来源:功能玻璃关键材料体系发展计策研究[J].中国工程科学,2024,26(3):10-18.
编者按
功能玻璃材料是无机非金属材料的主要组成,紧张包括电子信息玻璃、新能源玻璃、特种玻璃等,是信息显示、半导体、新能源、深海、深空等计策性新兴家当的根本性支撑性材料,已成为我国培植智能社会、低碳社会的主要基石。
中国工程院彭寿院士研究团队在中国工程院院刊《中国工程科学》2024年第3期揭橥《功能玻璃关键材料体系发展计策研究》一文。文章按照主干化、体系化研究思路,环绕电子信息玻璃、新能源玻璃、特种玻璃等关键材料的技能、家当、支撑等体系化发展要素,梳理了国外功能玻璃领域前辈国家的发展现状,结合我国的发展现状,凝炼了我国功能玻璃关键材料发展面临的紧张问题,提出了我国功能玻璃关键材料的发展思路与近期、中期、远期的发展目标,凝练了我国功能玻璃关键材料领域的重点技能发展方向。研究建议:增强关键原材料保障能力,为家当安全发展供应有力支撑;加速启动功能玻璃关键材料创新滚动方案;强化功能玻璃关键材料政策支撑;完善功能玻璃关键材料的绿色低碳与数字化发展。
一、序言
随着玻璃组分体系、流程工艺、运用处景等的加速创新,功能玻璃材料已经成为按需求设计,集高强、高韧、耐蚀、耐高温、抗辐射、表面活性等精良性能于一体的前辈材料,紧张包括电子信息玻璃材料、新能源玻璃材料、特种玻璃材料等,是国民经济主要领域与国防工业培植不可或缺的关键材料,广泛运用于信息显示、半导体、新能源、深海、深空等计策性新兴家当,成为新材料的主要细分方向。
功能玻璃材料的研发与生产水平是衡量一个国家新材料发展水平的关键标志之一。以美国、德国、日本为代表的环球前辈国家高度重视功能玻璃材料的创新研究和运用发展,已形成较为完备的功能玻璃材料技能体系、家当体系和支撑体系,重点增强和完善了百口当链培植,依托美国康宁公司、德国肖特集团、日本旭硝子玻璃株式会社、日本电气硝子株式会社等环球领军企业的前辈产品与家当规模上风,实行功能玻璃材料领域的环球化计策,在节制环球市场绝对份额和引领行业发展方向的同时,着力提升本国功能玻璃材料的环球竞争力,钻营行业的“环球主导”地位。
近年来,随着信息显示、半导体、新能源等领域创新技能的不断呈现,功能玻璃材料的运用处景不断延展,家当发展加速以实现颠覆式超过。不才游家当发展对功能玻璃材料兴旺的需求推动下,我国功能玻璃材料家当呈现快速发展态势,取得了关键材料核心技能水平显著提升、家当规模不断壮大、支撑能力培植逐步完善的显著成果。我国高度重视功能玻璃材料家当发展,发布了多项推动家当发展的政策方法,强调功能玻璃材料的计策地位,以关键短板材料攻关以及百口当链体系化、自主化培植为发展思路,推进功能玻璃关键材料自主自强发展,力求实现我国功能玻璃关键材料体系环球引领的主要目标。
本文重点环绕功能玻璃关键材料开展计策研究,系统梳理国内外家当体系化发展现状,研判关键技能发展需求,比拟剖析存在的问题与不敷,结合材料技能与家当发展履历、现状、实际运用需求和我国自身资源条件,利用主干化、系列化研究思路,提出与我国国情相适应的功能玻璃关键材料体系自主自强发展目标与技能发展方向,针对性提出政策建议。
二、国外功能玻璃关键材料的发展现状与趋势
从环球体系化发展的综合水平来看,美国、德国、日本在电子信息玻璃、特种玻璃材料领域处于领先地位。个中,美国秉持产品创新研发与环球化布局为紧张发展思路,依托领先的核心工艺技能与知识产权布局,同时通过在具有大消费市场的国家和地区设置本地化生产线,以提升市场主导力和霸占行业发展高地;德国重点布局技能创新与绿色发展模式,在新材料、新工艺、新设备等方面进行长期的创新研发,干系产品的性能与可靠性精良,在环球保持领先上风;日本具备深厚的研发实力,鉴于国情和资源禀赋,高度重视百口当链发展,全面布局家当链全流程及各环节的同步发展,在提升原始研发能力的同时,通过家当互助、推广运用等办法促进功能玻璃材料家当的发展。
