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      媒體報道

      《中國建材報》:講述中國建材集團的新材料故事系列報道③ | 最輕最薄的大國重器

      來源:CNBM發布時間:

             編者按:一項堪與高鐵、核電站相媲美的高技術,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,中國建材集團的0.2毫米超薄玻璃在蚌埠實現量產后,《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,當時他對旭硝子超薄玻璃的市場地位非常有信心,認為中國的超薄玻璃產品研發時間不長,對于實際的應用還需要繼續摸索。“目前還沒有對旭硝子產生很大的影響。”新保貴史斷言。

             三年后,在電子信息顯示材料的戰場上,中國建材集團所屬凱盛科技已成長為一支勁旅。凱盛科技總經理、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%。業界認為,隨著凱盛科技高鋁玻璃等產品的陸續投放市場,超薄玻璃全球市場,或將迎來更加白熱化競爭局面。

             如今,0.12毫米超薄玻璃也已在中國建材集團實現量產。對于鑄造最輕最薄的大國重器,中國建材集團董事長宋志平如此評價:“我認為這是可以和高鐵、核電站相媲美的。”


      0.12毫米超薄玻璃

      “這是一件非常難的事”

             早在上世紀90年代末,蚌埠院就開始布局和謀劃TFT-LCD玻璃基板技術的攻關。只是當時國內市場尚未十分成熟,而且TFT屬于資金和技術密集型產業,門檻較高,相關項目并未快速推進。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70年代初由北京遷至安徽蚌埠,1995年被建設部列為建立現代企業制度試點單位,2000年進入中國建材集團,并在上海改制成立中國凱盛國際工程公司(現中國建材工程)。

             “超薄信息顯示玻璃項目是當時圍繞著國家重大戰略需求立項的,也順應了玻璃的超薄化發展趨勢。”彭壽向《中國建材報》記者表示,超薄玻璃基板是液晶顯示器的關鍵組成部分,具有十分廣闊的應用前景。長期以來,國內0.5毫米以下的玻璃基板全部依靠進口,這不僅增加了中國企業的生產成本,也在一定程度上影響了國內數碼設備制造企業與國際上同類企業的競爭。

             進入新世紀以來,我國已成為全球平板顯示產業發展最快的國家,隨著技術進一步升級,LED背光電視、3D電視、智能手機、平板電腦等電子類產品的消費推動著平板顯示產業的發展。

             然而,我國平板顯示產業“缺芯少屏”的現狀令人擔憂,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速度卻始終有限,發展大大滯后于本土面板生產線的建設,為產業保持持續、穩定發展帶來巨大隱憂。這也成為玻璃行業科研工作者們心頭的痛。

             要不要上超薄玻璃項目,中國建材集團邀請了眾多專家經過了多次論證。不過,專家論證后一致認為:風險比機遇大,極有可能失敗。

             在這樣的論證結果面前,宋志平最終拍板:“中國人,尤其是中國玻璃行業的人,必須攻克這塊玻璃。”他對彭壽提出的期望是——只要沒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、能應用就行,良品率低一點也沒關系。就是這樣的一個決定,經過反復論證后,中國建材集團的超薄玻璃項目得以上馬。

             2008年6月,蚌埠院瞄準市場需求,踏上了TFT-LCD玻璃基板技術自主創新的攻堅路;2010年12月29日,國內第一片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,安徽省以戰略性新興產業重大項目和自主創新重大項目政策投入了6000萬元,用于項目研發和建設,并為其施工營造了良好環境。以這6000萬元為啟動資金,蚌埠院此后又為該項目陸續投入了約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,創造了國內外同類產品良品下線速度的新紀錄。

             2015年3月28日,0.2毫米超薄玻璃基板成功實現穩定量產;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。”彭壽對《中國建材報》記者說。

             在生產時,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。

             從實驗室到產業化,最難的還是生產線上工藝參數的調整。實驗室做出的超薄玻璃樣品僅有10厘米寬,而工業生產的超薄玻璃要做到4米寬。這對玻璃強度、韌度的指標有著極大的考驗,需要上萬次的工藝參數調整。而每種功能不同的玻璃都需要重新調整工藝參數,這樣的過程需要持續不斷才能保證玻璃的最優性能。

