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中国建材集团下属凯盛科技集团超薄玻璃研发应用历程

作者: 发布时间:2018-11-09

超薄玻璃,大国重器,全球市场上的竞争,硝烟弥漫。


但三年前,“这里的黎明静悄悄”。2015年3月底,中国建材集团的0.2毫米超薄玻璃在安徽蚌埠实现量产后,《中国建材报》记者采访了时任日本旭硝子株式会社中国总代表新保贵史,当时他对旭硝子超薄玻璃的市场地位非常有信心,认为中国的超薄玻璃产品研发时间不长,对于实际的应用还需要继续摸索。“目前还没有对旭硝子产生很大的影响。”新保贵史断言。


三年后,在电子信息显示材料的战场上,中国建材集团下属凯盛科技集团已成长为一支劲旅。凯盛科技集团总经理、蚌埠玻璃工业设计研究院(以下简称:蚌埠院)院长彭寿透露,蚌埠中显超薄玻璃在全球市场的占有率,已近40%。业界认为,随着凯盛科技高铝玻璃等产品的陆续投放市场,超薄玻璃全球市场,或将迎来更加白热化竞争局面。


如今,0.12毫米超薄玻璃也已在中国建材集团实现量产。对于铸造最轻最薄的大国重器,中国建材集团董事长宋志平如此评价:“我认为这是可以和高铁、核电站相媲美的。”


TFT-LCD玻璃基板技术攻关


早在上世纪90年代末,蚌埠院就开始布局和谋划TFT-LCD玻璃基板技术的攻关。只是当时国内市场尚未十分成熟,而且TFT属于资金和技术密集型产业,门槛较高,相关项目并未快速推进。近些年来,围绕玻璃的“超薄化、大尺寸化、超白化、多功能化”四大发展趋势,蚌埠院开始快速推动玻璃材料的革命。

中国建材集团下属凯盛科技集团超薄玻璃研发应用历程

蚌埠院历史悠久,1953年成立,20世纪70年代初由北京迁至安徽蚌埠,1995年被建设部列为建立现代企业制度试点单位,2000年进入中国建材集团,并在上海改制成立中国凯盛国际工程公司(现中国建材国际工程集团有限公司)。


“超薄信息显示玻璃项目是当时围绕着国家重大战略需求立项的,也顺应了玻璃的超薄化发展趋势。”彭寿向《中国建材报》记者表示,超薄玻璃基板是液晶显示器的关键组成部分,具有十分广阔的应用前景。长期以来,国内0.5毫米以下的玻璃基板全部依靠进口,这不仅增加了中国企业的生产成本,也在一定程度上影响了国内数码设备制造企业与国际上同类企业的竞争。


进入新世纪以来,我国已成为全球平板显示产业发展最快的国家,随着技术进一步升级,LED背光电视、3D电视、智能手机、平板电脑等电子类产品的消费推动着平板显示产业的发展。


然而,我国平板显示产业“缺芯少屏”的现状令人担忧,造成“缺芯少屏”局面的主要原因是“缺芯少板”,少了液晶显示器件的关键原材料——液晶玻璃基板。因为这种玻璃的制造多年来一直被美国康宁、日本旭硝子等国际巨头垄断。


面对中国强劲增长的玻璃基板市场,国外巨头不断加大开拓力度。相比之下,玻璃基板本土化建设速度却始终有限,发展大大滞后于本土面板生产线的建设,为产业保持持续、稳定发展带来巨大隐忧。这也成为玻璃行业科研工作者们心头的痛。


要不要上超薄玻璃项目,中国建材集团邀请了众多专家经过了多次论证。不过,专家论证后一致认为:风险比机遇大,极有可能失败。


在这样的论证结果面前,宋志平最终拍板:“中国人,尤其是中国玻璃行业的人,必须攻克这块玻璃。”他对彭寿提出的期望是——只要没有颠覆性的失败就行。


所谓没有颠覆性的失败,是指只要能把超薄玻璃拉出来、能应用就行,良品率低一点也没关系。就是这样的一个决定,经过反复论证后,中国建材集团的超薄玻璃项目得以上马。


2008年6月,蚌埠院瞄准市场需求,踏上了TFT-LCD玻璃基板技术自主创新的攻坚路;2010年12月29日,国内第一片4.5代0.5毫米超薄玻璃基板下线;2011年7月1日,0.4毫米超薄玻璃基板诞生。