(一) 电子信息玻璃材料
电子信息玻璃材料紧张包括运用于显示领域的薄膜晶体管液晶显示(TFT-LCD)玻璃基板、有机发光二极管(OLED)玻璃基板、高强盖板玻璃、超薄柔性玻璃以及运用在半导体领域中的高性能石英玻璃、光刻胶玻璃瓶等。当前,环球在电子信息玻璃材料领域呈现高度集中态势,以美国、德国、日本的领军企业依赖前辈技能与产品上风,节制着高端市场的主动权。
在显示玻璃材料领域,环球仅有少数企业如康宁公司、日本旭硝子玻璃株式会社等能够生产知足OLED面板制程哀求的玻璃基板。康宁公司采取溢流法研发出Lotus-NXT系列产品,再热紧缩率约为12 μm(600 ℃,10 min),杨氏模量为83 GPa,应变点为752 ℃,产品稳定性精良;但因溢流工艺再热紧缩率高的限定,产品多运用于OLED显示载板。日本旭硝子玻璃株式会社采取浮法工艺生产的超低热紧缩玻璃基板AN-Wizus系列产品,其再热紧缩率约为7 μm(600 ℃,10 min),杨氏模量为81 GPa,应变点为730 ℃,可同时知足OLED显示基板和载板的功能哀求。少数上风企业在TFT-LCD玻璃基板、OLED玻璃基板、高强盖板玻璃等领域的市场份额合计占比达到环球的90%以上,个中康宁公司的大猩猩玻璃Gorilla Vitus系列盖板玻璃产品处于当前该领域的环球领先水平,可实现2 m高度的跌落测试。柔性玻璃基板制造工艺繁琐繁芜,行业进入门槛高,其一次成型法等核心技能紧张被德国肖特集团、康宁公司、日本电气硝子株式会社等企业所节制,现已成功研发并生产厚度小于100 μm的超薄柔性玻璃基板产品。
在半导体玻璃材料领域,高性能石英玻璃是半导体光刻和精密光学器件的关键材料,德国贺利氏集团、康宁公司已经成熟节制并封锁大尺寸高性能石英玻璃的批量制备技能,可生产出直径为1600 mm的石英玻璃材料,知足高能激光器和深紫外光刻机(DUV)领域的运用,并已实现高性能石英玻璃材料的百口当链发展。光刻胶玻璃瓶因具有不透100~400 nm波段光芒、水汽不易进入、抽取中不易产生气泡、不引入金属离子和颗粒杂质等极为苛刻的条件限定,技能水平哀求极高,目前环球只有日本东洋玻璃株式会社具备产品生产能力。
(二) 新能源玻璃材料
新能源玻璃材料紧张有薄膜发电玻璃和光伏玻璃两种,是薄膜太阳能电池、晶硅太阳能电池的核心材料。近年来,随着环球能源危急不断加剧,绿色低碳发展已成为环球共识,太阳能电池成为环球热点研究领域。
薄膜发电玻璃指在玻璃表面沉积多层化合物半导体材料薄膜,可通过光伏效应将太阳能转化为电能的新能源玻璃材料,紧张包括碲化镉薄膜发电玻璃、铜铟镓硒发电玻璃等。美国第一太阳能公司在碲化镉发电玻璃领域拥有绝对上风,量产组件均匀转换效率达19.7%,实验室最高转换效率达22.1%,量产组件最高功率达到540 W;产品质量国际领先,产能占环球95%以上,独家节制气相输运沉积前辈技能,并以申请专利保护手段严格禁止其他企业采取。在铜铟镓硒发电玻璃领域,国外仅日本太阳能前沿公司实现了家当化,量产组件的转换效率为17.5%,实验室最高转换效率为23.4%,产能约为1.1 GW。
在光伏玻璃领域,国外生产企业紧张有日本旭硝子玻璃株式会社、法国圣戈班集团、英国皮尔金顿公司、印度博罗西勒公司等,截至2023年年初,合计光伏玻璃的产能约为9000 t/d,环球占比不敷10%;光伏组件产能和产量分别约为104 GW、52.8 GW,环球占比约为15.2%。国外的光伏玻璃领域核心技能以及家当规模已不具比较上风。
(三) 特种玻璃材料
