中国建材总院:从0到1再到N的“石英梦”


来源:中国粉体网   黑金

[导读]  新中国建材科技的摇篮和发源地,其石英玻璃的相关技术才不断地向“高精尖”滚动发展,到如今,真正做到了国内领先!

中国粉体网讯  中国建筑材料科学研究总院有限公司(简称中国建材总院)的前身可追溯至1950年10月成立的原重工业部华北窑业公司研究所,是新中国第一个建材科研机构。1999年7月1日起转制为中央直属大型科技企业,2004年与中国建材集团重组,2006年中国建材集团整合所属十二家科研设计院所,组建成立中国建筑材料科学研究总院,2017年由全民所有制企业改制为有限责任公司,构成了中国建材与无机非金属领域规模最大、实力最强的科研开发中心,被誉为“新中国建材科技的摇篮和发源地”。



从0到1:诞生新中国第一块石英玻璃


新中国成立前,中国没有石英玻璃。为赶上世界先进水平,1955年由周恩来总理和聂荣臻副总理主持,组织全国知名科学家编制12年科学技术发展远景规划(1956-1967年),确定了国家经济建设和国防建设急需的57项重点科研任务。其中,第26项“试制新型硅酸盐制品”和第40项“建立半导体技术”两项任务书中,列入了石英玻璃的研制内容。当时石英玻璃的试制任务是下达给中国建材总院的前身——国家建筑材料综合研究所。从此,我国拉开了石英玻璃的发展之路。



1957年4月试制出中国首块石英玻璃

来自:中国建材总院


接到试制任务后,中国建材总院专门成立了石英玻璃科研组。然而,当时我国石英玻璃技术尚属一片空白,没有任何技术基础,没有专用设备,国际上能查阅到的参考资料也极为有限。面对如此艰巨的任务,中国建材总院迎难而上、排除万难,最终于1957年成功研制出我国第一块不透明石英玻璃,从此开启了中国石英玻璃专业的大门。同年8月,项目组又试制出我国第一支不透明石英玻璃管。1958年在不透明石英玻璃的试制基础上,研制出我国第一支透明石英玻璃。为满足国防建设的配套需求,建工部新材料局决定在锦州投资,兴建较大型石英玻璃专业生产厂,相继建成6家具有规模的石英玻璃生产厂,为我国的原子能、兵器、半导体工业提供了大量石英制品,克服了国外封锁造成的困难,也为我国石英玻璃专业发展打下了坚实基础。



总院研究人员与刚“出炉”的石英玻璃管“比高低”

来自:中国建材总院


从1到N:高精尖突破的漫漫科研路


中国建材总院研发领域涵盖:无机非金属材料、先进工艺与装备技术、检验认证技术及标准化、绿色建材关键技术、轻工机电一体化技术、精密计时控制技术等。


中国建材总院是国内最早从事石英玻璃研发的单位,于1986年5月成立了我国唯一的石英玻璃研究所,专门从事石英玻璃新品种、新工艺、新技术及检测技术和标准化等研究与开发工作。在我国功能玻璃与特种玻璃材料领域中国建材总院开创了多个第一。60年来,先后开拓了航空玻璃、石英玻璃、玻璃纤维、功能玻璃、功能薄膜等研究领域,不仅诞生了第一块石英玻璃,而且还研制成功了我国第一块航空玻璃、第一根玻璃纤维、第一根通讯光纤、第一片夜视用光纤面板、第一片实芯法微通道板等等。


石英玻璃研究所科研人员解决了石英制品变形、涂层不均匀等难题;成功研制耐高温大圆管,涂层能阻挡钠离子的渗透,产品在1280℃—1300℃下长期使用不变形,比普通石英玻璃的使用温度提高200℃,寿命提高一倍以上,产品质量达到80年代国际同类产品的水平。同时还研制成功扩管技术,制造出Φ200mm的大规格管材,满足了5集成电路生产线对石英制品尺寸的需求。利用合成石英玻璃研制成功的6′光掩模基片用在高精度、细线条光掩模的制作和远紫外光刻,填补了微电子用石英玻璃的空白。


石英玻璃研究所在激光技术和特种光源用石英玻璃方面也取得了多项成果,如成功研制新型掺杂石英玻璃品种。顾真安开创的系列石英玻璃掺杂理论,为后续开发各类掺杂石英玻璃新材料奠定了坚实基础,至今其掺杂理论仍处于国际先进水平。研制的硅铝硼系石英/钨过渡封接玻璃解决了Sol-gel法制备工艺中原料-熔制-拉棒等多项关键技术,为激光泵浦氙灯提供了新型封接材料。高纯低羟基石英玻璃的研制成功填补了电光源石英管的国内空白。无臭氧石英玻璃也是这一时期石英玻璃研究所的重要研究成果之一,用这种管材制造的杀菌灯由于有效地截止了低于220nm的短波紫外线,且254nm紫外线透过达到80%,从而大大减少了杀菌灯的臭氧发生量,并提高了杀菌紫外线发射有效光强,保障了医疗、卫生、食品、畜牧等众多领域从业人员的健康,为紫外杀菌灯的应用扫除了障碍,在2003年抗“非典”消毒中发挥了积极作用。石英玻璃研究所还成功熔制出1.5米长的石英玻璃厚壁管,之后又攻克了加工技术难关,提高了厚壁石英管的尺寸精度,并取得两项专利;同时还攻克了无接触拉管技术,建立了自己的拉管装备工艺线,实现了管径在线测量。建立了年产8吨的原料加工工艺线,为熔制石英砣提供合格原料。光纤石英玻璃管的研制经过了中间实验和工业化试验,提供了从原料到成品管的一整套实用技术和装备。


随着国内自主创新技术的发展,从原料到生产工艺都取得了很大进步,制备的石英产品质量也不断提高,在顾真安院士等石英领域专家的带领下,高端石英制品的制备技术也在不断突破,科研成果遍地开花。  




解决制备难题,引领行业发展


中国建材总院经过多年的研究,打破合成石英玻璃传统的卧式化学气相沉积工艺,于2001年在国内首创立式化学气相沉积工艺,石英玻璃规格尺寸由最初直径200mm逐步提升至300mm、500mm和600mm口径以上。


在解决规格尺寸的同时,中国建材总院建立了全自动化控制的关键工艺装备研发线,先后突破了大尺寸石英玻璃砣熔制、均化成型、精密退火、精密制样与加工检测等关键工艺技术,使得石英玻璃的产品尺寸、性能和沉淀效率均显著提升,实现了大尺寸高品质石英玻璃稳定生产。


作为航天系统国内唯一的光学石英玻璃供应商,中国建材总院以过硬的技术与产品质量持续为我国卫星、飞船等各类航天器提供关键材料保障,确保空间应用可靠性,助力我国航天事业再创辉煌。


近年来,我国石英玻璃领域将多项科研成果成功转化为标准,累计发布国家标准75项、行业标准119项,为石英玻璃领域的高质量发展提供支撑,也为石英新材料在光纤、集成电路等行业应用提供了新的选择途径,中国标准也得到国外客户的认可,对我国石英行业跻身国际舞台做出了贡献。


中国建材总院在研发中求知,在实践中求知,在市场中求知,为我国石英玻璃行业技术进步奠定了坚实的基础。回顾漫漫科研路,正是这样科研精神的传承,石英玻璃的相关技术才不断地向“高精尖”滚动发展,到如今,真正做到了国内领先!


信息来源中国建材集团、中建材总院等。

(中国粉体网编辑整理/黑金)

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