中國(guó)粉體網(wǎng)訊 人類(lèi)文明的坐標(biāo)系里，材料從不是沉默的注腳，人類(lèi)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(shí)刻壓艙。每一次經(jīng)濟(jì)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(shí)代，石墨烯的問(wèn)世預(yù)示著碳基文明的未來(lái)。
近期，由中央廣播電視總臺(tái)和國(guó)務(wù)院國(guó)資委聯(lián)合制作的大型系列紀(jì)錄片《大國(guó)基石》第七期推出《為國(guó)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(jí)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(dǎo)體、光伏、光學(xué)、光纖和軍工等高新技術(shù)領(lǐng)域。新材料領(lǐng)域的專(zhuān)家們把石英玻璃稱(chēng)為“玻璃王”，無(wú)論從制造的高指標(biāo)或工藝的復(fù)雜性，還是應(yīng)用場(chǎng)合的技術(shù)難度來(lái)看，石英玻璃堪稱(chēng)玻璃材料的“皇冠”。
石英玻璃的密度小，抗壓能力強(qiáng)且光學(xué)性能好，滿(mǎn)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(qiáng)度抗輻照玻璃蓋片能為宇宙飛船的太陽(yáng)能電池能源系統(tǒng)提供有效保護(hù)。
來(lái)源：《大國(guó)基石》紀(jì)錄片
在中國(guó)建筑材料科學(xué)研究總院有限公司展廳一角，看似不起眼的石英樣品，蘊(yùn)藏著中國(guó)建材上天、入地、探海的超級(jí)力量。中國(guó)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(yáng)敏感器光學(xué)窗口，具有在軌服役時(shí)間長(zhǎng)、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。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(hào)上升器自月球背面起飛，隨后成功進(jìn)入預(yù)定環(huán)月軌道，嫦娥六號(hào)完成世界首次月球背面采樣和起飛。中國(guó)建材所屬中國(guó)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(hào)上升器激光陀螺儀。作為激光出射窗口和在線監(jiān)測(cè)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(yàn)，不僅能夠有效抵御宇宙射線的強(qiáng)烈輻照，還具備高膨脹系數(shù)適配性，能夠阻擋氦氣的擴(kuò)散，確保了激光陀螺儀對(duì)角速度測(cè)量的高精度，進(jìn)而保證了飛行定位準(zhǔn)確性，使得探測(cè)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(mǎn)完成提供了有力的技術(shù)支撐。
玻璃纖維：細(xì)如發(fā)絲，強(qiáng)若鋼筋
對(duì)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(wú)機(jī)非金屬材料制成的合成纖維，俗稱(chēng)玻璃絲，具有絕緣性好、耐熱性強(qiáng)、抗腐蝕性好、強(qiáng)度高等優(yōu)異的性能，被廣泛用作增強(qiáng)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(guò)拉絲和絡(luò)紗工藝制成。
來(lái)源：《大國(guó)基石》紀(jì)錄片
在泰山玻璃纖維有限公司生產(chǎn)線上，經(jīng)過(guò)高溫熔制的玻璃纖維單根直徑僅有4微米，相當(dāng)于一根頭發(fā)絲的二十分之一，但它的強(qiáng)度卻很高，被廣泛應(yīng)用于交通運(yùn)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(xì)玻璃纖維紡織布料是電子級(jí)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(hào)傳輸和更強(qiáng)的電路支撐，從而提高手機(jī)通信質(zhì)量和耐用性，在5G/6G、人工智能、自動(dòng)駕駛等尖端電子信息領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。
來(lái)源：中國(guó)巨石官網(wǎng)
作為中國(guó)另一家玻纖核心企業(yè)，中國(guó)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(guó)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(dá)270萬(wàn)噸，產(chǎn)品種類(lèi)超3000個(gè)，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(dāng)之無(wú)愧的“新材料之王”
碳纖維，被譽(yù)為“新材料之王”，碳纖維細(xì)如發(fā)絲，卻比鋁密度低比鋼強(qiáng)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(qiáng)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(chē)制造、體育器材以及建筑結(jié)構(gòu)等多個(gè)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(xué)性能和耐用性，而且實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品輕量化，有效提高了能源效率并降低了對(duì)環(huán)境的負(fù)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(guó)外對(duì)高性能碳纖維技術(shù)與高端工藝裝備實(shí)施市場(chǎng)壟斷和技術(shù)封鎖，導(dǎo)致國(guó)內(nèi)企業(yè)一度在競(jìng)爭(zhēng)中處于不利地位。
