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《中國建材報》:講述中國建材集團(tuán)的新材料故事系列報道③ | 最輕最薄的大國重器
來源:CNBM 發(fā)布時間:2018-11-01編者按:一項堪與高鐵、核電站相媲美的高技術(shù),飽含著中國玻璃科研工作者們的多年夙愿,受益的是所有使用電子產(chǎn)品的人們。
超薄玻璃,大國重器,全球市場上的競爭,硝煙彌漫。
但三年前,“這里的黎明靜悄悄”。2015年3月底,中國建材集團(tuán)的0.2毫米超薄玻璃在蚌埠實現(xiàn)量產(chǎn)后,《中國建材報》記者采訪了時任日本旭硝子株式會社中國總代表新保貴史,當(dāng)時他對旭硝子超薄玻璃的市場地位非常有信心,認(rèn)為中國的超薄玻璃產(chǎn)品研發(fā)時間不長,對于實際的應(yīng)用還需要繼續(xù)摸索。“目前還沒有對旭硝子產(chǎn)生很大的影響。”新保貴史斷言。
三年后,在電子信息顯示材料的戰(zhàn)場上,中國建材集團(tuán)所屬凱盛科技已成長為一支勁旅。凱盛科技總經(jīng)理、蚌埠院院長彭壽坦言,蚌埠中顯超薄玻璃在全球市場的占有率,已近40%。業(yè)界認(rèn)為,隨著凱盛科技高鋁玻璃等產(chǎn)品的陸續(xù)投放市場,超薄玻璃全球市場,或?qū)⒂瓉砀影谉峄偁幘置妗?/p>
如今,0.12毫米超薄玻璃也已在中國建材集團(tuán)實現(xiàn)量產(chǎn)。對于鑄造最輕最薄的大國重器,中國建材集團(tuán)董事長宋志平如此評價:“我認(rèn)為這是可以和高鐵、核電站相媲美的?!?/p>
0.12毫米超薄玻璃
“這是一件非常難的事”
早在上世紀(jì)90年代末,蚌埠院就開始布局和謀劃TFT-LCD玻璃基板技術(shù)的攻關(guān)。只是當(dāng)時國內(nèi)市場尚未十分成熟,而且TFT屬于資金和技術(shù)密集型產(chǎn)業(yè),門檻較高,相關(guān)項目并未快速推進(jìn)。近些年來,圍繞玻璃的“超薄化、大尺寸化、超白化、多功能化”四大發(fā)展趨勢,蚌埠院開始快速推動玻璃材料的革命。
蚌埠院歷史悠久,1953年成立,20世紀(jì)70年代初由北京遷至安徽蚌埠,1995年被建設(shè)部列為建立現(xiàn)代企業(yè)制度試點單位,2000年進(jìn)入中國建材集團(tuán),并在上海改制成立中國凱盛國際工程公司(現(xiàn)中國建材工程)。
“超薄信息顯示玻璃項目是當(dāng)時圍繞著國家重大戰(zhàn)略需求立項的,也順應(yīng)了玻璃的超薄化發(fā)展趨勢?!迸韷巯颉吨袊ú膱蟆酚浾弑硎?,超薄玻璃基板是液晶顯示器的關(guān)鍵組成部分,具有十分廣闊的應(yīng)用前景。長期以來,國內(nèi)0.5毫米以下的玻璃基板全部依靠進(jìn)口,這不僅增加了中國企業(yè)的生產(chǎn)成本,也在一定程度上影響了國內(nèi)數(shù)碼設(shè)備制造企業(yè)與國際上同類企業(yè)的競爭。
進(jìn)入新世紀(jì)以來,我國已成為全球平板顯示產(chǎn)業(yè)發(fā)展最快的國家,隨著技術(shù)進(jìn)一步升級,LED背光電視、3D電視、智能手機(jī)、平板電腦等電子類產(chǎn)品的消費推動著平板顯示產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
然而,我國平板顯示產(chǎn)業(yè)“缺芯少屏”的現(xiàn)狀令人擔(dān)憂,造成“缺芯少屏”局面的主要原因是“缺芯少板”,少了液晶顯示器件的關(guān)鍵原材料——液晶玻璃基板。因為這種玻璃的制造多年來一直被美國康寧、日本旭硝子等國際巨頭壟斷。
面對中國強(qiáng)勁增長的玻璃基板市場,國外巨頭不斷加大開拓力度。相比之下,玻璃基板本土化建設(shè)速度卻始終有限,發(fā)展大大滯后于本土面板生產(chǎn)線的建設(shè),為產(chǎn)業(yè)保持持續(xù)、穩(wěn)定發(fā)展帶來巨大隱憂。這也成為玻璃行業(yè)科研工作者們心頭的痛。
