为新材料产业插上腾飞翅膀

 “新材料产业”包括新材料及其相关产品和技术装备。其研发水平及产业化规模已成为衡量一个国家经济社会发展、科技进步和国防实力的重要标志。

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近年来,我国新材料产业取得长足进步。2019年3月21日前走进新材料产业的代表企业——中国建材集团,探究我国新材料产业发展现状。

中国建材集团作为我国水泥行业的佼佼者,被大众熟知。如今,他们看准未来发展方向,已经从“水泥大王”变身成为拥有水泥、新材料、国际工程服务三大板块,形成“三足鼎立”产业格局的国家创新型试点企业。其中,高档碳纤维、超薄电子玻璃、薄膜太阳能电池、锂电池隔膜、高精工业陶瓷等新材料的研发和生产,正在不断取得新突破。

碳纤维:21世纪的“黑色黄金”

碳纤维是由有机纤维在高温环境下碳化裂解形成碳主链结构、含碳量超过90%的无机纤维。因具有轻质及高强度等优异性能,它成为新一代增强纤维,被称为21世纪的“黑色黄金”。

早在上世纪50年代,为提高和改善飞机性能,美国空军材料实验室就开始了碳纤维复合材料的研发。而碳纤维工业化生产始于上世纪60年代初的日本,东丽株式会社一直是全球碳纤维龙头企业。目前,全球碳纤维产能仍集中于日本和欧美等地区。由于事关国防建设和国家安全,碳纤维是国外长期技术封锁的敏感材料。

2007年,中国建材集团决定与江苏连云港的神鹰新材料公司合作,共同开发碳纤维,并成立了中复神鹰公司。最初,他们的目标是生产T300级碳纤维,后来产品不断升级。2017年9月份,中复神鹰“千吨级SYT55(T800)碳纤维新线项目”投产;2018年2月份,百吨级T1000碳纤维生产线实现投产且运行平稳。

在中复神鹰公司的展厅里,看到了碳纤维的无所不能:自行车、电动车、小提琴、风电叶片、高压气瓶、无人机……中国建材集团正不断努力开发着碳纤维在高端领域的应用。目前,他们所产碳芯导线已在国家电网特高压和超高压的新建线路上得到应用。此外,还陆续签订了来自哈萨克斯坦、印度、韩国、巴西等国家的订单。

如今,在电缆芯、建筑补强等市场领域,中复神鹰已经与日本东丽平分天下。

超薄玻璃:最轻薄的大国重器

超薄玻璃基板是液晶显示器的关键组成部分。一直以来,我国平板显示产业“缺芯少屏”的现状令人担忧,而造成这一局面的主要原因就是“缺芯少板”——少了液晶显示器件的关键原材料液晶玻璃基板。因为长期以来,国内0.5毫米以下的玻璃基板全部依靠进口。

面对中国强劲增长的玻璃基板市场,国外企业不断发力,而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,为产业持续、稳定发展带来巨大隐忧。为改变这一局面,我国玻璃行业科研工作者铆足了劲。

中国建材旗下凯盛科技集团总经理、蚌埠玻璃工业设计研究院院长彭寿介绍,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月份,实现0.15毫米量产;2018年4月份,突破0.12毫米;近期可能还会拉出0.1毫米的柔性玻璃。

彭寿说,生产中玻璃基板由超薄到极薄,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,产品就会变得易碎。“拉超薄玻璃,一要对原料的配方有很好的研究,二是对装备的研究也非常重要。”彭寿介绍,要把玻璃溶液在锡槽里摊薄,其中的核心是要有逐级展薄技术,而这一环节需要依靠拉边机。为此,蚌埠玻璃工业设计研究院自主研发了超微型拉边机,并配套研发出退火窑、熔窑。

薄膜太阳能电池:把技术带回家

为发展薄膜太阳能电池,中国建材集团决定由中建材蚌埠玻璃工业设计研究院收购德国铜铟镓硒太阳能电池公司Avancis。Avancis有一条“武装到牙齿”的德国工业4.0铜铟镓硒薄膜电池智能化生产线,具备年产100兆瓦的生产能力,是一条具有商业规模的生产线。同时,因为蚌埠院具有生产耐高温玻璃的条件,两者的结合将激发出铜铟镓硒薄膜太阳能电池巨大的产能优势。