特种玻璃紧张包括节能安全玻璃、生物医药玻璃、国防军工玻璃等,在浩瀚计策性领域发挥关键浸染。总体来看,国外部分前辈玻璃企业通过长期且高额的研发投入,在特种玻璃方面已经形成了相对深厚的技能积累,并通过技能壁垒在特定细分特种玻璃材料领域形成了一定的技能垄断,致使特种玻璃家当发展呈现出极不平衡的状态。
航空玻璃与轨道交通玻璃是节能安全玻璃领域中的代表性材料。① 航空玻璃为知足航空器对安全性的分外哀求,在配方、原片制造工艺、深加工工艺等方面的技能难度远高于传统玻璃。目前,美国匹兹堡平板玻璃公司、法国圣戈班集团和英国吉凯恩公司可为大型飞机配套生产风挡玻璃,上述公司的航空玻璃产品已经通过美国联邦航空管理局、欧洲航空安全局认证,运用于干线客机、喷气飞机、支线客机、直升机、战斗机等航空器,成为波音公司、空中客车公司、伊尔库特科学生产集团、中国商用飞机有限任务公司等环球航空器制造公司的紧张供应商。② 轨道交通前窗玻璃以带电加热层的多层夹层玻璃为主,侧窗玻璃以低辐射玻璃等有各种功能层的中空玻璃为主。法国圣戈班集团因其节制关键核心技能在环球前挡玻璃领域霸占上风地位,其产品供应意大利高铁车用玻璃、巴黎地铁新线列车玻璃、中国中车株式会社的高铁门窗玻璃、阿塞拜疆和卡扎特斯塔火车专用玻璃等。
中性硼硅玻璃是采取分外配方和工艺生产的一类玻璃材料,具有良好的化学稳定性和热稳定性,可以知足高端药品对包装材料在水、酸、碱的长期浸泡下对硅、铝身分和有害杂质的浸出以及玻璃屑脱落条件的分外哀求,也是目前市场公认最为空想的医药产品包装材料,但因其分外的性能哀求致使生产工艺制程中存在难熔化、难澄清、难成型等问题。德国肖特集团、康宁公司、日本电气硝子株式会社是环球中性硼硅药用玻璃的领军企业,已拥有较为成熟的工艺方案,其产品线热膨胀系数分别为5.1×10-6/℃、4.9×10-6/℃、5×10-6/℃;3家企业的产品被环球大多数医药企业所采取,合计约占环球90%的市场份额,年产能合计达到4.7×105 t。
硫系红外玻璃是红外热成像系统中的关键光学元件,在红外成像制导、夜视瞄准、车辆夜视赞助驾驶、安防监控等国防和民用领域运用广阔。国外硫系红外玻璃的生产企业紧张有德国肖特集团和瑞肯公司、比利时幽美科集团、美国非晶体材料公司,个中幽美科集团是环球唯一一家同时节制硫系玻璃制备技能和精密模压技能的企业。出于对红外材料在军事领域运用的敏感性和产品市场的垄断性考虑,国外企业在制备工艺技能上加以封锁。
空心玻璃微珠是一种用场广泛、性能精良的新型轻质材料,被誉为“空间时期材料”,可运用于浮体材料的填料、电子工业轻质封装材料功能添补剂、乳化炸药的优秀敏化剂和稳定剂、油气田开采中的低密度钻井液和低密度固井水泥浆的高效减轻剂等领域。美国明尼苏达矿业及机器制造(3M)公司是环球规模最大的空心玻璃微珠生产商,采取玻璃粉末法制备了高性能空心玻璃微珠,技能水平处于国际领先地位,其产品的环球市场霸占率约为17%;3M公司与美国普特斯公司、爱玛森康明公司、比利时格拉威伯尔公司、匹兹堡康宁公司合计霸占环球空心玻璃微珠90%以上的市场份额。
三、我国功能玻璃关键材料的发展现状
我国功能玻璃关键材料的发展看重顶层方案与市场需求双轮驱动。近年来,国际形势连续发生深刻繁芜变革,天下动荡变革加剧,作为诸多主要家当的关键上游支撑,功能玻璃材料领域成为国际技能和家当竞争的前沿阵地。目前,我国部分功能玻璃材料、关键核心技能因国际封锁存在受制于人的问题,威胁着我国下贱计策性新兴家当的康健稳定发展。我国高度重视短板材料攻关以及百口当链自主化培植,搭建了一批高能级家当创新平台,开展了一系列重点材料科技攻关,推动了多项运用示范项目培植,在功能玻璃关键材料领域取得了一系列成果,但在家当构造、前沿技能研发、引领能力等方面仍存在不敷。