蚌埠中建材信息显示材料有限公司(以下简称:蚌埠中显)的150t/d电子信息显示超薄玻璃基板项目,安徽省以战略性新兴产业重大项目和自主创新重大项目政策投入了6000万元,用于项目研发和建设,并为其施工营造了良好环境。以这6000万元为启动资金,蚌埠院此后又为该项目陆续投入了约8亿元。


蚌埠中显在玻璃厚度上的突破非常迅速。2013年9月8日点火烤窑,之后的短短10个月内便完成了0.3-1.1毫米超薄浮法电子玻璃全系列的成功生产,创造了国内外同类产品良品下线速度的新纪录。


2015年3月28日,0.2毫米超薄玻璃基板成功实现稳定量产;2016年4月,0.15毫米;2018年4月突破0.12毫米。


“最近可能还会拉出0.1毫米的柔性的(玻璃),这是一件非常难的事。”彭寿对《中国建材报》记者说。


在生产时,由超薄到极薄,首先要跨越的障碍是原料配方。把玻璃拉薄,需要加入一种特殊的金属氧化物来提高溶液的延展性,但如果添加过多,产品又会变得易碎。到底添加多少合适呢?研究人员只能不断地去寻找、去测试。


从实验室到产业化,最难的还是生产线上工艺参数的调整。实验室做出的超薄玻璃样品仅有10厘米宽,而工业生产的超薄玻璃要做到4米宽。这对玻璃强度、韧度的指标有着极大的考验,需要上万次的工艺参数调整。而每种功能不同的玻璃都需要重新调整工艺参数,这样的过程需要持续不断才能保证玻璃的最优性能。


超薄玻璃原料研究与装备制造至关重要


十年间,超薄玻璃这种产品曾两次获得国家科学技术进步奖,这也从另一侧面印证了它的国家战略地位。不过,这两次奖项所蕴含的意义大不相同。


2006年度国家科学技术进步奖评选中,洛玻集团“超薄浮法玻璃成套技术与关键设备在电子玻璃工业化生产的开发应用”项目荣获国家科学技术进步一等奖。


十年后,蚌埠院、中国建材国际工程集团有限公司等5家单位共同完成的“超薄信息显示玻璃工业化制备关键技术及成套装备开发”成果获2016年度国家科学技术进步奖二等奖。


“有好多设备咱们自己做不了,有一部分是进口设备。”提起2006年洛玻集团在洛阳建成的两条超薄玻璃生产线,蚌埠中显总经理任红灿告诉《中国建材报》记者,受技术能力、生产设备的限制,那两条超薄玻璃生产线能做出的最薄的玻璃是0.4毫米左右。十几年后,蚌埠中显超薄玻璃生产线的装备水平有了质的变化。


据了解,生产超薄玻璃的装备都属于非标产品,无法直接购买,必须自行研发。这些年来,蚌埠院、中国建材国际工程一直在玻璃的装备研发上做创新,如拉边机、锡槽、退火窑等,通过60年来不断的技术研发积累和细致入微的设计优化,形成了全套技术成熟、独具特色、性价比极为优越的超薄浮法玻璃装备。正因如此,2016年度的国家科学技术进步奖二等奖获奖项目中,值得注意的是“关键技术”与“成套设备”。


2014年1月的一天,宋志平在多人的陪同下,考察了蚌埠院的电子信息显示超薄玻璃基板生产线。他在锡槽和熔窑等关键部位长时间驻足停留,对彭寿为首的设计研发团队给予大力表扬。


“拉这个超薄玻璃,一要对原料的配方有很好的研究,第二对装备的研究也非常重要。”彭寿告诉《中国建材报》记者,要把玻璃溶液在锡槽里摊薄,这里面的核心是要有逐级展薄技术,这一环节需要依靠拉边机。为此,蚌埠院自主研发了超微型拉边机。此外,相应的退火窑、熔窑也均由蚌埠院自行研发。