要不要上超薄玻璃項目,中國建材集團(tuán)邀請了眾多專家經(jīng)過了多次論證。不過,專家論證后一致認(rèn)為:風(fēng)險比機(jī)遇大,極有可能失敗。
在這樣的論證結(jié)果面前,宋志平最終拍板:“中國人,尤其是中國玻璃行業(yè)的人,必須攻克這塊玻璃?!彼麑ε韷厶岢龅钠谕恰灰獩]有顛覆性的失敗就行。
所謂沒有顛覆性的失敗,是指只要能把超薄玻璃拉出來、能應(yīng)用就行,良品率低一點也沒關(guān)系。就是這樣的一個決定,經(jīng)過反復(fù)論證后,中國建材集團(tuán)的超薄玻璃項目得以上馬。
2008年6月,蚌埠院瞄準(zhǔn)市場需求,踏上了TFT-LCD玻璃基板技術(shù)自主創(chuàng)新的攻堅路;2010年12月29日,國內(nèi)第一片4.5代0.5毫米超薄玻璃基板下線;2011年7月1日,0.4毫米超薄玻璃基板誕生。
0.12-0.7毫米超薄玻璃
蚌埠中建材信息顯示材料有限公司(簡稱:蚌埠中顯)的150t/d電子信息顯示超薄玻璃基板項目,安徽省以戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)重大項目和自主創(chuàng)新重大項目政策投入了6000萬元,用于項目研發(fā)和建設(shè),并為其施工營造了良好環(huán)境。以這6000萬元為啟動資金,蚌埠院此后又為該項目陸續(xù)投入了約8億元。
蚌埠中顯在玻璃厚度上的突破非常迅速。2013年9月8日點火烤窯,之后的短短10個月內(nèi)便完成了0.3-1.1毫米超薄浮法電子玻璃全系列的成功生產(chǎn),創(chuàng)造了國內(nèi)外同類產(chǎn)品良品下線速度的新紀(jì)錄。
2015年3月28日,0.2毫米超薄玻璃基板成功實現(xiàn)穩(wěn)定量產(chǎn);2016年4月,0.15毫米;2018年4月突破0.12毫米。
0.12毫米超薄玻璃在展會上吸引眾人目光
“最近可能還會拉出0.1毫米的柔性的(玻璃),這是一件非常難的事?!迸韷蹖Α吨袊ú膱蟆酚浾哒f。
在生產(chǎn)時,由超薄到極薄,首先要跨越的障礙是原料配方。把玻璃拉薄,需要加入一種特殊的金屬氧化物來提高溶液的延展性,但如果添加過多,產(chǎn)品又會變得易碎。到底添加多少合適呢?研究人員只能不斷地去尋找、去測試。
從實驗室到產(chǎn)業(yè)化,最難的還是生產(chǎn)線上工藝參數(shù)的調(diào)整。實驗室做出的超薄玻璃樣品僅有10厘米寬,而工業(yè)生產(chǎn)的超薄玻璃要做到4米寬。這對玻璃強(qiáng)度、韌度的指標(biāo)有著極大的考驗,需要上萬次的工藝參數(shù)調(diào)整。而每種功能不同的玻璃都需要重新調(diào)整工藝參數(shù),這樣的過程需要持續(xù)不斷才能保證玻璃的最優(yōu)性能。
原料研究與裝備制造至關(guān)重要
十年間,超薄玻璃這種產(chǎn)品曾兩次獲得國家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎,這也從另一側(cè)面印證了它的國家戰(zhàn)略地位。不過,這兩次獎項所蘊(yùn)含的意義大不相同。
2006年度國家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎評選中,洛玻集團(tuán)“超薄浮法玻璃成套技術(shù)與關(guān)鍵設(shè)備在電子玻璃工業(yè)化生產(chǎn)的開發(fā)應(yīng)用”項目榮獲國家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步一等獎。
十年后,蚌埠院、中國建材工程等5家單位共同完成的“超薄信息顯示玻璃工業(yè)化制備關(guān)鍵技術(shù)及成套裝備開發(fā)”成果獲2016年度國家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎二等獎。