(一) 部分领域达到环球前辈水平,实现从自主向自强超过
在高强盖板玻璃领域,以四川旭虹光电科技有限公司、凯盛科技集团有限公司、中国南玻集团株式会社等企业为代表,近年来成功打破了二次强化工艺并实现高强盖板玻璃量产,产品性能已经达到国际前辈水平,并稳定供应于下贱终端产品。玻璃通孔(TGV)的整体技能水平与环球前辈水平保持同步,干系技能和产品的运用紧张涉及人工智能算力、叠层芯片前辈封装、射频、光通信、系统级玻璃基封装载板、次毫米/微米发光二极管玻璃基封装载板、微流控等领域,海内运用市场尚处于起势阶段,已有部分企业开始进行小批量生产认证。
我国碲化镉薄膜发电玻璃的根本研发技能和家当化水平处于环球领先位置,已实现单线规模为100 MW、300 MW的生产线培植,具备单线规模为600 MW的生产线家当化能力,但组件转化效率仍有较大提升空间,产品竞争力有待提升。
在硫系红外玻璃材料领域,我国干系企业均已成熟节制并采取真空熔融-淬冷关键生产技能实现量产,年产能约为3×105~5×105 t,产品已具备稳定供应能力。
在柔性玻璃领域,我国率先开拓出厚度为30~70 μm的超薄柔性玻璃,可实现连续弯折4×105次不破损和30 μm弯半数径小于1 mm,全流程柔性技能环节处于天下领先水平。我国的超薄柔性玻璃加工生产企业的年方案产能超过5.42×107片,可以完备知足海内终端市场的材料供应需求,百口当链实现自主发展。
在轨道交通用玻璃领域,国产产品的紧张指标达到或超过了国外同行业水平,干系企业的产品霸占海内90%市场份额。我国在时速200~300千米级的电加热前挡风玻璃领域处于领先地位,并开拓出汽车天窗总成、轨道交通车辆车窗总成、船用玻璃、飞机玻璃等高端特种玻璃产品。
光伏玻璃家当是我国为数不多的在核心技能与家当规模方面具备环球绝对领先上风的家当,已实现从原片到深加工全套工艺技能和关键装备的自主化,率先实现了1.5 mm超薄、高透、超白压延玻璃原片的稳定量产,引领环球发展方向。2022年培植的最大光伏玻璃生产窑炉产能达到1500 t/d,良率达到85%以上。我国光伏玻璃领域的紧张企业包括信义光能控股有限公司、福莱特玻璃集团有限公司和凯盛科技集团有限公司等(见表1)。截至2023年12月尾,我国光伏玻璃在产窑炉有138座,合计产能超过115 969 t/d,是环球最大的光伏玻璃生产国和出口国,环球市场份额占比多年稳定在90%以上。2023年,我国光伏玻璃出口量超3.55×106 t,紧张出口越南、印度、泰国、美国等国家。
表1 我国紧张企业的光伏玻璃产能统计情形(截至2023年12月尾)
(二) 家当生态逐步完善,体系化培植加速推进
近年来,为推动功能玻璃家当的高质量发展,我国以政策方案引领与国家级平台培植为支撑,实现对关键家当、关键技能、核心原材料的自主可控。“十三五”期间以来,我国环绕高端制造、新材料等方向,在功能玻璃领域发布了一系列促进家当构造优化、加速国产化替代、推动家当高质量发展的政策方案,对功能玻璃家当发展形成了关键支撑与引领。《“十三五”国家科技创新方案》(2016年)提出,以特种玻璃等计策新材料为重点,大力提升功能材料在重大工程中的保障能力;《“十四五”原材料工业发展方案》(2021年)提出,推进特种玻璃熔化成型技能,占领高性能功能玻璃等一批关键材料等;《质量强国培植纲要》(2023年)提出,加快高强度高耐久、可循环利用、绿色环保等新型建材研发与运用,推动钢材、玻璃、陶瓷等传统建材升级换代以提升材料性能和品质。