紧密高效的产学研合作


从涂山路1047号蚌埠院驱车30分钟,就能看到中国玻璃新材料科技产业园。一座圆形的玻璃幕墙建筑上,点缀着红色的“浮法玻璃新技术国家重点实验室”几个大字。生产超薄电子信息显示玻璃基板的蚌埠中显就在产业园的西侧。


2013年夏,蚌埠中显公司超薄玻璃基板项目进入设备安装调试阶段。彭寿从洛玻集团调来了40余人进入生产一线,任红灿以及如今的公司生产制造部副部长姜园涛等都在其中。不可否认,这些拥有超薄玻璃生产经验的老洛玻人在新公司发挥了重要的作用。


彭寿认为,生产线自行设计、设备自主研发,这些都是蚌埠院、中国建材国际工程的强项,洛玻集团的老员工们对玻璃生产轻车熟路。设计嫁接技术,超薄玻璃项目得以完成最终的生产过程。


每次有了新的突破后,彭寿就会向蚌埠中显团队提出新的要求,督促他们技术不断进步。蚌埠中显超薄玻璃能够不断刷新世界纪录,与其所处极好的地理位置密切相关。


“有蚌埠院、浮法玻璃新技术国家重点实验室作支撑,产学研的结合非常得紧密、高效。”任红灿坦言,以前设计院做出的成果没法在生产线上落地,研究室的研究成果也有可能与实际脱节。蚌埠中显的超薄玻璃生产线诞生之后,产学研相当于形成上下“一条龙”产业链。


比如浮法玻璃新技术国家重点实验室,为超薄玻璃的研发工作提供了得天独厚的条件。实验室大楼就在蚌埠中显公司的东边,这里有最先进的浮法玻璃装备、检验检测设备以及一流的科研人员。在超薄玻璃的生产过程中,成分的分析、原料的熔制,玻璃强度、缺陷的分析以及生产线上遇到难题的分析,任红灿都能在实验室里找到答案。


“生产出一片玻璃后,我拿到实验室去,立马就能给出指导性的意见。”任红灿说。假如玻璃在生产过程中,发现板面的杂质增加了。什么原因引起的?一线人员并不清楚。把样品拿到实验室,实验室里的曹欣博士等人就可以化验出其中的成分,很快判断出原因。“靠人眼观察肯定是不行的,这就是很科学的方法。”任红灿说。


玻璃不断变薄,成分也会有相应的调整。这种变化对玻璃的熔点、应变点有什么影响,生产线应该制定怎样的熔制参数才最合适?生产线的技术人员无法知晓,曹欣博士那里就有一套办法。


“实验室可以提前制备小样,再把制作过程中的所有参数都给我。这对生产就是个指导,可以让我们少走很多的弯路。要是在生产线上试的话,不仅可能造成巨大的浪费,还会拉长试验周期。”任红灿说,正因为有了重点实验室的支持,生产就有了依据,起到了事半功倍的效果。


任红灿表示,这些年来,技术人员对玻璃的认识更深了。比如原料,原来大家认为用普通原料就行,实际上每种原料的组分、类型对玻璃质量的影响很大,对玻璃成型、物理化学性能也都有影响,这些方面蚌埠中显都有新的突破。所以产品在厚度、质量、强度等物理、化学、光学性能上都有不一样的变化。


在凯盛集团的大平台下,人才的作用也得到了更大的发挥。“有困难,彭总再忙,也能帮你协调。比如现在需要一个化验分析的专家,和领导反映确实必要,随时都可以从其他地方调过来。”任红灿笑着说,就单个工厂来说,有些事情可能是个大问题,但放在凯盛集团,那都不是事儿。


让门类更齐全


由于蚌埠中显有了非常好的业绩和产品,彭寿也一直支持洛玻集团转型向信息产业进军,于是,蚌埠中显后来全部划至洛阳玻璃股份有限公司。“装到洛玻以后,这个企业支撑了洛玻整个系统的股价和洛玻薄玻璃产业的发展。”彭寿说。


