科技日報記者?雍黎
砸核桃、敲釘子、用沙子磨、用汽車軋……近期，某款華為手機(jī)經(jīng)歷極限測試后，屏幕仍完好無損的視頻，在網(wǎng)絡(luò)上火熱傳播。
一塊薄薄的手機(jī)屏幕，為何如此堅勁？關(guān)鍵是其蓋板采用了國產(chǎn)納米微晶玻璃。
納米微晶玻璃實現(xiàn)國產(chǎn)化，被業(yè)界認(rèn)為“代表著我國特種玻璃領(lǐng)域的重大突破”。在這一領(lǐng)域率先打破國外壟斷的，是一家來自西部的“小巨人”企業(yè)——重慶鑫景特種玻璃有限公司（以下簡稱“鑫景特玻”）。
鑫景特玻生產(chǎn)線上的納米微晶玻璃。圖片由鑫景特玻提供
跨界轉(zhuǎn)型，特種玻璃自己造
玻璃作為眾多行業(yè)的基石，在生產(chǎn)、生活中必不可少。隨著高新技術(shù)的發(fā)展，具備各種特殊功能的特種玻璃應(yīng)運(yùn)而生。
微晶玻璃便是特種玻璃家族中的一顆明珠。與普通玻璃的非晶體結(jié)構(gòu)不同，微晶玻璃內(nèi)部有著獨特的晶體結(jié)構(gòu)。當(dāng)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(nèi)部充滿了億億個高強(qiáng)度納米晶體。”國內(nèi)特種玻璃領(lǐng)域著名專家、海南大學(xué)材料與化工學(xué)院副院長姜宏告訴科技日報記者，“這種晶體的規(guī)則排列，賦予材料優(yōu)越的物理和化學(xué)性質(zhì)，可以有效阻斷裂紋的擴(kuò)散，使玻璃的強(qiáng)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(jī)上，在諸多新興行業(yè)也有著“天量需求”，重要性不言而喻。
然而，這一市場卻長期被國外企業(yè)壟斷。
10多年前，在重慶運(yùn)營著國際五星級酒店的民營企業(yè)家白一波，得知我國特種玻璃制造受制于人的境況后，萌生了從房地產(chǎn)向新材料轉(zhuǎn)型的想法。
此時，由姜宏牽頭的航空玻璃、手機(jī)觸摸屏兩個特種玻璃國家級科研項目剛剛完成，成果亟待走出實驗室、走向產(chǎn)業(yè)化。
白一波幾經(jīng)打聽找到了姜宏。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，鑫景特玻注冊成立。作為公司創(chuàng)始人、董事長，白一波從此將全部心血和資源都傾注于特種玻璃的研發(fā)生產(chǎn)。
邊招人、邊建設(shè)、邊測試，一場追求“硬度”的極限探索開始了。
盡管鑫景特玻手握姜宏的首創(chuàng)技術(shù)，但白一波很快發(fā)現(xiàn)，從實驗室到工業(yè)量產(chǎn)，難度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出預(yù)想。高昂的研發(fā)費用、巨大的試產(chǎn)挑戰(zhàn)，以及漫長的認(rèn)證周期，如大山般橫亙于他們面前。
丟個水包，氣泡終于消失了
從2014年鑫景特玻工廠啟動建設(shè)，到2018年生產(chǎn)線點火啟動，4年過去了，投入多達(dá)4億元，能否量產(chǎn)還是個未知數(shù)。
“研發(fā)配方可以在實驗室驗證，但制作流程只能在生產(chǎn)線上研究、調(diào)整、驗證。”作為鑫景特玻設(shè)備動力部部長，彭燦有著十幾年玻璃企業(yè)生產(chǎn)和建廠經(jīng)驗，深知其中不易。
特種玻璃對理化性能的要求極高，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)涉及上百個參數(shù)。每個參數(shù)都如精密齒輪，需要精準(zhǔn)咬合。應(yīng)力、氣泡等亟待攻克的難點，考驗著研發(fā)團(tuán)隊的智慧和耐心。