“有好多設(shè)備咱們自己做不了,有一部分是進(jìn)口設(shè)備?!碧崞?006年洛玻集團(tuán)在洛陽建成的兩條超薄玻璃生產(chǎn)線,蚌埠中顯總經(jīng)理任紅燦告訴《中國建材報》記者,受技術(shù)能力、生產(chǎn)設(shè)備的限制,那兩條超薄玻璃生產(chǎn)線能做出的最薄的玻璃是0.4毫米左右。十幾年后,蚌埠中顯超薄玻璃生產(chǎn)線的裝備水平有了質(zhì)的變化。
據(jù)了解,生產(chǎn)超薄玻璃的裝備都屬于非標(biāo)產(chǎn)品,無法直接購買,必須自行研發(fā)。這些年來,蚌埠院、中國建材工程一直在玻璃的裝備研發(fā)上做創(chuàng)新,如拉邊機(jī)、錫槽、退火窯等,通過60年來不斷的技術(shù)研發(fā)積累和細(xì)致入微的設(shè)計優(yōu)化,形成了全套技術(shù)成熟、獨具特色、性價比極為優(yōu)越的超薄浮法玻璃裝備。正因如此,2016年度的國家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎二等獎獲獎項目中,值得注意的是“關(guān)鍵技術(shù)”與“成套設(shè)備”。
2014年1月的一天,宋志平在多人的陪同下,考察了蚌埠院的電子信息顯示超薄玻璃基板生產(chǎn)線。他在錫槽和熔窯等關(guān)鍵部位長時間駐足停留,對彭壽為首的設(shè)計研發(fā)團(tuán)隊給予大力表揚(yáng)。
“拉這個超薄玻璃,一要對原料的配方有很好的研究,第二對裝備的研究也非常重要?!迸韷鄹嬖V《中國建材報》記者,要把玻璃溶液在錫槽里攤薄,這里面的核心是要有逐級展薄技術(shù),這一環(huán)節(jié)需要依靠拉邊機(jī)。為此,蚌埠院自主研發(fā)了超微型拉邊機(jī)。此外,相應(yīng)的退火窯、熔窯也均由蚌埠院自行研發(fā)。
緊密高效的產(chǎn)學(xué)研合作
從涂山路1047號蚌埠院驅(qū)車30分鐘,就能看到中國玻璃新材料科技產(chǎn)業(yè)園。一座圓形的玻璃幕墻建筑上,點綴著紅色的“浮法玻璃新技術(shù)國家重點實驗室”幾個大字。生產(chǎn)超薄電子信息顯示玻璃基板的蚌埠中顯就在產(chǎn)業(yè)園的西側(cè)。
2013年夏,蚌埠中顯超薄玻璃基板項目進(jìn)入設(shè)備安裝調(diào)試階段。彭壽從洛玻集團(tuán)調(diào)來了40余人進(jìn)入生產(chǎn)一線,任紅燦以及如今的公司生產(chǎn)制造部副部長姜園濤等都在其中。不可否認(rèn),這些擁有超薄玻璃生產(chǎn)經(jīng)驗的老洛玻人在新公司發(fā)揮了重要的作用。
彭壽認(rèn)為,生產(chǎn)線自行設(shè)計、設(shè)備自主研發(fā),這些都是蚌埠院、中國建材工程的強(qiáng)項,洛玻集團(tuán)的老員工們對玻璃生產(chǎn)輕車熟路。設(shè)計嫁接技術(shù),超薄玻璃項目得以完成最終的生產(chǎn)過程。
每次有了新的突破后,彭壽就會向蚌埠中顯團(tuán)隊提出新的要求,督促他們技術(shù)不斷進(jìn)步。蚌埠中顯超薄玻璃能夠不斷刷新世界紀(jì)錄,與其所處極好的地理位置密切相關(guān)。
“有蚌埠院、浮法玻璃新技術(shù)國家重點實驗室作支撐,產(chǎn)學(xué)研的結(jié)合非常得緊密、高效?!比渭t燦坦言,以前設(shè)計院做出的成果沒法在生產(chǎn)線上落地,研究室的研究成果也有可能與實際脫節(jié)。蚌埠中顯的超薄玻璃生產(chǎn)線誕生之后,產(chǎn)學(xué)研相當(dāng)于形成上下“一條龍”產(chǎn)業(yè)鏈。