2015年10月份,成功全资收购Avancis公司相关工厂及技术的蚌埠玻璃工业设计研究院,成立了凯盛光伏材料有限公司,计划总投资100亿元,将全球领先的铜铟镓硒薄膜太阳能电池生产技术在中国落地。目前,凯盛光伏已逐一攻克了世界级生产难题,正以国内外协同创新形成的核心技术优势,全线打通中国薄膜太阳能光伏产业链,以“中国创造”的技术和品牌优势参与全球新能源市场的竞争。

凯盛光伏材料有限公司副总经理王昌华称,铜铟镓硒薄膜太阳能电池需要上下两层玻璃,其生产成本占总成本的30%,均由他们自主研发生产。由于相关生产工艺限制严苛,要求较高的应变点温度特性,目前全世界仅有包括凯盛科技在内的几家顶级企业能够生产。

中国建材股份有限公司总裁、凯盛科技总经理彭寿透露,未来3年至5年内,他们将在全球布局20GW薄膜太阳能电池产量。其中,铜铟镓硒薄膜太阳能电池产量为15GW,碲化镉为5GW,目标是成为中国乃至世界最大的薄膜太阳能电池供应商。

锂电池隔膜:助跑新能源汽车

一层隔膜两重天。我国锂电池发展在与美国、日本、韩国的“四国游戏”之中,内有核心专利、生产装备缺乏之短板,外有技术壁垒,成为我国新能源产业持久发展的“痛点”。

长久以来,电池四大核心材料中,正、负极材料,电解液均已实现了国产化,唯独隔膜仍是短板。由于其主要材质为多孔质的高分子膜,对安全性、渗透性、孔隙度及厚度都提出了极为严苛的技术要求。对此,中国建材集团向前沿科技努力发起冲击。

2017年8月30日,中国建材集团“年产2.4亿平方米锂电池隔膜建设项目”在山东投产,中国建材所属中材锂膜有限公司首条生产线试生产正式启动。这标志着中国建材集团成功实现了锂电池材料中最后一个关键材料的国产化,也标志着中国建材集团的锂电池隔膜研发、生产能力已居于世界领先地位。

预计到2020年,我国纯电动汽车和插电式混合动力汽车年生产能力将达200万辆。据估算,我国未来每年需要的高品质车用动力电池隔膜材料需求量将达到数亿平方米。锂电池隔膜发展前景十分广阔。

如今,中材锂膜三线建设已完成投产,四线贯通出膜,进入试生产阶段。此前积累的经验为新线投产奠定了基础,扩建产能蹄疾步稳;不断提升的A品率,保证了出厂产品质量,降低了生产成本,获得了国内外客户的认可,市场逐步打开;完备的品质保证体系确保产品交付“零投诉”,打造出优质的产品形象。

高精工业陶瓷:不再“卡脖子”

氮化硅陶瓷是一种新型的先进陶瓷材料,与其他材料相比具有优异的性能——其硬度仅次于金刚石,重量仅为钢的三分之一,同时具有耐高温、抗腐蚀、透波等特殊性能,被誉为综合性能最好的结构陶瓷材料。

2017年9月15日,全国首条“年产100吨高性能氮化硅陶瓷生产线”在山东开工。这条氮化硅陶瓷生产线由中国建材集团所属中材高新材料股份有限公司自主研发,具有完全自主知识产权,在国内居于领先水平。

这一生产线投产后,主要生产的氮化硅陶瓷轴承球、电动汽车用氮化硅基片等,将主要应用于高端装备、电动汽车、航天航空、风力发电、光伏太阳能等领域。这种氮化硅陶瓷材料也是军工配套的关键材料,在航天航空轴承、新一代陶瓷透波材料等领域具有不可替代的地位。该项目建成后,也将成为军民融合发展平台,为我国新兴产业和国防建设作出积极贡献。

与此同时,中材高新不断加大科技投入,历经5年艰苦攻关,成为国内首家实现热等静压技术制备高端氮化硅材料工程化生产的企业,热等静压陶瓷轴承球性能达到国际水平。这也是全球第3家可以生产热等静压氮化硅陶瓷轴承球的公司。

近几年,随着我国高端装备、新能源、电动汽车等新型产业的快速发展,对高端热等静压氮化硅陶瓷球的需求越来越大。而我国这种材料此前全部依赖进口,因价格高、交货周期长等问题,严重制约了我国这些新兴产业的发展。而“年产100吨高性能氮化硅陶瓷生产线”投产后,可以彻底解决目前高端热等静压氮化硅陶瓷球“卡脖子”的问题。

来源:经济日报

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