中國粉體網(wǎng)訊 人類文明的坐標系里，材料從不是沉默的注腳，人類文明的每一次躍遷，本質(zhì)都是材料維度的升維。歷史的褶皺里，材料的重量總在關(guān)鍵時刻壓艙。每一次經(jīng)濟范式的更迭，都始于材料的突破：鋼鐵的大規(guī)模生產(chǎn)催生工業(yè)革命，硅的提純技術(shù)引爆信息時代，石墨烯的問世預(yù)示著碳基文明的未來。
近期，由中央廣播電視總臺和國務(wù)院國資委聯(lián)合制作的大型系列紀錄片《大國基石》第七期推出《為國建材》，其中又隱藏著哪些材料“密碼”呢？
石英玻璃：上天、入地、探海的超級力量
石英玻璃是應(yīng)用日益廣泛的高新技術(shù)材料。石英玻璃的成分為二氧化硅，具有透光性高、耐溫性好、膨脹系數(shù)低等優(yōu)越的物化性質(zhì)，因此被廣泛應(yīng)用于半導體、光伏、光學、光纖和軍工等高新技術(shù)領(lǐng)域。新材料領(lǐng)域的專家們把石英玻璃稱為“玻璃王”，無論從制造的高指標或工藝的復(fù)雜性，還是應(yīng)用場合的技術(shù)難度來看，石英玻璃堪稱玻璃材料的“皇冠”。
石英玻璃的密度小，抗壓能力強且光學性能好，滿足太空窗口材料濾紫外耐輻射的要求，避免高能射線照射下形成“色心”，被廣泛應(yīng)用于衛(wèi)星及宇宙飛船，耐輻照的石英玻璃可以有效控制航天器姿態(tài)，高強度抗輻照玻璃蓋片能為宇宙飛船的太陽能電池能源系統(tǒng)提供有效保護。
來源：《大國基石》紀錄片
在中國建筑材料科學研究總院有限公司展廳一角，看似不起眼的石英樣品，蘊藏著中國建材上天、入地、探海的超級力量。中國建材總院所屬石英院制造的耐輻照石英玻璃，具有耐宇宙射線截紫外的功能，特別適用于高軌衛(wèi)星的太陽敏感器光學窗口，具有在軌服役時間長、性能穩(wěn)定等優(yōu)點。這種耐輻照石英玻璃在“嫦娥”“北斗”“神舟”都有應(yīng)用。
2024年6月4日，攜帶月球樣品的嫦娥六號上升器自月球背面起飛，隨后成功進入預(yù)定環(huán)月軌道，嫦娥六號完成世界首次月球背面采樣和起飛。中國建材所屬中國建材總院北分石英所研制的低滲氦耐輻照高純石英玻璃更是首次應(yīng)用于嫦娥六號上升器激光陀螺儀。作為激光出射窗口和在線監(jiān)測窗口，低滲氦耐輻照高純石英玻璃經(jīng)受住了宇宙極端環(huán)境的考驗，不僅能夠有效抵御宇宙射線的強烈輻照，還具備高膨脹系數(shù)適配性，能夠阻擋氦氣的擴散，確保了激光陀螺儀對角速度測量的高精度，進而保證了飛行定位準確性，使得探測器能在月球的極端條件下穩(wěn)定作業(yè)，為采樣任務(wù)的圓滿完成提供了有力的技術(shù)支撐。
玻璃纖維：細如發(fā)絲，強若鋼筋
對于工業(yè)產(chǎn)品而言，玻璃纖維就像水泥里的鋼筋，添加后使材料更加牢固。玻璃纖維是一種由硅酸鹽等無機非金屬材料制成的合成纖維，俗稱玻璃絲，具有絕緣性好、耐熱性強、抗腐蝕性好、強度高等優(yōu)異的性能，被廣泛用作增強聚合物基復(fù)合材料。它的主要成分是二氧化硅、氧化鋁和氧化鈣等，是由葉臘石、石英砂、石灰石、白云石、硼鈣石和硼鎂石等礦石在高溫下熔制后，通過拉絲和絡(luò)紗工藝制成。
來源：《大國基石》紀錄片
