我們的玻璃：再也不想做“小透明”了！

你不會以為，玻璃就叫“玻璃”吧，無色的小透明？

 

其實玻璃還有很多學(xué)名，小料就說幾個讓大家感受一下，比如5.0中性硼硅藥用玻璃、硫系紅外玻璃、30微米超薄柔性可折疊玻璃、ITO導(dǎo)電膜玻璃、188ITO膜玻璃、復(fù)合微孔準(zhǔn)直玻璃材料等。

 

還能導(dǎo)電？還是中性？還可以折疊？還有復(fù)合微孔準(zhǔn)直玻璃材料，這是什么玩意兒？

 

沒錯，這些玻璃都是我們集團多年來的重要研究成果，并且一直在貫徹落實玻璃新材料“3+1”戰(zhàn)略布局。那這些玻璃常見嗎？

 

我們?nèi)粘Ｉ钪惺遣皇谴嬖趨s被我們忽視了呢？今天就讓小料帶大家看看中國建材集團的玻璃都去哪兒了？

 

拒絕壟斷 自主防疫

 

今年以來，國內(nèi)正在大力普及新冠疫情疫苗接種工作。疫情發(fā)生到現(xiàn)在，我們一直關(guān)注著疫苗上市的進展。但是盡管疫苗研制成功，沒有足夠多的瓶子裝疫苗，我們又怎么能被接種呢？

 

早期，國內(nèi)醫(yī)藥企業(yè)生產(chǎn)的藥物以藥劑為主，醫(yī)藥包裝材料較為簡單，以棕色玻璃瓶、草板紙盒以及部分直頸安瓿為主。但是疫苗，作為高端生物制劑需要更匹配的包裝品——5.0中性硼硅藥用玻璃。

 

5.0中硼硅玻璃在耐水性、耐酸耐堿性、抗冷凍性、熱穩(wěn)定性、灌裝速度等方面都遠優(yōu)于7.0低硼硅玻璃，不易因藥品浸泡、侵蝕而產(chǎn)生“脫片”現(xiàn)象，與其他藥用玻璃瓶相比，在確保藥品質(zhì)量方面具有不可比擬的優(yōu)越性，是國際公認(rèn)的安全藥用包材。

 

《中國藥用玻璃包裝深度調(diào)研與投資戰(zhàn)略報告(2019版)》顯示，2018年，國內(nèi)藥用玻璃市場上，中硼硅玻璃使用量僅占7%-8%。而在美國、歐洲等成熟市場中，均已經(jīng)強制要求所有注射制劑和生物制劑使用中硼硅玻璃包裝。

 

長期以來，國內(nèi)疫苗包裝用中性硼硅藥用玻璃被國外企業(yè)壟斷。為什么會這樣？還是因為核心技術(shù)沒有掌握在自己人手中！盡管它的主要成分僅是普普通通的石英砂（二氧化硅），但其制備工藝可是具有極高的技術(shù)壁壘。

 

什么是5.0藥用玻璃?還是中性的？

 

藥用中性玻璃即通常所稱的Ⅰ類玻璃，也稱為5.0玻璃或甲級料，可以說是最好的藥用玻璃。

 

我國部分藥廠為了將藥品出口到歐美國家，不得不高價從國外進口5.0中性硼硅藥用玻璃管及玻璃瓶。

 

中性硼硅藥用玻璃制備工藝究竟難在哪？

 

玻璃的醫(yī)用中性硼硅的主要成分為石英砂、氧化鋁、氧化硼、氧化鈉/鉀、氧化鋇/鎂/鈣。

 

玻璃的主要成分是耐水性能很好的石英。制備的過程中需要用到改變玻璃熔點的二氧化硅，但由于高純度二氧化硅熔點高達約2000℃，而且價格也高，所以通過添加鈉、鈣等較常見的網(wǎng)絡(luò)改性劑調(diào)節(jié)。問題又來了，網(wǎng)絡(luò)改性劑會和水中氫離子交換，降低玻璃的耐水性能，所以又要加點硼和鋁來加強玻璃結(jié)構(gòu)，讓熔化溫度上升，提高玻璃的耐水性。

 

所以，從成分上看，5.0藥用玻璃制備過程中，二氧化硅、氧化鋁、氧化硼、氧化鈉/鉀、氧化鋇/鎂/鈣的比例就很關(guān)鍵，不過這這也不是什么秘密，二氧化硅含量約為72~75%，氧化硼約10%，氧化鋁5~7%，氧化鈉/鉀6-9%，氧化鋇/鎂/鈣1-3。

 