凯盛集团在超薄玻璃的布局远不止于超薄玻璃基板。


在蚌埠中显公司北侧,凯盛集团的高铝盖板玻璃生产线已投产,8.5代TFT液晶玻璃项目也已开工。他们不仅要在“薄”上做到极致,还要不断完善产品品类。


吴雪良,中国建材国际工程集团有限公司的副总工程师,如今也被彭寿派到了蚌埠,兼任中建材(蚌埠)光电材料有限公司总经理,正带领公司攻克另一种超薄玻璃产品——高铝盖板玻璃。


8月的一天下午,我们按照约定的时间来到吴雪良的办公室。不过,看得出来,他有点疲惫。“凌晨3点就被电话叫醒了。”吴雪良告诉《中国建材报》记者,高铝盖板玻璃的生产还不是很稳定。


高铝盖板玻璃即保护玻璃,也是平板显示产业中用途较为广泛的平面玻璃之一。作为一种高强度、耐划伤玻璃,它已成为工商业发展中不可缺少的消耗品,主要用于电子、电器、仪器仪表、显示器保护屏等中小尺寸的移动终端产品,其中又以手机的出货量最大。


以一台手机为例,它一共需要三个种类、四块玻璃:最上面的是高铝盖板玻璃,第二块是触控玻璃,即蚌埠中显所做的普通钠钙玻璃,下面两块是TFT液晶显示玻璃。


“目前还不能完全算达到我理想的要求。新产品的量产有个过程,高铝产品有很多指标,需要一项一项调整。”吴雪良介绍,公司从2017年11月开始做高铝盖板玻璃的料方,之后开始摸索、攻关,到今年4月初,下线了一部分目前市场上已经在销的高铝产品。他把这批产品定义为“凯盛一代”高铝玻璃。


在吴雪良看来,“凯盛一代”产品的性能可以达到日本旭硝子的高铝盖板玻璃水平,但良品率、稳定性的提升还需要一个过程。目前在高铝盖板玻璃领域,美国康宁公司仍处于领先地位。今明两年内,凯盛集团要做的是提高产品中的铝含量,提高玻璃强度,做出“凯盛二代”、“凯盛三代”高铝玻璃产品。


和蚌埠中显的超薄玻璃项目一样,高铝盖板玻璃的研发还是依托于蚌埠院。在这个项目上,相当于是吴雪良给中国建材国际工程以及浮法玻璃新技术国家重点实验室出课题。


这是一个不断提高的过程。蚌埠中显的超薄玻璃在最初一两年里,良品率也并不高。刚开始一天只能生产4000平方米左右的0.33毫米玻璃,现在这一数字已提高到4万平方米。“技术上的成熟、工艺参数、员工操作水平都需要积淀,市场也需要培育。”吴雪良向《中国建材报》记者表示。这是一个比蚌埠中显超薄玻璃难度更大的项目。


与此同时,在高铝盖板项目的西边,8.5代TFT-LCD超薄浮法玻璃基板项目的厂房也在如火如荼地建设中。“难度更大,比我们的要求更高。”吴雪良说,玻璃是凯盛集团的看家本领,这些新项目都是围绕玻璃进行,难度一个比一个高。触控玻璃仅仅是薄,高铝玻璃不仅薄,而且铝含量更高,熔化温度要高出200摄氏度,熔窑也不一样。到8.5代TFT液晶玻璃,技术难度就更高了。这些品种都是新玻璃的家庭成员。吴雪良将创新比喻成一辆汽车,这些玻璃就是一个个站点。“新材料的创新还真是见不到终点站。”


为了更好地与下游应用客户共同研发相关产品,中国建材集团最近也在加强与他们的互动。一个值得注意的消息是,7月12日,宋志平、彭寿等在深圳华为技术有限公司进行了调研。华为创始人任正非率高管团队热情接待了宋志平一行,双方就加强战略合作,联合研发新材料等事宜初步达成了合作意向。


业界认为,如果中国建材集团与华为能够在电子信息显示玻璃方面共同推进研发,像美国苹果公司和康宁的协同创新、良性互动,是完全可以预期的。


吴雪良说:“华为需要什么样的性能,那玻璃就调整到什么性能。而不是做完玻璃,问客户看能不能用。”


“我们对合作的前景和中国超薄玻璃的未来,充满期待,充满信心!”吴雪良最后说。