450公斤! 世界最大單體藍寶石中國造

發布日期:2019-04-04 23:33

 
工作人員通過數控機床將藍寶石晶體加工成晶棒。帶有余溫的450公斤級人造藍寶石
 
近日,全球重量級別最高、單體最大的人造藍寶石晶體在內蒙古晶環電子材料有限公司的生產車間誕生,450公斤的重量級別,將此前俄羅斯保持的350公斤級世界紀錄一下提高了100公斤。晶環電子研發團隊的這一成果,再次向世人證明了“企業是技術創新的重要主體”,這項新的核心技術的誕生,也使我國人造寶石生產行業的現狀和國際競爭力悄然發生變化。
 
藍寶石制造業成長于逆境
 
說起寶石,人們首先想到的必然是珠寶、首飾,其實作為高科技生產領域的重要原材料,人造藍寶石早已融入人們的日常生活。小到智能手機攝像頭、觸摸屏、LED燈,大到國之重器、高強度激光、天文觀測系統光學元器件,人造藍寶石的身影無處不在。
 
新世紀以來,在美國、歐洲、日本等發達國家和地區的藍寶石原件需求量和產值已經達到天文數字時,我國的藍寶石生產制造業才剛剛起步。
 
2000年,我國開始對藍寶石生長技術進行全方位開發,基于溫度梯度法制造出的產品雖然在質量方面完全能夠達到軍工和光電子產業的要求,但在批量化方面卻長期無法走出實驗室。直到10年之后,好消息才頻頻傳來。
 
2011年4月,青島嘉晶電科技股份有限公司LED藍寶石襯底晶片項目正式投產,3年內產能擴大到了180萬片,標志著我國LED藍寶石晶片打破國外技術封鎖,形成規模化生產。
 
同年6月,江蘇鎮江誕生了一顆百公斤級人造藍寶石晶體,使我國快速增長的LED行業的優質材料供應變為現實,打破了我國藍寶石晶體成長、基板制造市場長期依賴進口的被動局面。
 
2016年4月,首顆贛造人工120公斤藍寶石晶體在南昌“光谷”問世,標志著江西智能手機產業本土造的藍寶石觸摸屏正式誕生。當時,研發項目總工程師張振志自豪地說:“蘋果手機鏡頭蓋、home鍵都是由我們供貨。除了瞄準光學運用領域,我們還將關注智能手機面板等電子運用領域。”
 
這一系列消息足以令國人振奮。然而,從根本上來看,藍寶石的“中國制造”并未完全走出逆境:產品的生產設備和生產工藝,仍然很大程度依賴進口,導致在生產成本和產品價格上缺少話語權;更為重要的是,我國的生產能力和產品尺寸還不能滿足國防科技、國之重器的全面需求。
 
2017年初,俄羅斯驕傲地向世界宣布:世界最大、350公斤級的人造藍寶石在該國誕生。
 
“說到底,我們缺少業內的國際話語權,就是因為缺少核心的生產技術,一套完全屬于我們自己的生產技術!”晶環電子總經理張俊這樣說。
 
晶石巨無霸爭奪國際話語權
 
在內蒙古晶環電子公司的生產車間內,一顆重達450公斤的人造藍寶石屹立在展柜前,通體透明,毫無氣泡。用手觸摸,還能感受到剛剛出爐的余溫。晶環電子副總經理、總工程師歐陽鵬根告訴科技日報記者:“這是目前世界上重量級別最高、單體最大的人造藍寶石,基于泡生法生產技術。”
 
泡生法是目前世界上生產人造藍寶石的主流方法,也是世界各國致力技術攻關和加大技術研發投入的最主要生產工藝。其原理是先將氧化鋁原料加熱至熔點后形成熔湯,再以籽晶棒接觸到熔湯表面,在籽晶棒與熔湯的固液界面上開始生長和晶種相同晶體結構的單晶,晶種以極緩慢的速度往上拉升最后凝固成一整個單晶晶碇。
 
“這是一個過程比較漫長的生產工藝,對爐溫的控制、生產系統的協調應用都有著極高的考驗和極為苛刻的要求,所以,生產450公斤級的產品和
 
生產200公斤級、350公斤級產品,其技術要求不在一個層面,有著質的區別。”歐陽鵬根介紹說。
 
在100公斤級、250公斤級人造藍寶石實現批量生產之后,歐陽鵬根帶領的晶環電子研發團隊并沒有停止創新的腳步。2017年,晶環電子300公斤級藍寶石達到生產條件不久,俄羅斯Mono Crystal公司350公斤級的世界紀錄刺激了歐陽鵬根的研發團隊:“一是要和他們競爭,咬住不放;二是我們國內行業和企業本身確實對新的核心技術有著極大的渴求,這是我們研發的最大動力!”
 
于是,“泡生法全自動藍寶石晶體生長技術和超大尺寸藍寶石晶體生長工藝技術”在晶環電子的實驗室逐步成型。該公司總經理張俊向記者介紹:“我們的核心技術是自主研發的自動化生產設備、熱產設計理論和微觀工藝應用,也就是說,從原材料選取、加工、生產,全部是中國制造。這顆人造藍寶石巨無霸的誕生,將逐步改變世界人造晶石行業的生產秩序,我們要據此拿到國際話語權!”
 
新技術將打開行業新局面
 
近年來,LED產業在全球范圍內發展迅猛,其產品被廣泛應用于照明以及藍光激光器領域,特別是應用于液晶顯示方面,市場擴張迅速,幾乎100%的筆記本電腦、50%以上的液晶電視都在應用LED產品。而人造藍寶石晶體成長、基板制造環節位于LED產業鏈的最前端,是業內投資最大、技術壁壘最高的一個環節。“同時也是附加值最高的一節,前提是要擁有屬于自己的核心技術!”張俊說。
 
張俊介紹說,由于我國長期和大規模依賴進口的生產設備和生產技術,主導和影響國際商品價格的主動權一直不被我國掌握,國內的生產企業也因此備受壓制,在產業興旺發達的同時,大量利潤給了海外。
 
作為企業研發團隊的帶頭人,歐陽鵬根深有感觸地告訴科技日報記者:“科技型企業要實現降本逐利,沒有其他出路,只能靠技術。巨無霸人造藍寶石的試產之所以成功,不僅表現在尺寸,也表現在品質。我們的新產品可以應用于LED的4英寸晶棒有效長度達到4550毫米以上,這個標準源自如此大尺寸的晶石,已經是最好的證明。”
 
記者了解到,由于技術門檻越來越高,國內的藍寶石生產企業也正在面臨優勝劣汰的洗牌過程,以前的上百家企業,現在大半已經停產或轉產,這是市場的必然要求,更是高精尖技術催生的結果。
 
目前,晶環電子正在致力于實現超大尺寸晶石的批量生產攻關工作。歐陽鵬根說:“對于企業來講,我們的新技術可以實現投料量增加2.5倍、其他成本保持不變、產量提高5倍的全新生產局面;而對于國家來講,超大尺寸晶石的自主研發和生產,不論在民用領域還是軍用領域,都會給予其最大、最為安全的保障。”
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