因為硼的含量大于10%，氧化鋁含量接近7%，所以面臨著黏度大、熔化溫度較高等問題，同時由于成型時對玻璃管的尺寸公差要求非常高，因此對玻璃的氣泡含量、玻璃熔體的化學(xué)均勻性、溫度均勻性都比普通玻璃要求高很多。

 

國外怎么解決的？

 

國外采用全氧燃燒同時輔助電助熔工藝進行熔化作業(yè)，再輔助于復(fù)合澄清劑，所以采用的爐子也多為全氧電助熔爐，爐子的規(guī)模多在10～30噸/天左右。

 

中國建材集團所屬凱盛科技集團有限公司，充分發(fā)揮中建材蚌埠玻璃工業(yè)設(shè)計研究院的科研和技術(shù)實力，采用“全氧燃燒+電助熔”的熔化工藝，并在設(shè)備關(guān)鍵部位大量采用貴金屬鉑金，通過3年時間聯(lián)合攻關(guān)，在凱盛君恒生產(chǎn)線上，最終成功攻克了高品質(zhì)熔化、高精度成型等核心難題，解決了中性硼硅玻璃管生產(chǎn)中玻璃液不易澄清和高質(zhì)量成形難度大的問題，并將此技術(shù)實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，在國內(nèi)首次使用國際認(rèn)可的丹納法拉管成型工藝，每年可以生產(chǎn)5000噸5.0中性硼硅藥用玻璃。

 

凱盛君恒5.0中性硼硅藥用玻璃生產(chǎn)線

 

“全氧燃燒”技術(shù)是用工業(yè)氧氣代替空氣來燃燒燃料，可以使燃料燃燒更加完全，減少NOx的排放，還達到凈化環(huán)境的要求。再加上用丹納拉管法能拉制精度較好的，外徑為2~70mm，壁厚為0.4~3.0mm的玻璃管。

 

早在2019年，中國建材集團、凱盛科技就已經(jīng)投資建設(shè)中建材5.0中性硼硅藥玻璃產(chǎn)業(yè)園項目，投資金額高達10億元，規(guī)劃占地200畝。

 

現(xiàn)在，國產(chǎn)5.0中性硼硅藥用玻璃產(chǎn)品質(zhì)量通過權(quán)威檢驗機構(gòu)檢測，理化性能與加工性能也都達到國外同類產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。

 

防疫玻璃 更要精準(zhǔn)

 

除了疫苗瓶，我們的玻璃在抗疫初期更是發(fā)揮了“精準(zhǔn)”的作用。

 

疫情期間，宅家辦公的打工人還記得每天需要向公司匯報當(dāng)日測量體溫嗎？

 

機場口岸、地鐵、車站、碼頭、醫(yī)院、住宅小區(qū)、企事業(yè)單位，主要進入公共場合都需要接受體溫檢測。

 

在人群密集的地方，已經(jīng)不需要排隊測溫是怎么做到的？這個屏幕大家一定不會陌生。

 

從一個一個接受體溫計測溫，到可以迅速通過安檢大門，能如此高效地測溫都歸功于以硫系玻璃為基礎(chǔ)的紅外鏡頭。

 

沒錯，這也是中國建材集團所屬中國建材總院的功勞。

 

中國建材總院采用了特種玻璃——硫系玻璃作為紅外鏡頭的鏡片。
 

玻璃院紅外鏡頭和硫系紅外玻璃的研發(fā)及生產(chǎn)

 

硫系玻璃的主要成分是硫族元素S、Se和Te中的一種或幾種，對8~12微米紅外波段具有高透過率，可以快速和精確地測量人體溫度，測溫范圍-20℃~+120℃，測溫精度達到±0.3℃。

 

紅外鏡頭可以對過檢人員進行多點體溫探測，無需近距離接觸，只需間隔3米~4米即可對過往人群進行準(zhǔn)確高效篩查。

 

并且通過熱像儀探測極微小溫差，將溫差轉(zhuǎn)換成實時視頻圖像顯示出來，發(fā)現(xiàn)體溫高時立即報警，快速、安全識別發(fā)熱人群。

 

這是怎么做到的？

 

紅外測溫設(shè)備是以紅外熱成像技術(shù)為原理打造的，鏡頭最前端的硫系玻璃通過光學(xué)系統(tǒng)把肉眼不可見的目標(biāo)物體輻射出的紅外能量匯聚起來，聚焦在光電探測器上，并轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的電信號，再經(jīng)電路運算處理電路后，換算轉(zhuǎn)變?yōu)楸粶y目標(biāo)的線性的溫度信號值，實現(xiàn)進一步的信號處理及控制。