      原料研究與裝備制造至關重要

             十年間,超薄玻璃這種產品曾兩次獲得國家科學技術進步獎,這也從另一側面印證了它的國家戰略地位。不過,這兩次獎項所蘊含的意義大不相同。

             2006年度國家科學技術進步獎評選中,洛玻集團“超薄浮法玻璃成套技術與關鍵設備在電子玻璃工業化生產的開發應用”項目榮獲國家科學技術進步一等獎。

             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化制備關鍵技術及成套裝備開發”成果獲2016年度國家科學技術進步獎二等獎。

             “有好多設備咱們自己做不了,有一部分是進口設備。”提起2006年洛玻集團在洛陽建成的兩條超薄玻璃生產線,蚌埠中顯總經理任紅燦告訴《中國建材報》記者,受技術能力、生產設備的限制,那兩條超薄玻璃生產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線的裝備水平有了質的變化。

             據了解,生產超薄玻璃的裝備都屬于非標產品,無法直接購買,必須自行研發。這些年來,蚌埠院、中國建材工程一直在玻璃的裝備研發上做創新,如拉邊機、錫槽、退火窯等,通過60年來不斷的技術研發積累和細致入微的設計優化,形成了全套技術成熟、獨具特色、性價比極為優越的超薄浮法玻璃裝備。正因如此,2016年度的國家科學技術進步獎二等獎獲獎項目中,值得注意的是“關鍵技術”與“成套設備”。

             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線。他在錫槽和熔窯等關鍵部位長時間駐足停留,對彭壽為首的設計研發團隊給予大力表揚。

             “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。”彭壽告訴《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,這一環節需要依靠拉邊機。為此,蚌埠院自主研發了超微型拉邊機。此外,相應的退火窯、熔窯也均由蚌埠院自行研發。

      緊密高效的產學研合作

             從涂山路1047號蚌埠院驅車30分鐘,就能看到中國玻璃新材料科技產業園。一座圓形的玻璃幕墻建筑上,點綴著紅色的“浮法玻璃新技術國家重點實驗室”幾個大字。生產超薄電子信息顯示玻璃基板的蚌埠中顯就在產業園的西側。

             2013年夏,蚌埠中顯超薄玻璃基板項目進入設備安裝調試階段。彭壽從洛玻集團調來了40余人進入生產一線,任紅燦以及如今的公司生產制造部副部長姜園濤等都在其中。不可否認,這些擁有超薄玻璃生產經驗的老洛玻人在新公司發揮了重要的作用。

             彭壽認為,生產線自行設計、設備自主研發,這些都是蚌埠院、中國建材工程的強項,洛玻集團的老員工們對玻璃生產輕車熟路。設計嫁接技術,超薄玻璃項目得以完成最終的生產過程。

             每次有了新的突破后,彭壽就會向蚌埠中顯團隊提出新的要求,督促他們技術不斷進步。蚌埠中顯超薄玻璃能夠不斷刷新世界紀錄,與其所處極好的地理位置密切相關。

             “有蚌埠院、浮法玻璃新技術國家重點實驗室作支撐,產學研的結合非常得緊密、高效。”任紅燦坦言,以前設計院做出的成果沒法在生產線上落地,研究室的研究成果也有可能與實際脫節。蚌埠中顯的超薄玻璃生產線誕生之后,產學研相當于形成上下“一條龍”產業鏈。

             比如浮法玻璃新技術國家重點實驗室,為超薄玻璃的研發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,這里有最先進的浮法玻璃裝備、檢驗檢測設備以及一流的科研人員。在超薄玻璃的生產過程中,成分的分析、原料的熔制,玻璃強度、缺陷的分析以及生產線上遇到難題的分析,任紅燦都能在實驗室里找到答案。

             “生產出一片玻璃后,我拿到實驗室去,立馬就能給出指導性的意見。”任紅燦說。假如玻璃在生產過程中,發現板面的雜質增加了。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,這就是很科學的方法。”任紅燦說。

             玻璃不斷變薄,成分也會有相應的調整。這種變化對玻璃的熔點、應變點有什么影響,生產線應該制定怎樣的熔制參數才最合適?生產線的技術人員無法知曉,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都給我。這對生產就是個指導,可以讓我們少走很多的彎路。要是在生產線上試的話,不僅可能造成巨大的浪費,還會拉長試驗周期。”任紅燦說,正因為有了重點實驗室的支持,生產就有了依據,起到了事半功倍的效果。