在国家级平台培植方面,我国在功能玻璃材料领域已培植了国家玻璃新材料创新中央、浮法玻璃新技能国家重点实验室、玻璃工业节能技能国家地方联合工程研究中央、彩虹集团国家级企业技能中央、中国玻璃发展中央等多个国家级平台,以重点企业为主体、市场需求为导向、“产学研”深度领悟的发展体系初步显现;以环绕家当链开展协同创新为路径,推动全行业技能水平、创新能力、家当规模稳步提升,先后占领了8.5代TFT-LCD玻璃基板、中性硼硅玻璃、空心玻璃微珠等一批关键短板材料,并形成了稳定的工业化量产产品,实现了多项海内重点材料“零”的打破;在持续增强自主保障能力的同时,我国功能玻璃家当生态体系也进一步得到完善。
(三) 中低端产品竞争力持续显现,高端产品技能与家当上风尚未形成
我国在6代及以下TFT-LCD/OLED玻璃基板、石英玻璃、航空玻璃、生物医药玻璃、空心玻璃微珠等功能玻璃关键材料领域已实现中低端产品的百口当链自主化发展,基本知足了海内里低端产品的运用需求,但高端产品的关键技能与性能仍与国外前辈水平存在一定差距,自主供应能力薄弱,存在受制于人征象。例如,在TFT-LCD玻璃基板领域,2022年,我国TFT-LCD面板生产线对8.5代及以上玻璃基板的需求量约为3.5×108 m2,占环球整体需求总量的60%以上。国皮毛干企业在我国投产及在建的TFT-LCD面板生产线共有23条,产能为1.5×108 m2,拥有我国的绝对市场份额;海内企业近年来虽然实现了8.5代TFT-LCD玻璃基板的核心技能打破,但自主培植与在建的8.5代生产线仅有4条,产能不敷2×107 m2。我国高世代OLED玻璃基板目前仍勾留在试验线阶段,干系企业已开展高世代OLED基板玻璃示范生产线培植,尚不具备自主生产能力,市场供应仍紧张由美国、日本、德国等国家的领军企业来供应。
在石英玻璃领域,我国在高纯度和大尺寸石英玻璃制备、熔制设备及节能掌握方面,与国外前辈水平还存在较大差距。当前海内最高水平的超纯石英玻璃产品可实现金属杂质含量低于4×10-7 μg/g、折射率均匀性为4×10-6(口径为230 mm)、羟基含量小于1×10-6 μg/g、气泡及杂点为1类指标,但仍未达到光刻级产品的指标需求。面对国外企业干系产品的限售和技能封锁,我国在半导体高端设备领域亟需进一步实现高性能石英玻璃材料的打破。
我国以光刻胶玻璃瓶、透明导电(TCO)玻璃材料为代表的功能玻璃关键材料对外依存度偏高,自主化产品供应占比较低。个中,光刻胶玻璃瓶紧张依赖入口,对我国半导体与显示行业造成潜在威胁。为此,我国干系企业及研制单位针对干式光刻胶包装瓶,开展了内壁脱碱、镀膜技能的中试验证,正在加速推进家当化进程。我国在线TCO玻璃材料尚未完备进入下贱运用,干系产品供应紧张来自日本等少数国家的入口,但海内少数企业已开展干系核心技能攻关。总体来看,与国外比较,我国功能玻璃关键材料的高端产品竞争力水平显著不敷,面对日趋繁芜的国际环境,存在一定的家当安全风险。
四、我国功能玻璃关键材料发展面临的紧张问题
(一) 关键高纯石英质料供应能力不敷
石英质料是生产功能玻璃的最紧张原材料,包括石英矿产资源提纯和人工合成两种工艺路径。目前,光刻机玻璃等石英玻璃材料紧张采取人工合成石英质料,但受本钱、工艺等成分影响,未来将逐步实现石英矿产提纯石英质料对合成石英质料的替代。从石英矿产中提纯的石英质料与矿产资源禀赋深度干系,我国中低端石英资源储量充足,基本可知足光伏玻璃等功能玻璃材料生产的自主供应;但在生产4N8及以上纯度级别的高纯石英质料矿产领域,当前我国现已探明、初步具备加工为高纯石英产品条件的脉石英资源储量约为7×106 t,伟晶花岗岩资源储量严重缺少,致使我国尚不具备高纯石英质料大规模自主化供应能力,纯度4N8及以上高纯石英质料完备依赖入口(年入口量为8.8×104 t,约占环球年生产总量的70%)。我国高纯石英资源自主保障能力短板问题凸显。美国、德国、印度尼西亚等国家是我国紧张的高纯石英质料入口国,但已实施或正在通过行政手段,封锁、限定高纯石英质料及其制品对我国的出口,对我国前辈半导体材料等关键功能材料供应形成重大威胁。
