砸核桃、敲釘子、用沙子磨、用汽車軋……近期,某款華為手機經歷極限測試後,屏幕仍完好無損的視頻,在網絡上火熱傳播。一塊薄薄的手機屏幕,為何如此堅勁?關鍵是其蓋板采用國產納米微晶玻璃。
納米微晶玻璃實現國產化,被業界認為“代表著我國特種玻璃領域的重大突破”。在這一領域率先打破國外壟斷的,是一傢來自西部的“小巨人”企業——重慶鑫景特種玻璃有限公司(以下簡稱“鑫景特玻”)。
位於重慶兩江新區水土新城的重慶鑫景特種玻璃有限公司。
跨界轉型,特種玻璃自己造
玻璃作為眾多行業的基石,在生產、生活中必不可少。隨著高新技術的發展,具備各種特殊功能的特種玻璃應運而生。
微晶玻璃便是特種玻璃傢族中的一顆明珠。與普通玻璃的非晶體結構不同,微晶玻璃內部有著獨特的晶體結構。當這些晶體小到納米級別時,就成為納米微晶玻璃。
“巴掌大小的一塊納米微晶玻璃,內部充滿億億個高強度納米晶體。”國內特種玻璃領域著名專傢、海南大學材料與化工學院副院長薑宏告訴科技日報記者, “這種晶體的規則排列,賦予材料優越的物理和化學性質,可以有效阻斷裂紋的擴散,使玻璃的強度、耐磨性等大大提升。”
正因如此,以納米微晶玻璃為代表的特種玻璃,不僅被用在高端手機上,在諸多新興行業也有著“天量需求”,重要性不言而喻。
鑫景特玻生產的用於手機蓋板的納米微晶玻璃。
然而,這一市場卻長期被國外企業壟斷。
10多年前,在重慶運營著國際五星級酒店的民營企業傢白一波,得知我國特種玻璃制造受制於人的境況後,萌生從房地產向新材料轉型的想法。
此時,由薑宏牽頭的航空玻璃、手機觸摸屏兩個特種玻璃國傢級科研項目剛剛完成,成果亟待走出實驗室、走向產業化。
白一波幾經打聽找到薑宏。雙方一拍即合:“中國人一定能造出自己的高端特種玻璃!”
2014年7月,鑫景特玻註冊成立。作為公司創始人、董事長,白一波從此將全部心血和資源都傾註於特種玻璃的研發生產。
邊招人、邊建設、邊測試,一場追求“硬度”的極限探索開始。
盡管鑫景特玻手握薑宏的首創技術,但白一波很快發現, 從實驗室到工業量產,難度遠遠超出預想。高昂的研發費用、巨大的試產挑戰,以及漫長的認證周期,如大山般橫亙於他們面前。
白一波(中)和薑宏(右一)在討論中。
丟個水包,氣泡終於消失
從2014年鑫景特玻工廠啟動建設,到2018年生產線點火啟動,4年過去,投入多達4億元,能否量產還是個未知數。
“研發配方可以在實驗室驗證,但制作流程隻能在生產線上研究、調整、驗證。”作為鑫景特玻設備動力部部長,彭燦有著十幾年玻璃企業生產和建廠經驗,深知其中不易。
特種玻璃對理化性能的要求極高,相關標準涉及上百個參數。每個參數都如精密齒輪,需要精準咬合。應力、氣泡等亟待攻克的難點,考驗著研發團隊的智慧和耐心。
“窯爐點火後不能熄,生產線要保持24小時運轉。”回憶起當時的情景,彭燦直言“壓力山大”——一批批原料投進去,出來的卻總是充滿氣泡的殘次玻璃,每天的耗損可以買臺豪華轎車。這讓他茶飯不思、夜不能寐。
2019年尤為艱辛。技術研發不斷燒錢,高薪聘請的生產部負責人頻繁離職。一位經驗豐富的老生產部部長,努力一年,也不見起色,離開時無奈地說:“照這樣下去,是造不出特種玻璃的!”
在熊熊燃燒的窯爐和一堆堆殘次玻璃旁,科研人員和生產部門的員工陷入沉默。
理論沒問題、實驗沒問題、操作沒問題,可為何玻璃中總是充滿氣泡?經過深入分析,他們發現,氣泡是在玻璃液接觸窯爐底部時產生的,要想減少氣泡,必須給窯爐降溫。但此前用吹風機降溫效果有限,難以解決問題。
面對困境,有人提出大膽的想法:“往窯裡丟個水包降溫,行不行?”
這個方法很直接,但風險也很大,一旦處理不當,會直接導致窯爐受損、產線停產。
“初生牛犢不怕虎”。研發和技術部門的“90後”們決定試一試。
經過周密計算,黃昊等青年人和技術專傢一道,每隔2個小時,把由鋼板制成的水包(類似鐵制水管)往窯爐伸進10毫米,給池壁降溫,同時精細調控各種參數。
半個多月後,玻璃中的氣泡終於消失!
這一工藝創新,將特種玻璃量產合格率提升至80%,為大規模生產鋪平道路。隨著工藝的不斷改進,合格率又一步步提升至97%。
獨有技術,納米微晶長出來
2021年,我國第一塊納米微晶玻璃終於下線。
薑宏介紹,納米微晶玻璃的成功研制,關鍵在於鑫景特玻掌握該領域的核心技術—— 把數量龐大的納米微晶融入玻璃中。
鑫景特玻生產線上的納米微晶玻璃。
微晶玻璃生產工藝分為配料、熔化、成型、晶化等多個階段,其中晶化是技術含量最高的一環。晶化過程需要將納米級玻璃原子進行有序排列,形成“堅如磐石”的特殊結構。
“經過這些年的實踐,我們摸索出獨有的晶化技術,實現玻璃中微晶結構和形態的精準調控。”已晉升為研發部部長的黃昊說, 技術的核心是對溫度的精準控制。
為攻下這一難關,他們先後進行上萬次的工藝調整和改進,其間經歷燒塌中試窯爐、拆掉新建產線等無數次挫折,最終開發出溫度控制設備——隧道窯。該設備可將溫度變化控制在1℃以內,確保玻璃中生長出足夠數量的高強度納米晶體。
經過近10年的努力,鑫景特玻打破國外巨頭在特種玻璃領域的壟斷局面。目前,該公司已申請國內外專利350多項,其中發明專利282項,生產工藝擁有完全自主知識產權,產品廣泛應用於智能傢電、航空、高鐵、新能源汽車等領域,為我國高端制造業的發展提供有力支撐。
在鑫景特玻忙碌的生產車間裡,記者看到,一塊不足7英寸大小、厚度約0.5毫米的納米微晶玻璃,要經過64克重的鐵球,從0.4米到2.5米的不同高度落下砸擊,沒有絲毫損傷後才能通過出廠檢測。
“材料強則產業強,一塊小玻璃也能創造一個大世界。”站在生產線旁,白一波向記者表示,“下一步,我們將乘著大力發展新質生產力的東風,堅持以國傢戰略需求為導向,不斷創新突破,為社會創造更大的價值!”