             任紅燦表示,這些年來,技術人員對玻璃的認識更深了。比如原料,原來大家認為用普通原料就行,實際上每種原料的組分、類型對玻璃質量的影響很大,對玻璃成型、物理化學性能也都有影響,這些方面蚌埠中顯都有新的突破。所以產品在厚度、質量、強度等物理、化學、光學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揮。“有困難,彭總再忙,也能幫你協調。比如現在需要一個化驗分析的專家,和領導反映確實必要,隨時都可以從其他地方調過來。”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績和產品,彭壽也一直支持洛玻集團轉型向信息產業進軍,于是,蚌埠中顯后來全部劃至洛陽玻璃股份有限公司。“裝到洛玻以后,這個企業支撐了洛玻整個系統的股價和洛玻薄玻璃產業的發展。”彭壽說。

             凱盛科技在超薄玻璃的布局遠不止于超薄玻璃基板。

             在蚌埠中顯北側,凱盛科技的高鋁蓋板玻璃生產線已投產,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理,正帶領公司攻克另一種超薄玻璃產品——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。”吳雪良告訴《中國建材報》記者,高鋁蓋板玻璃的生產還不是很穩定。

             高鋁蓋板玻璃即保護玻璃,也是平板顯示產業中用途較為廣泛的平面玻璃之一。作為一種高強度、耐劃傷玻璃,它已成為工商業發展中不可缺少的消耗品,主要用于電子、電器、儀器儀表、顯示器保護屏等中小尺寸的移動終端產品,其中又以手機的出貨量最大。

             以一臺手機為例,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到我理想的要求。新產品的量產有個過程,高鋁產品有很多指標,需要一項一項調整。”吳雪良介紹,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,到今年4月初,下線了一部分目前市場上已經在銷的高鋁產品。他把這批產品定義為“凱盛一代”高鋁玻璃。


      超薄蓋板玻璃

             在吳雪良看來,“凱盛一代”產品的性能可以達到日本旭硝子的高鋁蓋板玻璃水平,但良品率、穩定性的提升還需要一個過程。目前在高鋁蓋板玻璃領域,美國康寧公司仍處于領先地位。今明兩年內,凱盛科技要做的是提高產品中的鋁含量,提高玻璃強度,做出“凱盛二代”、“凱盛三代”高鋁玻璃產品。

             和蚌埠中顯的超薄玻璃項目一樣,高鋁蓋板玻璃的研發還是依托于蚌埠院。在這個項目上,相當于是吳雪良給中國建材工程以及浮法玻璃新技術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4000平方米左右的0.33毫米玻璃,現在這一數字已提高到4萬平方米。“技術上的成熟、工藝參數、員工操作水平都需要積淀,市場也需要培育。”吳雪良向《中國建材報》記者表示。這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中。“難度更大,比我們的要求更高。”吳雪良說,玻璃是凱盛科技的看家本領,這些新項目都是圍繞玻璃進行,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。吳雪良將創新比喻成一輛汽車,這些玻璃就是一個個站點。“新材料的創新還真是見不到終點站。”

             為了更好地與下游應用客戶共同研發相關產品,中國建材集團最近也在加強與他們的互動。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有限公司進行了調研。華為創始人任正非率高管團隊熱情接待了宋志平一行,雙方就加強戰略合作,聯合研發新材料等事宜初步達成了合作意向。

             業界認為,如果中國建材集團與華為能夠在電子信息顯示玻璃方面共同推進研發,像美國蘋果公司和康寧的協同創新、良性互動,是完全可以預期的。

             吳雪良說:“華為需要什么樣的性能,那玻璃就調整到什么性能。而不是做完玻璃,問客戶看能不能用。”

             “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毫米范圍內的玻璃,可應用于電子、微電子、光電子領域。進入新世紀以來,我國已成為全球平板顯示產業發展最快的國家,LED背光電視、3D電視、智能手機、平板電腦等電子類產品的消費推動著平板顯示產業的發展。然而,這一產業所需的超薄玻璃的制造多年來一直被國際巨頭壟斷。

             圍繞國家重大戰略需求,順應玻璃的超薄化發展趨勢,蚌埠院研發生產的超薄玻璃厚度實現了從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錄,目前其超薄玻璃產品在全球市場的占有率已近40%。

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