(二) 行业原始创新能力偏弱
国外领先企业得益于先发上风,在料方体系、工艺机理、生产工艺掌握等方面的创新积累显著多于我国,其新产品开拓、工艺升级等创新活动周期短,研发成功效率高,具有持续的家当竞争上风。
我国功能玻璃材料行业已初步形成由高校、科研院所、企业组成的多元化及多路径创新发展模式。但我国玻璃行业创新研发活动较为封闭,缺少跨行业、跨领域、环球化的互助模式;创新资源分散,缺少统一的方案与引领,多数创新活动仍旧勾留在生产工艺升级方面;根本理论研究、家当共性技能研究薄弱,原创技能、原创产品仍旧缺少。目前,我国的功能玻璃材料研发多为跟随创新,尚未涌现独创或原创的功能玻璃产品以及独占的功能玻璃技能储备。以信息显示玻璃、生物医药玻璃、红外光学玻璃等新型材料为例,核心技能策源地均来自美国、日本、德国等国家,我国尚不具备行业引领能力与话语权,家当发展处于被动地位。
(三) 家当支撑体系尚不完善
目前,我国功能玻璃关键材料行业已造就了一批具有国际竞争力的重点企业,培植了多个具备行业影响力的创新平台,已经建成相对完善的创新链条,但仍旧缺少家当链条支撑能力,详细表现为行业公共做事体系尚不健全,家当跨领域、跨环节协同机制还不完善等。我国的考验检测平台数量不敷,评价认证标准体系不完善,导致创新成果、新型产品验证周期长,推广运用较慢,同时存在新产品与中下贱运用企业的需求适配度不敷等问题,在生物医药玻璃、显示玻璃材料领域表现尤为明显,给我国创新研发带来不利影响。
五、我国功能玻璃关键材料的发展目标及思路
(一) 发展目标
功能玻璃材料是我国培植材料强国的主要组成部分,为加强功能玻璃材料领域的顶层设计与计策方案支配,推进关键材料自主自强体系化发展,本研究设置了“三步走”的计策目标。
1. 2030年目标
办理功能玻璃关键材料的重点短板环节,加快8.5代TFT-LCD玻璃基板生产线的海内布局和产品推广运用;节制10.5/11代TFT-LCD玻璃基板核心技能及家当化运用,高世代TFT-LCD玻璃基板自给率实现50%;节制8.5代、10.5/11代、大尺寸OLED玻璃基板核心技能与家当化能力,实现本土化供应能力;节制一次成形70 μm及以下柔性玻璃家当化核心技能,形成稳定家当化供应能力;智能制造关键技能及装备成熟并广泛运用,玻璃智能制造标准体系完善,全流程制造仿真技能成熟,新产品研发周期显著缩短等。在电子信息玻璃领域造就2~3家环球领军企业,组建1~2个具有国际影响力的研发机构。在特种玻璃材料领域,实现全产链的自主供应能力。总之,要在功能玻璃材料领域形成完全的技能和家当化体系,大幅提升原始创新能力,推动部分领域达到国际前辈水平,实现自主发展。
2. 2035年目标
功能玻璃关键材料生态体系全面建成,打破跨学科智能感知功能玻璃材料、智能功能玻璃关键技能及装备;形成低碳质料替代方案,实现玻璃熔窑氢燃料100%纯度替代技能及关键装备打破并成功开展规模化示范运用。造就5家以上环球领军企业,市场份额达到环球领先,整体关键技能水平、原始创新能力达到国际前辈水平,引领重点领域功能玻璃材料前沿发展方向,办理百口当链短板材料问题,实现自强发展。
3. 2050年目标
原始创新能力达到环球领先,成为国际功能玻璃材料领域的创新策源地。在关键领域稳定霸占行业发展高地,重点领域盘踞环球市场份额的60%以上,形成完备的材料发展体系,实现我国功能玻璃材料技能与家当的环球“领跑”地位。
(二) 发展思路
1. 深化关键技能研发布局
