中國(guó)粉體網(wǎng)訊  由中國(guó)粉體網(wǎng)主辦的“2025國(guó)際硅材料產(chǎn)業(yè)展覽會(huì)”于4月23-25日在南京國(guó)際博覽中心成功舉辦。展會(huì)期間，我們邀請(qǐng)到中國(guó)建筑材料科學(xué)研究總院有限公司的教授級(jí)高工聶蘭艦做客“對(duì)話”欄目，聊一聊我國(guó)石英玻璃材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀。

中國(guó)粉體網(wǎng)：聶教授，首先請(qǐng)您介紹一下建材工業(yè)石英玻璃重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室近些年的發(fā)展情況。

聶教授：建材工業(yè)石英玻璃重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的歷史可追溯至1998年10月。當(dāng)時(shí)，顧真安院士提出申請(qǐng)，并經(jīng)國(guó)家建材局批準(zhǔn)，該實(shí)驗(yàn)室正式成立。自成立之初，實(shí)驗(yàn)室便明確了自身定位：緊密圍繞國(guó)家及行業(yè)重大需求，緊跟科學(xué)技術(shù)發(fā)展前沿，聚焦我國(guó)國(guó)防與民用高精尖領(lǐng)域?qū)κ�英新材料的發(fā)展需求。通過(guò)開(kāi)展高水平的研發(fā)活動(dòng)，實(shí)驗(yàn)室致力于實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新，匯聚并培養(yǎng)優(yōu)秀科技人才，搭建高層次學(xué)術(shù)交流平臺(tái)，并大力推動(dòng)科技成果的轉(zhuǎn)化應(yīng)用。

實(shí)驗(yàn)室的主要研究方向涵蓋三個(gè)方面：一是先進(jìn)石英新材料的制備技術(shù)；二是石英新材料的精密加工與性能評(píng)價(jià)體系構(gòu)建；三是石英新材料行業(yè)先進(jìn)制造裝備的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)。

近5年來(lái)，實(shí)驗(yàn)室在科研工作中取得了較為顯著的成果。先后承擔(dān)了20余項(xiàng)國(guó)家及省部級(jí)科研項(xiàng)目，獲得30余項(xiàng)專利授權(quán)，主持或參與制修訂了18項(xiàng)國(guó)家及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，并榮獲3項(xiàng)省部級(jí)獎(jiǎng)勵(lì)。此外，實(shí)驗(yàn)室還榮獲了“國(guó)防科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)”稱號(hào)以及第21屆全國(guó)青年文明號(hào)（二星級(jí)）等榮譽(yù)。

中國(guó)粉體網(wǎng)：在高性能石英玻璃材料領(lǐng)域，您和您團(tuán)隊(duì)有哪些重大的突破？

聶教授：建材工業(yè)石英玻璃重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室科技創(chuàng)新方面，致力于開(kāi)發(fā)石英玻璃制備新技術(shù)、新工藝、新產(chǎn)品和標(biāo)準(zhǔn)化等工作。其中，突破了大尺寸米級(jí)高均勻合成石英玻璃制備技術(shù)，可穩(wěn)定制備出米級(jí)口徑、光學(xué)均勻性優(yōu)于5×10-6、無(wú)缺陷的高品質(zhì)合成石英玻璃材料及異形件，在強(qiáng)激光、核技術(shù)、精密儀器（如激光干涉儀主鏡）等領(lǐng)域得到了批量化應(yīng)用，為我國(guó)高端裝備提供了關(guān)鍵基礎(chǔ)材料；突破了大尺寸米級(jí)高均勻超低膨脹石英玻璃材料及其輕量化反射鏡，可穩(wěn)定制備出米級(jí)口徑、膨脹系數(shù)優(yōu)于30ppb/℃的超低膨脹石英玻璃，并研制出多套大尺寸輕量化反射鏡，在航天、強(qiáng)激光和半導(dǎo)體等領(lǐng)域已逐步推廣應(yīng)用；通過(guò)合成石英玻璃結(jié)構(gòu)、組分設(shè)計(jì)與調(diào)控，開(kāi)發(fā)出抗激光和空間宇宙射線耦合輻照的合成石英玻璃材料，解決了傳統(tǒng)合成石英玻璃在半導(dǎo)體和空間輻照下光譜透過(guò)率衰減嚴(yán)重等問(wèn)題，廣泛推廣應(yīng)用于我國(guó)航天、半導(dǎo)體等領(lǐng)域，并成功應(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，確保飛行定位準(zhǔn)確性；在高純合成石英玻璃基礎(chǔ)上，突破了超薄石英玻璃基板的精細(xì)切割、加工銑磨與精密拋光等關(guān)鍵技術(shù)，貫通了超薄石英基板精密加工工藝技術(shù)路線，可穩(wěn)定制備出厚度小于0.1mm超薄高精度石英玻璃基板，解決了我國(guó)雷達(dá)等領(lǐng)域長(zhǎng)期依賴進(jìn)口問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了批量化生產(chǎn)；突破了強(qiáng)激光光學(xué)系統(tǒng)用超純高均勻低吸收石英玻璃制備技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了吸收系數(shù)小于1ppm/cm的合成石英玻璃，滿足了我國(guó)強(qiáng)激光裝置的應(yīng)用需求；突破了高純低羥基全合成石英玻璃沉積、厚壁管制備和薄壁石英管精密拉制等關(guān)鍵技術(shù)，研制出羥基含量和金屬雜質(zhì)含量小于1ppm、彎曲度小于0.15mm/m的全合成石英管，滿足了特種光纖制造過(guò)程的應(yīng)用需求；突破了強(qiáng)激光用高閾值吸收石英玻璃的配方設(shè)計(jì)與摻雜工藝制備技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了損傷閾值達(dá)到20-30J的吸收型石英玻璃，滿足了我國(guó)某重大裝置的應(yīng)用需求。

