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《科技日报》丨千磨万击还坚劲——看国产纳米微晶玻璃如何造就

2024.04.07 11:28

科技日报

鑫景特玻生产线上的纳米微晶玻璃。图片由鑫景特玻提供

砸核桃、敲钉子、用沙子磨、用汽车轧……近期,某款华为手机经历极限测试后,屏幕仍完好无损的视频,在网络上火热传播。

一块薄薄的手机屏幕,为何如此坚劲?关键是其盖板采用了国产纳米微晶玻璃。

纳米微晶玻璃实现国产化,被业界认为“代表着我国特种玻璃领域的重大突破”。在这一领域率先打破国外垄断的,是一家来自西部的“小巨人”企业——重庆鑫景特种玻璃有限公司(以下简称“鑫景特玻”)。

跨界转型,特种玻璃自己造

玻璃作为众多行业的基石,在生产、生活中必不可少。随着高新技术的发展,具备各种特殊功能的特种玻璃应运而生。

微晶玻璃便是特种玻璃家族中的一颗明珠。与普通玻璃的非晶体结构不同,微晶玻璃内部有着独特的晶体结构。当这些晶体小到纳米级别时,就成为纳米微晶玻璃。

“巴掌大小的一块纳米微晶玻璃,内部充满了亿亿个高强度纳米晶体。”国内特种玻璃领域著名专家、海南大学材料与化工学院副院长姜宏告诉科技日报记者,“这种晶体的规则排列,赋予材料优越的物理和化学性质,可以有效阻断裂纹的扩散,使玻璃的强度、耐磨性等大大提升。”

正因如此,以纳米微晶玻璃为代表的特种玻璃,不仅被用在高端手机上,在诸多新兴行业也有着“天量需求”,重要性不言而喻。

然而,这一市场却长期被国外企业垄断。

10多年前,在重庆运营着国际五星级酒店的民营企业家白一波,得知我国特种玻璃制造受制于人的境况后,萌生了从房地产向新材料转型的想法。

此时,由姜宏牵头的航空玻璃、手机触摸屏两个特种玻璃国家级科研项目刚刚完成,成果亟待走出实验室、走向产业化。

白一波几经打听找到了姜宏。双方一拍即合:“中国人一定能造出自己的高端特种玻璃!”

2014年7月,鑫景特玻注册成立。作为公司创始人、董事长,白一波从此将全部心血和资源都倾注于特种玻璃的研发生产。

边招人、边建设、边测试,一场追求“硬度”的极限探索开始了。

尽管鑫景特玻手握姜宏的首创技术,但白一波很快发现,从实验室到工业量产,难度远远超出预想。高昂的研发费用、巨大的试产挑战,以及漫长的认证周期,如大山般横亘于他们面前。

丢个水包,气泡终于消失了

从2014年鑫景特玻工厂启动建设,到2018年生产线点火启动,4年过去了,投入多达4亿元,能否量产还是个未知数。

“研发配方可以在实验室验证,但制作流程只能在生产线上研究、调整、验证。”作为鑫景特玻设备动力部部长,彭灿有着十几年玻璃企业生产和建厂经验,深知其中不易。

特种玻璃对理化性能的要求极高,相关标准涉及上百个参数。每个参数都如精密齿轮,需要精准咬合。应力、气泡等亟待攻克的难点,考验着研发团队的智慧和耐心。

“窑炉点火后不能熄,生产线要保持24小时运转。”回忆起当时的情景,彭灿直言“压力山大”——一批批原料投进去,出来的却总是充满气泡的残次玻璃,每天的耗损可以买台豪华轿车。这让他茶饭不思、夜不能寐。

2019年尤为艰辛。技术研发不断烧钱,高薪聘请的生产部负责人频繁离职。一位经验丰富的老生产部部长,努力了一年,也不见起色,离开时无奈地说:“照这样下去,是造不出特种玻璃的!”

在熊熊燃烧的窑炉和一堆堆残次玻璃旁,科研人员和生产部门的员工陷入了沉默。

理论没问题、实验没问题、操作没问题,可为何玻璃中总是充满气泡?经过深入分析,他们发现,气泡是在玻璃液接触窑炉底部时产生的,要想减少气泡,必须给窑炉降温。但此前用吹风机降温效果有限,难以解决问题。

面对困境,有人提出大胆的想法:“往窑里丢个水包降温,行不行?”

这个方法很直接,但风险也很大,一旦处理不当,会直接导致窑炉受损、产线停产。

“初生牛犊不怕虎”。研发和技术部门的“90后”们决定试一试。

经过周密计算,黄昊等青年人和技术专家一道,每隔2个小时,把由钢板制成的水包(类似铁制水管)往窑炉伸进10毫米,给池壁降温,同时精细调控各种参数。

半个多月后,玻璃中的气泡终于消失了!

这一工艺创新,将特种玻璃量产合格率提升至80%,为大规模生产铺平了道路。随着工艺的不断改进,合格率又一步步提升至97%。

独有技术,纳米微晶长出来

2021年,我国第一块纳米微晶玻璃终于下线。

姜宏介绍,纳米微晶玻璃的成功研制,关键在于鑫景特玻掌握了该领域的核心技术——把数量庞大的纳米微晶融入玻璃中。

微晶玻璃生产工艺分为配料、熔化、成型、晶化等多个阶段,其中晶化是技术含量最高的一环。晶化过程需要将纳米级玻璃原子进行有序排列,形成“坚如磐石”的特殊结构。

“经过这些年的实践,我们摸索出了独有的晶化技术,实现了玻璃中微晶结构和形态的精准调控。”已晋升为研发部部长的黄昊说,技术的核心是对温度的精准控制。

为了攻下这一难关,他们先后进行了上万次的工艺调整和改进,其间经历了烧塌中试窑炉、拆掉新建产线等无数次挫折,最终开发出温度控制设备——隧道窑。该设备可将温度变化控制在1℃以内,确保玻璃中生长出足够数量的高强度纳米晶体。

经过近10年的努力,鑫景特玻打破了国外巨头在特种玻璃领域的垄断局面。目前,该公司已申请国内外专利350多项,其中发明专利282项,生产工艺拥有完全自主知识产权,产品广泛应用于智能家电、航空、高铁、新能源汽车等领域,为我国高端制造业的发展提供了有力支撑。

在鑫景特玻忙碌的生产车间里,记者看到,一块不足7英寸大小、厚度约0.5毫米的纳米微晶玻璃,要经过64克重的铁球,从0.4米到2.5米的不同高度落下砸击,没有丝毫损伤后才能通过出厂检测。

“材料强则产业强,一块小玻璃也能创造一个大世界。”站在生产线旁,白一波向记者表示,“下一步,我们将乘着大力发展新质生产力的东风,坚持以国家战略需求为导向,不断创新突破,为社会创造更大的价值!”(记者 雍黎)

责编:林佳欣

原文链接:https://tech.gmw.cn/2024-04/07/content_37248534.htm

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