比如浮法玻璃新技術(shù)國家重點實驗室,為超薄玻璃的研發(fā)工作提供了得天獨厚的條件。實驗室大樓就在蚌埠中顯的東邊,這里有最先進(jìn)的浮法玻璃裝備、檢驗檢測設(shè)備以及一流的科研人員。在超薄玻璃的生產(chǎn)過程中,成分的分析、原料的熔制,玻璃強(qiáng)度、缺陷的分析以及生產(chǎn)線上遇到難題的分析,任紅燦都能在實驗室里找到答案。
“生產(chǎn)出一片玻璃后,我拿到實驗室去,立馬就能給出指導(dǎo)性的意見。”任紅燦說。假如玻璃在生產(chǎn)過程中,發(fā)現(xiàn)板面的雜質(zhì)增加了。什么原因引起的?一線人員并不清楚。把樣品拿到實驗室,實驗室里的曹欣博士等人就可以化驗出其中的成分,很快判斷出原因。“靠人眼觀察肯定是不行的,這就是很科學(xué)的方法。”任紅燦說。
玻璃不斷變薄,成分也會有相應(yīng)的調(diào)整。這種變化對玻璃的熔點、應(yīng)變點有什么影響,生產(chǎn)線應(yīng)該制定怎樣的熔制參數(shù)才最合適?生產(chǎn)線的技術(shù)人員無法知曉,曹欣博士那里就有一套辦法。
“實驗室可以提前制備小樣,再把制作過程中的所有參數(shù)都給我。這對生產(chǎn)就是個指導(dǎo),可以讓我們少走很多的彎路。要是在生產(chǎn)線上試的話,不僅可能造成巨大的浪費,還會拉長試驗周期?!比渭t燦說,正因為有了重點實驗室的支持,生產(chǎn)就有了依據(jù),起到了事半功倍的效果。
任紅燦表示,這些年來,技術(shù)人員對玻璃的認(rèn)識更深了。比如原料,原來大家認(rèn)為用普通原料就行,實際上每種原料的組分、類型對玻璃質(zhì)量的影響很大,對玻璃成型、物理化學(xué)性能也都有影響,這些方面蚌埠中顯都有新的突破。所以產(chǎn)品在厚度、質(zhì)量、強(qiáng)度等物理、化學(xué)、光學(xué)性能上都有不一樣的變化。
在凱盛科技的大平臺下,人才的作用也得到了更大的發(fā)揮?!坝欣щy,彭總再忙,也能幫你協(xié)調(diào)。比如現(xiàn)在需要一個化驗分析的專家,和領(lǐng)導(dǎo)反映確實必要,隨時都可以從其他地方調(diào)過來。”任紅燦笑著說,就單個工廠來說,有些事情可能是個大問題,但放在凱盛科技,那都不是事兒。
讓門類更齊全
由于蚌埠中顯有了非常好的業(yè)績和產(chǎn)品,彭壽也一直支持洛玻集團(tuán)轉(zhuǎn)型向信息產(chǎn)業(yè)進(jìn)軍,于是,蚌埠中顯后來全部劃至洛陽玻璃股份有限公司?!把b到洛玻以后,這個企業(yè)支撐了洛玻整個系統(tǒng)的股價和洛玻薄玻璃產(chǎn)業(yè)的發(fā)展?!迸韷壅f。
凱盛科技在超薄玻璃的布局遠(yuǎn)不止于超薄玻璃基板。
在蚌埠中顯北側(cè),凱盛科技的高鋁蓋板玻璃生產(chǎn)線已投產(chǎn),8.5代TFT液晶玻璃項目也已開工。他們不僅要在“薄”上做到極致,還要不斷完善產(chǎn)品品類。
吳雪良,中國建材工程的副總工程師,如今也被彭壽派到了蚌埠,兼任中建材(蚌埠)光電材料有限公司總經(jīng)理,正帶領(lǐng)公司攻克另一種超薄玻璃產(chǎn)品——高鋁蓋板玻璃。
8月的一天下午,我們按照約定的時間來到吳雪良的辦公室。不過,看得出來,他有點疲憊。“凌晨3點就被電話叫醒了?!眳茄┝几嬖V《中國建材報》記者,高鋁蓋板玻璃的生產(chǎn)還不是很穩(wěn)定。
高鋁蓋板玻璃即保護(hù)玻璃,也是平板顯示產(chǎn)業(yè)中用途較為廣泛的平面玻璃之一。作為一種高強(qiáng)度、耐劃傷玻璃,它已成為工商業(yè)發(fā)展中不可缺少的消耗品,主要用于電子、電器、儀器儀表、顯示器保護(hù)屏等中小尺寸的移動終端產(chǎn)品,其中又以手機(jī)的出貨量***。
以一臺手機(jī)為例,它一共需要三個種類、四塊玻璃:最上面的是高鋁蓋板玻璃,第二塊是觸控玻璃,即蚌埠中顯所做的普通鈉鈣玻璃,下面兩塊是TFT液晶顯示玻璃。