针对我国功能玻璃关键材料原始创新、共性技能研发的重点短板问题,开展创新能力提升与创新方案布局。以高能级创新平台为依托,不断提升创新资源集聚水平,实现创新能力提升。加快生物医药玻璃、半导体玻璃材料等细分领域创新的跨领域、跨专业互助,推动重点技能与产品打破。环绕创新方案,瞄准下贱光刻机、大飞机等重点装备的发展需求,完善创新路线与操持,制订完善的创新路线图与重点研发操持项目清单。鼓励创新主体开展根本共性技能、材料机理等研究,为下一步研发事情奠定理论根本。
2. 加强行业关键人才造就
在方案家当发展要素中,重点关注人才支撑,鼓励各级家当平台加强关键功能玻璃材料科研人才、管理人才的引进和培养,出台专项政策引领企业、高校及科研院所联合开展人才协同培养,壮大人才规模,提升人才本色。以企业为主体引进一批“高精尖缺”的领军人才和创新团队。环绕“产学研用”协同,不断创新和探索各级人才认证与勉励机制,从政府、企业多角度对自主培养和引进的关键人才进行勉励,保障高端人才能力的充分发挥。
3. 加速培养行业重点企业
加快培植一批产品卓越、品牌卓著、创新领先、管理当代的天下一流企业。面对繁芜的国际形势和日益激烈的家当竞争态势,我国亟需立足现有创新上风、家当上风、市场上风,对标国际领先企业,造就一批能够跻身国际一流梯队、具有生态主导力的家当链“链主”企业,打造勾引家当高质量发展和参与国际竞争的“排头兵”。同时,针对生物医药玻璃、空心玻璃微珠、红外玻璃等市场规模较小但影响较大的关键材料,通过资金、政策的重点支持,建成一批“专精特新”重点企业。
4. 强化家当支撑能力培植
以行业龙头企业为引领,推动家当链各环节企业联合,利用家当平台、家当同盟等形式,不断完善链式领悟发展机制,开展前瞻技能研发、成果转化与推广运用互助,构建家当链协同发展的行业生态。加速完善材料公共做事体系,重点推进材料表征能力、测试评价方法和标准体系培植,建立行业测试评价大数据中央,为我国功能玻璃关键材料国际化和当代化发展供应保障。加强材料与终端企业的“点对点”精准对接,以专项政策扶持构建全链条式创新机制,持续扩大OLED玻璃、光刻机高性能石英玻璃、TGV玻璃、生物医药玻璃等材料“首批次”保险补偿机制,办理“好材不敢用”的后顾之忧。
六、我国功能玻璃关键材料的技能发展方向
当前,新一轮科技革命与家当变革加速演进,以数字技能和数字产品为代表的数字化时期加速推进,持续推动传统行业转型升级,功能玻璃关键材料作为计策性新兴家当和未来家当的主要根本支撑,亟需知足新技能、新工艺、新装备制造的创新能力需求以及自主自强的家当根本能力需求。
(一) 信息显示与半导体领域终端对功能玻璃材料的关键技能方向
① 开拓新型半导体显示用铟镓锌氧化物薄膜晶体管(IGZO-TFT)玻璃基板料方。开拓8.5代TFT-LCD玻璃基板家当化抛光核心装备;开拓10.5代TFT-LCD玻璃基板澄清、均化、展薄等关键制备技能,打破大流量贵金属通道澄清均化、高温非线性梯级展薄、微应力紧密调控等核心技能;研发高世代(G8.6+、G11/10.5)TFT-LCD玻璃基板生产的铂金通道、锡槽等核心热工装备。② 开拓适用于浮法成形工艺的OLED玻璃基板核心料方。开拓OLED基板玻璃低残余应力和低再热紧缩退火技能及装备;开展OLED基板玻璃关键热工过程的数字化研究;研发OLED基板玻璃高效熔化、澄清均化与精密展薄浮法成形技能;培植浮法8.5代OLED显示用玻璃基板生产示范线,建立OLED显示玻璃材料评价体系与标准规范。③ 开拓超薄柔性玻璃一次成型技能和装备;开拓柔性盖板玻璃“展平-下拉”快速稳定一次成型、高效激光切割、化学强化增韧、无损传输等精密加工技能;开展柔性玻璃应力层分布技能掌握与优化。④ 开展DUV光刻机石英玻璃关键技能及家当化研究;研制193 nm光刻机用高纯石英玻璃材料,在DUV光刻系统中完成实验验证并实现国产化替代等。