 

顯示屏上紅紅綠綠的信號就是這么出來的。

 

折不斷的超薄玻璃

 

去年，中國建材集團旗下凱盛科技聯(lián)合蚌埠院開發(fā)出全流程化30微米至70微米的超薄柔性可折疊玻璃（UTG，Ultra Thin Glass）。

 

可以折疊的玻璃？

 

對！這是我國在玻璃新材料領(lǐng)域的又一項“卡脖子”關(guān)鍵技術(shù)，還是國內(nèi)唯一全國產(chǎn)化UTG產(chǎn)業(yè)鏈。

 

2019年之后，眾多終端廠商都在向折疊領(lǐng)域投巨資開發(fā)新產(chǎn)品，比如折疊屏手機。

 

但是2019年11月發(fā)布的三星 Galaxy Fold折疊屏采用的是CPI膜片。

 

CPI指的是ColorlessPolyimide，學(xué)名無色聚酰亞胺，簡稱透明PI膜，它屬于一種工程塑料。

 

CPI膜片的機械性能較強，并且可以耐高溫，加上生產(chǎn)難度不高，便于控制成本等優(yōu)勢都抵不過在實際操作中會出現(xiàn)的問題。不耐刮、防護性差、表面硬度不足，甚至能活生生地把屏幕撕下來。

 

沒辦法，國產(chǎn)柔性玻璃這會兒還沒研發(fā)出來。

 

所以，華為 Mate X、摩托羅拉 Razr 5G、華為 Mate X2以及小米MIX FOLD等等，還是采用了CPI柔性折疊蓋板。

 

對比CPI材質(zhì)，UTG基于玻璃的特性，透光率更高、觸摸感也更接近用戶使用過的傳統(tǒng)手機，并且在硬度上也更高，更加耐磨耐熱。

 

柔性玻璃的厚度在30-70微米，這是個什么概念？

 

普通人一根頭發(fā)絲的直徑大概在60～90微米。60微米以下可以劃分為細發(fā)，90微米以上是粗發(fā)。柔性玻璃的厚度比普通人的頭發(fā)還要薄二分之一，彎折后的半徑能達到小于1.5毫米。

 

0.12毫米超薄電子觸控玻璃

 

玻璃易碎是人們的普遍常識，但柔性玻璃已經(jīng)實現(xiàn)了連續(xù)90萬次彎折都不會有破損。

 

超薄柔性玻璃具備超薄、耐磨、透光性好、強度高、可彎折、回彈性好等特性，被認(rèn)為是柔性折疊材料在新型顯示應(yīng)用上的重要發(fā)展方向。

 

 

在此之前，世界上最薄的0.12毫米超薄玻璃是中國建材集團凱盛科技在2018年生產(chǎn)的。到了2019年，凱盛科技充分發(fā)揮整合旗下蚌埠院、中建材（蚌埠）光電材料有限公司、凱盛科技股份有限公司等企業(yè)優(yōu)勢，成功開發(fā)出國內(nèi)唯一全國產(chǎn)化的“原片配方開發(fā)、原片生產(chǎn)、UTG 減薄、UTG 成型、柔性貼合”全套超薄柔性玻璃生產(chǎn)工藝技術(shù)，形成了全國產(chǎn)化超薄柔性玻璃產(chǎn)業(yè)鏈，突破了信息顯示關(guān)鍵材料“卡脖子”技術(shù)，打破了國外壟斷。2021年2月，在超薄柔性玻璃產(chǎn)品的良品率和彎折半徑上持續(xù)突破，實現(xiàn)30微米彎折半徑小于1毫米。

 

除了超薄柔性玻璃外，中國建材還有一項令世人矚目的重量級成果。

 

2019年9月18日，中建材蚌埠玻璃工業(yè)設(shè)計研究院自主研發(fā)的中國首片8.5代TFT液晶玻璃基板在安徽蚌埠下線，從點火投產(chǎn)到成功引板僅用70天，創(chuàng)造了自主生產(chǎn)高世代液晶玻璃基板的“中國速度”。

 

玻璃基板是一種表面極其平整的浮法生產(chǎn)薄玻璃片，是構(gòu)成液晶顯示器件的一個基本部件。

 

TFT液晶玻璃基板是液晶顯示面板核心部件，是電子信息顯示產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵材料，其生產(chǎn)控制精度與半導(dǎo)體行業(yè)相當(dāng)，代表著目前全球現(xiàn)代玻璃規(guī)模化制造領(lǐng)域的最高水平。