在泰山玻璃纖維有限公司生產(chǎn)線上，經(jīng)過高溫熔制的玻璃纖維單根直徑僅有4微米，相當于一根頭發(fā)絲的二十分之一，但它的強度卻很高，被廣泛應(yīng)用于交通運輸、電子電氣及人工智能等一些新興產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域。此外，用4微米超細玻璃纖維紡織布料是電子級玻璃纖維的另一極限突破。低介電玻璃纖維具有低的介電常數(shù)和介電損耗的特性，用其織造成的電子布有著更好的信號傳輸和更強的電路支撐，從而提高手機通信質(zhì)量和耐用性，在5G/6G、人工智能、自動駕駛等尖端電子信息領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。
來源：中國巨石官網(wǎng)
作為中國另一家玻纖核心企業(yè)，中國巨石股份有限公司擁有浙江桐鄉(xiāng)、江西九江、四川成都、江蘇淮安、埃及蘇伊士、美國南卡六大生產(chǎn)基地，已建成玻璃纖維大型池窯拉絲生產(chǎn)線20多條，玻纖紗年產(chǎn)能已達270萬噸，產(chǎn)品種類超3000個，均位居全球第一，其產(chǎn)能約占全球玻纖總產(chǎn)能的27%。
碳纖維：當之無愧的“新材料之王”
碳纖維，被譽為“新材料之王”，碳纖維細如發(fā)絲，卻比鋁密度低比鋼強度高，比不銹鋼更耐腐蝕。碳纖維作為一種高性能纖維材料，具有低密度、高強度、高剛度、耐疲勞等多種特性，在現(xiàn)代工業(yè)如航空航天、汽車制造、體育器材以及建筑結(jié)構(gòu)等多個領(lǐng)域占據(jù)著舉足輕重的地位。其不僅顯著提升了產(chǎn)品的力學性能和耐用性，而且實現(xiàn)了產(chǎn)品輕量化，有效提高了能源效率并降低了對環(huán)境的負面影響。然而，由于碳纖維復(fù)合材料應(yīng)用領(lǐng)域的特殊性，國外對高性能碳纖維技術(shù)與高端工藝裝備實施市場壟斷和技術(shù)封鎖，導致國內(nèi)企業(yè)一度在競爭中處于不利地位。
來源：《大國基石》紀錄片
中復(fù)神鷹碳纖維股份有限公司的研發(fā)團隊通過干噴濕紡技術(shù)，經(jīng)過反復(fù)測試，新一批碳纖維產(chǎn)品成功登頂T1100高峰，中國的碳纖維生產(chǎn)技術(shù)躋身世界一流行列。近年來，中國碳纖維市場持續(xù)擴大，截至2024年中國碳纖維市場規(guī)模達171.4億元，國產(chǎn)化率達到80%左右，應(yīng)用于航空航天、風電葉片、低空經(jīng)濟、汽車制造等多個領(lǐng)域。
碲化鎘發(fā)電玻璃：掛在墻上的油田
隨著太陽能發(fā)電等新興技術(shù)的不斷成熟與進步，如何將其與大面積的玻璃立面、門窗相結(jié)合，使建筑玻璃也能夠產(chǎn)能發(fā)電，實現(xiàn)建筑光伏一體化成為了國內(nèi)外科研機構(gòu)、高校以及企業(yè)研究與產(chǎn)品開發(fā)的熱點。其中，利用碲化鎘薄膜太陽能電池技術(shù)與玻璃結(jié)合制成的“發(fā)電玻璃”最具競爭力和發(fā)展?jié)摿�，且已在國�?nèi)外多個建筑項目得到應(yīng)用，在降低建筑能耗及成本、減少二氧化碳排放、緩解建筑電力需求等方面具有顯著優(yōu)勢。有“掛在墻上的油田”之稱的發(fā)電玻璃，不僅拓展了偏遠鄉(xiāng)村的用電方式，也為城市的用電帶來革新。
來源：《大國基石》紀錄片
凱盛科技集團股份有限公司研發(fā)的大面積碲化鎘發(fā)電玻璃，作為廠房外墻鋪設(shè)而成，既保護了外墻又為工廠帶來源源不斷的城市綠電，一丁點光照刺激，就能激發(fā)這些電子的運動活力，形成穩(wěn)定電流，在弱光條件下同樣擁有超高的能量轉(zhuǎn)化率。一塊發(fā)電玻璃1.92平方米年，發(fā)電300千瓦時左右，十塊這樣的玻璃就能滿足一個家庭全年的用電需求。