“目前還不能完全算達(dá)到我理想的要求。新產(chǎn)品的量產(chǎn)有個過程,高鋁產(chǎn)品有很多指標(biāo),需要一項一項調(diào)整?!眳茄┝冀榻B,公司從2017年11月開始做高鋁蓋板玻璃的料方,之后開始摸索、攻關(guān),到今年4月初,下線了一部分目前市場上已經(jīng)在銷的高鋁產(chǎn)品。他把這批產(chǎn)品定義為“凱盛一代”高鋁玻璃。
超薄蓋板玻璃
在吳雪良看來,“凱盛一代”產(chǎn)品的性能可以達(dá)到日本旭硝子的高鋁蓋板玻璃水平,但良品率、穩(wěn)定性的提升還需要一個過程。目前在高鋁蓋板玻璃領(lǐng)域,美國康寧公司仍處于領(lǐng)先地位。今明兩年內(nèi),凱盛科技要做的是提高產(chǎn)品中的鋁含量,提高玻璃強(qiáng)度,做出“凱盛二代”、“凱盛三代”高鋁玻璃產(chǎn)品。
和蚌埠中顯的超薄玻璃項目一樣,高鋁蓋板玻璃的研發(fā)還是依托于蚌埠院。在這個項目上,相當(dāng)于是吳雪良給中國建材工程以及浮法玻璃新技術(shù)國家重點實驗室出課題。
這是一個不斷提高的過程。蚌埠中顯的超薄玻璃在最初一兩年里,良品率也并不高。剛開始一天只能生產(chǎn)4000平方米左右的0.33毫米玻璃,現(xiàn)在這一數(shù)字已提高到4萬平方米?!凹夹g(shù)上的成熟、工藝參數(shù)、員工操作水平都需要積淀,市場也需要培育?!眳茄┝枷颉吨袊ú膱蟆酚浾弑硎尽_@是一個比蚌埠中顯超薄玻璃難度更大的項目。
與此同時,在高鋁蓋板項目的西邊,8.5代TFT-LCD超薄浮法玻璃基板項目的廠房也在如火如荼地建設(shè)中?!半y度更大,比我們的要求更高?!眳茄┝颊f,玻璃是凱盛科技的看家本領(lǐng),這些新項目都是圍繞玻璃進(jìn)行,難度一個比一個高。觸控玻璃僅僅是薄,高鋁玻璃不僅薄,而且鋁含量更高,熔化溫度要高出200攝氏度,熔窯也不一樣。到8.5代TFT液晶玻璃,技術(shù)難度就更高了。這些品種都是新玻璃的家庭成員。吳雪良將創(chuàng)新比喻成一輛汽車,這些玻璃就是一個個站點。“新材料的創(chuàng)新還真是見不到終點站。”
為了更好地與下游應(yīng)用客戶共同研發(fā)相關(guān)產(chǎn)品,中國建材集團(tuán)最近也在加強(qiáng)與他們的互動。一個值得注意的消息是,7月12日,宋志平、彭壽等在深圳華為技術(shù)有限公司進(jìn)行了調(diào)研。華為創(chuàng)始人任正非率高管團(tuán)隊熱情接待了宋志平一行,雙方就加強(qiáng)戰(zhàn)略合作,聯(lián)合研發(fā)新材料等事宜初步達(dá)成了合作意向。
業(yè)界認(rèn)為,如果中國建材集團(tuán)與華為能夠在電子信息顯示玻璃方面共同推進(jìn)研發(fā),像美國蘋果公司和康寧的協(xié)同創(chuàng)新、良性互動,是完全可以預(yù)期的。
吳雪良說:“華為需要什么樣的性能,那玻璃就調(diào)整到什么性能。而不是做完玻璃,問客戶看能不能用?!?/p>
“我們對合作的前景和中國超薄玻璃的未來,充滿期待,充滿信心!”吳雪良最后說。
小料科普超薄電子玻璃:是指厚度在0.1~1.1毫米范圍內(nèi)的玻璃,可應(yīng)用于電子、微電子、光電子領(lǐng)域。進(jìn)入新世紀(jì)以來,我國已成為全球平板顯示產(chǎn)業(yè)發(fā)展最快的國家,LED背光電視、3D電視、智能手機(jī)、平板電腦等電子類產(chǎn)品的消費推動著平板顯示產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。然而,這一產(chǎn)業(yè)所需的超薄玻璃的制造多年來一直被國際巨頭壟斷。
圍繞國家重大戰(zhàn)略需求,順應(yīng)玻璃的超薄化發(fā)展趨勢,蚌埠院研發(fā)生產(chǎn)的超薄玻璃厚度實現(xiàn)了從0.33毫米到0.12毫米的不斷跨越,不斷刷新玻璃的超薄世界紀(jì)錄,目前其超薄玻璃產(chǎn)品在全球市場的占有率已近40%。
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