來(lái)源：《大國(guó)基石》紀(jì)錄片
中復(fù)神鷹碳纖維股份有限公司的研發(fā)團(tuán)隊(duì)通過(guò)干噴濕紡技術(shù)，經(jīng)過(guò)反復(fù)測(cè)試，新一批碳纖維產(chǎn)品成功登頂T1100高峰，中國(guó)的碳纖維生產(chǎn)技術(shù)躋身世界一流行列。近年來(lái)，中國(guó)碳纖維市場(chǎng)持續(xù)擴(kuò)大，截至2024年中國(guó)碳纖維市場(chǎng)規(guī)模達(dá)171.4億元，國(guó)產(chǎn)化率達(dá)到80%左右，應(yīng)用于航空航天、風(fēng)電葉片、低空經(jīng)濟(jì)、汽車(chē)制造等多個(gè)領(lǐng)域。
碲化鎘發(fā)電玻璃：掛在墻上的油田
隨著太陽(yáng)能發(fā)電等新興技術(shù)的不斷成熟與進(jìn)步，如何將其與大面積的玻璃立面、門(mén)窗相結(jié)合，使建筑玻璃也能夠產(chǎn)能發(fā)電，實(shí)現(xiàn)建筑光伏一體化成為了國(guó)內(nèi)外科研機(jī)構(gòu)、高校以及企業(yè)研究與產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的熱點(diǎn)。其中，利用碲化鎘薄膜太陽(yáng)能電池技術(shù)與玻璃結(jié)合制成的“發(fā)電玻璃”最具競(jìng)爭(zhēng)力和發(fā)展?jié)摿�，且已在�?guó)內(nèi)外多個(gè)建筑項(xiàng)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(shì)。有“掛在墻上的油田”之稱(chēng)的發(fā)電玻璃，不僅拓展了偏遠(yuǎn)鄉(xiāng)村的用電方式，也為城市的用電帶來(lái)革新。
來(lái)源：《大國(guó)基石》紀(jì)錄片
凱盛科技集團(tuán)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(hù)了外墻又為工廠帶來(lái)源源不斷的城市綠電，一丁點(diǎn)光照刺激，就能激發(fā)這些電子的運(yùn)動(dòng)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(shí)左右，十塊這樣的玻璃就能滿(mǎn)足一個(gè)家庭全年的用電需求。
氮化硅陶瓷球：小小球體蘊(yùn)含的巨大能量
軸承作為航空發(fā)動(dòng)機(jī)、精密機(jī)床、高速列車(chē)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(dòng)態(tài)性能等關(guān)鍵指標(biāo)。隨著高端設(shè)備技術(shù)的發(fā)展，軸承使用環(huán)境越來(lái)越多樣化，當(dāng)前主流軸承鋼種已不能滿(mǎn)足發(fā)展現(xiàn)狀。陶瓷球軸承具有高硬度、高強(qiáng)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(lái)，隨著材料研究深入、市場(chǎng)需求升級(jí)，氮化硅陶瓷球在驅(qū)動(dòng)電機(jī)行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用，此外，它還突破了我國(guó)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(fēng)電軸承、新能源汽車(chē)等民生領(lǐng)域。
來(lái)源：《大國(guó)基石》紀(jì)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(qiáng)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(jí)改造的軸承可輕松達(dá)到每分鐘60萬(wàn)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(guó)建材集團(tuán)生產(chǎn)軸承專(zhuān)用陶瓷球超過(guò)1.5億顆，隨著汽車(chē)、機(jī)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(chǎng)需求仍在持續(xù)增長(zhǎng)。
結(jié)語(yǔ)
發(fā)展新材料是中國(guó)從制造大國(guó)轉(zhuǎn)變?yōu)橹圃鞆?qiáng)國(guó)的必然要求，是中國(guó)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(dǎo)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(biāo)系——掌握這些的國(guó)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(lái)源：
中央廣播電視臺(tái).《大國(guó)基石》《為國(guó)建材》
中國(guó)建材雜志、國(guó)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(shù)脂基復(fù)合材料成型工藝與應(yīng)用研究進(jìn)展
秦子川.國(guó)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(guó)粉體網(wǎng).石英玻璃，“閃耀太空”
中國(guó)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(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/初末）
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