氮化硅陶瓷球：小小球體蘊含的巨大能量
軸承作為航空發(fā)動機、精密機床、高速列車等重大設(shè)備的關(guān)鍵基礎(chǔ)部件，其性能的優(yōu)劣直接影響和決定高端裝備的精度、壽命、極限轉(zhuǎn)速、承載能力、耐溫能力、穩(wěn)定性、可靠性和動態(tài)性能等關(guān)鍵指標。隨著高端設(shè)備技術(shù)的發(fā)展，軸承使用環(huán)境越來越多樣化，當前主流軸承鋼種已不能滿足發(fā)展現(xiàn)狀。陶瓷球軸承具有高硬度、高強度、高溫耐性、低熱膨脹系數(shù)、低摩擦系數(shù)等優(yōu)良性能，在高端設(shè)備領(lǐng)域中得以應(yīng)用。近年來，隨著材料研究深入、市場需求升級，氮化硅陶瓷球在驅(qū)動電機行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用，此外，它還突破了我國高端裝備制造關(guān)鍵配件發(fā)展的瓶頸，被廣泛應(yīng)用于風電軸承、新能源汽車等民生領(lǐng)域。
來源：《大國基石》紀錄片
中材高新氮化物陶瓷有限公司研發(fā)的氮化硅陶瓷球具有更輕、更強的特性，使其作為鋼球的替代品，硬度僅次于金剛石，被廣泛應(yīng)用在軸承中，而被陶瓷球升級改造的軸承可輕松達到每分鐘60萬轉(zhuǎn)的高轉(zhuǎn)速，比使用傳統(tǒng)鋼球軸承的轉(zhuǎn)速足足高出2倍。2024年，中國建材集團生產(chǎn)軸承專用陶瓷球超過1.5億顆，隨著汽車、機械制造和新能源產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，陶瓷軸承球的市場需求仍在持續(xù)增長。
結(jié)語
發(fā)展新材料是中國從制造大國轉(zhuǎn)變?yōu)橹圃鞆妵谋厝灰�，是中國擺脫關(guān)鍵材料與技術(shù)“卡脖子”困境的根本性舉措。除了上文中提到的石英玻璃、玻璃纖維、碳纖維、碲化鎘發(fā)電玻璃、氮化硅陶瓷球材料之外，固態(tài)電池的電解質(zhì)、量子芯片的襯底、第三代半導體的外延層等一系列材料正在重塑全球產(chǎn)業(yè)鏈的材料坐標系——掌握這些的國家，將在新能源、人工智能、空天科技的賽道上定義規(guī)則。
參考來源：
中央廣播電視臺.《大國基石》《為國建材》
中國建材雜志、國資小新、央視一套
吳巍.石英玻璃：關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域的核心原材料
蘇永妮.焠火而生的力神——玻璃纖維
張娜.碳纖維及其樹脂基復(fù)合材料成型工藝與應(yīng)用研究進展
秦子川.國內(nèi)外碲化鎘發(fā)電玻璃產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀分析
中國粉體網(wǎng).石英玻璃，“閃耀太空”
中國粉體網(wǎng).打入氮化硅陶瓷球軸承的“高端局”，你可能只差這一步！
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/初末）
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