8.5代TFT-LCD玻璃基板生產(chǎn)線薄膜光伏建筑一體化應(yīng)用示范項目

 

8.5代玻璃基板是65英寸以上大尺寸液晶電視顯示面板的核心部件，被譽為信息顯示玻璃行業(yè)“皇冠上的明珠”。長期以來，大尺寸液晶顯示所需的8.5代TFT液晶玻璃基板核心技術(shù)完全被國外壟斷，成為我國顯示產(chǎn)業(yè)發(fā)展的“卡脖子”難題。

 

目前中國建材集團8.5代玻璃基板相關(guān)產(chǎn)品獲得市場認(rèn)可，通過國內(nèi)主流面板廠商的全流程梯度應(yīng)用認(rèn)證，成功導(dǎo)入大尺寸顯示產(chǎn)業(yè)鏈，為我國千億級信息顯示產(chǎn)業(yè)“固鏈、補鏈、強鏈”，滿足我國液晶顯示產(chǎn)業(yè)對基板玻璃的巨大需求發(fā)揮了重大作用。

 

8.5代TFT-LCD玻璃基板產(chǎn)品實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，使我國成為繼美日之后第三個掌握高世代TFT-LCD玻璃基板生產(chǎn)技術(shù)的國家，這對全面提升我國電子玻璃在國際市場的主動權(quán)與話語權(quán)，保障我國信息顯示產(chǎn)業(yè)安全意義深遠。

 

除了應(yīng)用于手機、平板電腦、液晶電視、工控屏等終端顯示產(chǎn)品的超薄觸控玻璃，中國建材還有ITO導(dǎo)電膜玻璃、高鋁蓋板玻璃等，這些都統(tǒng)稱為電子顯示玻璃。

 

中國建材通過對平板玻璃進行各種物理和化學(xué)處理，以及與其他材料進行結(jié)構(gòu)組合，形成具有新功能的深加工玻璃。從源頭上保障了中國信息顯示產(chǎn)業(yè)鏈安全，打破國外壟斷。

 

太空漫游的玻璃

 

除了身邊的特殊玻璃，在遙遠的外太空也有中建材玻璃的身影。

 

2020年6月23日，中國建材集團所屬中國建材總院玻纖院研制的星載氫原子鐘用高穩(wěn)定性復(fù)合微孔準(zhǔn)直玻璃材料再一次被搭載應(yīng)用。

 

我國在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心用長征三號乙運載火箭，成功發(fā)射北斗系統(tǒng)第五十五顆導(dǎo)航衛(wèi)星，暨北斗三號最后一顆全球組網(wǎng)衛(wèi)星。

 

導(dǎo)航的核心是時間測量。時間測量越精密，位置計算就越精確。

 

導(dǎo)航衛(wèi)星上面，原子鐘也是一個命門。如果原子鐘不準(zhǔn)，整個時空基準(zhǔn)就談不上了。

 

從北斗三號開始，我們開始用自己研發(fā)的原子鐘。但是地面的原子鐘要搬到衛(wèi)星上，面臨的問題非常非常多。首先，原子鐘體積和重量一定不能做得特別大；其次，原子鐘需要面對太空間輻照、熱環(huán)境、復(fù)雜的力學(xué)環(huán)境等。

 

為了提高服務(wù)的精度及衛(wèi)星在軌服務(wù)的可靠性，北斗三號衛(wèi)星還采取了多項可靠性措施，使衛(wèi)星的設(shè)計壽命達到12年，達到國際導(dǎo)航衛(wèi)星的先進水平，這為北斗系統(tǒng)服務(wù)的連續(xù)、穩(wěn)定提供了基礎(chǔ)保證。其中，中國建材總院玻纖院研制的新型高穩(wěn)定性復(fù)合微孔準(zhǔn)直玻璃材料，就是為了提高氫原子鐘的穩(wěn)定性、可靠性和使用壽命，被稱為星載原子鐘上的“毛細管”。

 

除了復(fù)合微孔準(zhǔn)直玻璃材料，還有耐輻照石英玻璃。由石英與特種玻璃研究院自主研制的耐輻照石英玻璃，是姿態(tài)控制系統(tǒng)的核心光學(xué)材料，幫助衛(wèi)星精確測量其在宇宙中的方位。

 

耐輻照石英玻璃的功能和它的名字一樣，能耐宇宙射線輻照、過濾紫外線、抗熱沖擊等。

 

其實，歲月靜好的生活背后，是一個個強大的技術(shù)網(wǎng)編織的世界。而每一個技術(shù)的突破，都是為了掌握更多的自主權(quán)。