“窯爐點火后不能熄，生產(chǎn)線要保持24小時運(yùn)轉(zhuǎn)。”回憶起當(dāng)時的情景，彭燦直言“壓力山大”——一批批原料投進(jìn)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(shù)研發(fā)不斷燒錢，高薪聘請的生產(chǎn)部負(fù)責(zé)人頻繁離職。一位經(jīng)驗豐富的老生產(chǎn)部部長，努力了一年，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(chǎn)部門的員工陷入了沉默。
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(jīng)過深入分析，他們發(fā)現(xiàn)，氣泡是在玻璃液接觸窯爐底部時產(chǎn)生的，要想減少氣泡，必須給窯爐降溫。但此前用吹風(fēng)機(jī)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：“往窯里丟個水包降溫，行不行？”
這個方法很直接，但風(fēng)險也很大，一旦處理不當(dāng)，會直接導(dǎo)致窯爐受損、產(chǎn)線停產(chǎn)。
“初生牛犢不怕虎”。研發(fā)和技術(shù)部門的“90后”們決定試一試。
經(jīng)過周密計算，黃昊等青年人和技術(shù)專家一道，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(jìn)10毫米，給池壁降溫，同時精細(xì)調(diào)控各種參數(shù)。
半個多月后，玻璃中的氣泡終于消失了！
這一工藝創(chuàng)新，將特種玻璃量產(chǎn)合格率提升至80%，為大規(guī)模生產(chǎn)鋪平了道路。隨著工藝的不斷改進(jìn)，合格率又一步步提升至97%。
獨有技術(shù)，納米微晶長出來
2021年，我國第一塊納米微晶玻璃終于下線。
姜宏介紹，納米微晶玻璃的成功研制，關(guān)鍵在于鑫景特玻掌握了該領(lǐng)域的核心技術(shù)——把數(shù)量龐大的納米微晶融入玻璃中。
微晶玻璃生產(chǎn)工藝分為配料、熔化、成型、晶化等多個階段，其中晶化是技術(shù)含量最高的一環(huán)。晶化過程需要將納米級玻璃原子進(jìn)行有序排列，形成“堅如磐石”的特殊結(jié)構(gòu)。
“經(jīng)過這些年的實踐，我們摸索出了獨有的晶化技術(shù)，實現(xiàn)了玻璃中微晶結(jié)構(gòu)和形態(tài)的精準(zhǔn)調(diào)控。”已晉升為研發(fā)部部長的黃昊說，技術(shù)的核心是對溫度的精準(zhǔn)控制。
為了攻下這一難關(guān)，他們先后進(jìn)行了上萬次的工藝調(diào)整和改進(jìn)，其間經(jīng)歷了燒塌中試窯爐、拆掉新建產(chǎn)線等無數(shù)次挫折，最終開發(fā)出溫度控制設(shè)備——隧道窯。該設(shè)備可將溫度變化控制在1℃以內(nèi)，確保玻璃中生長出足夠數(shù)量的高強(qiáng)度納米晶體。
經(jīng)過近10年的努力，鑫景特玻打破了國外巨頭在特種玻璃領(lǐng)域的壟斷局面。目前，該公司已申請國內(nèi)外專利350多項，其中發(fā)明專利282項，生產(chǎn)工藝擁有完全自主知識產(chǎn)權(quán)，產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于智能家電、航空、高鐵、新能源汽車等領(lǐng)域，為我國高端制造業(yè)的發(fā)展提供了有力支撐。
在鑫景特玻忙碌的生產(chǎn)車間里，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(jīng)過64克重的鐵球，從0.4米到2.5米的不同高度落下砸擊，沒有絲毫損傷后才能通過出廠檢測。
“材料強(qiáng)則產(chǎn)業(yè)強(qiáng)，一塊小玻璃也能創(chuàng)造一個大世界。”站在生產(chǎn)線旁，白一波向記者表示，“下一步，我們將乘著大力發(fā)展新質(zhì)生產(chǎn)力的東風(fēng)，堅持以國家戰(zhàn)略需求為導(dǎo)向，不斷創(chuàng)新突破，為社會創(chuàng)造更大的價值！”