(二) 新能源领域产品对功能玻璃材料转换效率提升的关键技能方向
① 开拓设计高强度压延玻璃组分,研究超薄压延玻璃表面构造化处理技能;开拓超薄压延玻璃快速Fe2+ / Fe3+测试技能,研究降落Fe2+含量的掌握性技能,开展光伏压延玻璃纳米减反膜材料研究。② 重点打破渐变带隙碲化镉接管层在线掺杂和高效活化技能,推动连续由上往下近间隔蒸发镀膜技能和装备,高效率碲化镉电池组件在线激活技能,碲化镉小去世区、大宽幅高速激光切割技能开拓。③ 开展双面铜铟镓硒小尺寸组件技能研发,开拓便携式远程掌握设备,磁控溅射镀膜及物理、化学沉积装备;研究高效、低本钱的钙钛矿叠层多结太阳能电池关键制备技能等。
(三) 特种领域对功能玻璃材料极限化性能的关键技能方向
① 完成高耐冲击玻璃组成构造性能根本研究,高耐冲击器件构造设计,高耐冲击玻璃量产及深加工技能开拓,高耐冲击玻璃在航空、汽车、轨道交通等领域的测试与验证。② 研究中性硼硅玻璃管配料、熔化、澄清、成型关键技能,中性硼硅玻璃管成型冷端装备和预灌封针筒成型装备及工艺掌握技能,开拓预灌封注射器针筒成型装备并实现批量生产等。③ 研究红外光学玻璃材料提纯、玻璃中微纳散射毛病掌握、硫系玻璃材料提纯、玻璃中微纳散射毛病掌握等技能。
七、对策建议
(一) 提高关键原材料保障能力,为家当安全发展形成有力支撑
建议将高纯石英质料列入找矿打破行动与计策性矿产目录。推进石英资源找矿、选矿关键技能重点领域实现打破,梳理短板环节,办理我国当前面临的优质石英资源匮乏难题;重点强化我国在成矿机理、勘探找矿技能、矿产评价标准培植、深加工提纯技能等关键领域的研究能力,着力提升我国高纯石英矿产资源自主保障能力。同时,充分利用国际海内两种资源,通过国际家当互助和税收协定等办法,增强高纯石英质料引进力度,提升国际资源供应保障能力。
(二) 加速启动功能玻璃关键材料创新滚动方案
瞄准下贱关键领域新技能、新运用快速迭代的发展趋势,厘清国内外功能玻璃关键材料的发展现状,在推动实现行业发展计策目标的根本上,建议行业主管部门和创新引领单位,联合功能玻璃材料领域的人才力量,进一步优化、细化并形成3年一循环的功能玻璃关键材料行业创新滚动方案机制,及时对重点研发方向、研发目标、前沿研发布局、重大研发项目、重点成果转化项目进行更新,保障行业创新事情的精准性和对下贱领域的支撑性。
(三) 强化功能玻璃关键材料政策支撑
目前,我国对关键功能玻璃材料研发及家当化政策支持的系统性和针对性不敷,家当发展、创新发展、节能环保、要素支持等政策之间的折衷性不强,难以对行业发展发挥全面有力的推动浸染,在高性能石英玻璃、生物医药玻璃等相对规模较小的细分行业中表现尤为明显。未来,亟需从顶层方案层面开展政策间的互通互联,环绕重点发展目标和方向,开展创新勾引、家当支持、行业监管、要素支持等政策的同步制订,保障政策之间的同等与折衷,实现干系政策对行业发展的全面支撑和勾引。
(四) 完善功能玻璃关键材料绿色低碳与数字化发展
结合功能玻璃关键材料家当的生产特点,我国碳达峰、碳中和与数字化发展的现实哀求,体例形成适宜功能玻璃关键材料领域的绿色低碳与数字化发展勾引方案,在绿色低碳端勾引形成源头减碳、过程降碳、末端固碳、流程管碳的全面低碳转型发展路径。在数字化端,环绕高质量发展,强化与大数据、互联网、云打算、人工智能等新一代信息技能的深度领悟,推进形成有效的行业减碳降碳与数字化技能、研发路线、运用推广机制等。
注:本文内容呈现略有调度,若需可查看原文。
作者先容
彭寿
玻璃新材料专家,中国工程院院士。
紧张从事玻璃新材料科研、设计和家当化研究。
注:论文反响的是研究成果进展,不代表《中国工程科学》杂志社的不雅观点。