫情期間,作為國家關鍵應急需求,自主研發應用意義重大。
為更快滿足國內玻璃藥用包材市場的需求,提高我國藥用包裝玻璃材料及相關中成藥的國際競爭力,玻璃新材料研究總院前瞻布局,緊鑼密鼓地開展了以藥用玻璃為代表的特種玻璃關鍵核心技術攻關,充分發揮自身科研和技術優勢,充分調動科研人員的報國熱情和智慧力量,采用自主研發的“全氧燃燒+電助熔”熔化工藝、丹納法成型工藝和特殊的鉑金供料系統,突破了藥玻管熔化溫度高、粘度大、澄清與均化難、硼氧化物易揮發等“痛點”,設計開發出國內首座中性硼硅玻璃新型窯爐,實現了核心設備國產化。
千錘百煉,玉汝于成。經過1000余次的技術試驗,研究團隊成功攻克高品質熔化、高精度成型等核心難題,在國內首次實現了高品質中性硼硅藥用玻璃管的穩定量產,產品通過國內權威檢驗機構和歐盟RoHS的雙重檢測認證,質量比肩國際先進水平。
這種藥玻技術作為國內首創,改變了“技術壟斷、供應控制、價格歧視”的被動局面,推動了國產高品質中性硼硅玻璃的規模化應用,促進了藥玻行業轉型升級,進一步保障國民用藥安全;產品作為疫苗關鍵原材料,彌補了疫苗產業鏈短板,破解了疫苗包裝和裝備“卡脖子”的難題,增強了產業鏈供應鏈自主可控能力。在2020年疫情期間,中國建材集團無償為疫苗研發機構提供了上千萬個疫苗瓶,為滿足疫情應急防控需求貢獻了中堅力量,讓“中國制造”在抗疫戰場大顯身手,為保障人民生命健康貢獻央企的力量與擔當。
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一個個“中國首創”,一個個“世界第一”,無論是之前的玻璃設計研究院,還是如今的玻璃新材料研究總院,它始終秉持“中央應用研究院”的定位,以市場和技術為引領,不斷刷新創新成果,取得了多項“獨門絕技”,實現了由傳統科研院所向高科技企業集團的轉型。這輝映了民族玻璃工業理想精神高峰,也彰顯了全球現代玻璃規模化制造領域的最高水平。
新材料產業是戰略性、基礎性產業,也是高科技競爭的關鍵領域。作為“國家隊”,玻璃新材料研究總院始終立足“國之大者”,聚焦“四個面向”,堅持“宜業尚品、造福人類”建材行業發展目標,賡續創新之路,不斷推動核心技術突破與產業化,推動中國品牌屹立于世界之巔。
本刊記者 / 靳惠怡