中國(guó)粉體網(wǎng)：我國(guó)石英玻璃材料產(chǎn)業(yè)，在國(guó)際上的競(jìng)爭(zhēng)力如何？目前市場(chǎng)地位是怎樣的？

聶教授：我國(guó)石英玻璃材料產(chǎn)業(yè)在國(guó)際上的競(jìng)爭(zhēng)力逐步提升，但高端市場(chǎng)仍由國(guó)際巨頭主導(dǎo)。國(guó)內(nèi)研發(fā)機(jī)構(gòu)與企業(yè)正通過(guò)技術(shù)突破和國(guó)產(chǎn)替代實(shí)現(xiàn)市場(chǎng)地位攀升，整體呈現(xiàn)“低端激烈競(jìng)爭(zhēng)、中端突破、高端追趕”的競(jìng)爭(zhēng)格局。

（1）低端激烈競(jìng)爭(zhēng)

1）企業(yè)數(shù)量眾多：我國(guó)石英玻璃材料產(chǎn)業(yè)低端市場(chǎng)存在大量中小企業(yè)，這些企業(yè)產(chǎn)品同質(zhì)化嚴(yán)重，導(dǎo)致市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)異常激烈。

2）價(jià)格戰(zhàn)頻發(fā)：由于產(chǎn)品差異化程度低，企業(yè)為了爭(zhēng)奪市場(chǎng)份額，往往采取價(jià)格戰(zhàn)策略，進(jìn)一步壓縮了利潤(rùn)空間。

3）資源浪費(fèi)與效率低下：激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)也導(dǎo)致了資源的浪費(fèi)和生產(chǎn)效率的低下，不利于產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

（2）中端突破

1）技術(shù)積累與創(chuàng)新能力提升：經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，我國(guó)石英玻璃材料產(chǎn)業(yè)在中端市場(chǎng)已經(jīng)取得了一定的技術(shù)積累和創(chuàng)新能力。部分企業(yè)開(kāi)始注重產(chǎn)品質(zhì)量和性能的提升，通過(guò)引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)、加強(qiáng)自主研發(fā)等方式，逐步縮小了與國(guó)際先進(jìn)水平的差距。

2）國(guó)產(chǎn)替代加速：在中端市場(chǎng)，我國(guó)石英玻璃材料產(chǎn)業(yè)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了部分國(guó)產(chǎn)替代。例如，在光伏、半導(dǎo)體等領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)企業(yè)已經(jīng)能夠生產(chǎn)出滿足市場(chǎng)需求的高質(zhì)量石英玻璃材料，降低了對(duì)進(jìn)口產(chǎn)品的依賴。

3）市場(chǎng)份額逐步擴(kuò)大：隨著技術(shù)水平和產(chǎn)品質(zhì)量的提升，我國(guó)石英玻璃材料產(chǎn)業(yè)在中端市場(chǎng)的份額也在逐步擴(kuò)大。國(guó)內(nèi)企業(yè)開(kāi)始在國(guó)際市場(chǎng)上嶄露頭角，與國(guó)外企業(yè)展開(kāi)競(jìng)爭(zhēng)。

（3）高端追趕

1）核心技術(shù)差距明顯：盡管我國(guó)石英玻璃材料產(chǎn)業(yè)在整體競(jìng)爭(zhēng)力上有所提升，但在高端市場(chǎng)領(lǐng)域仍面臨較大挑戰(zhàn)。與國(guó)際巨頭相比，國(guó)內(nèi)企業(yè)在核心技術(shù)、關(guān)鍵裝備等方面仍存在一定差距。例如，在光刻領(lǐng)域用高性能光學(xué)石英玻璃等方面仍然存在較大差距。

2）持續(xù)投入與研發(fā)：為了追趕國(guó)際先進(jìn)水平，我國(guó)石英玻璃材料產(chǎn)業(yè)需要持續(xù)加大研發(fā)投入，加強(qiáng)核心技術(shù)攻關(guān)和關(guān)鍵裝備研發(fā)。同時(shí)，還需要加強(qiáng)與國(guó)際先進(jìn)企業(yè)的合作與交流，引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)和管理經(jīng)驗(yàn)，提升產(chǎn)業(yè)整體競(jìng)爭(zhēng)力。

中國(guó)粉體網(wǎng)：在我國(guó)高性能石英玻璃產(chǎn)業(yè)鏈中，哪個(gè)環(huán)節(jié)或哪類產(chǎn)品屬于比較薄弱需要加強(qiáng)的？

聶教授：在我國(guó)高性能石英玻璃產(chǎn)業(yè)鏈中，高純石英原料供應(yīng)環(huán)節(jié)以及高端石英玻璃材料與制品生產(chǎn)環(huán)節(jié)相對(duì)薄弱，亟待加強(qiáng)。 

（1）高純石英原料供應(yīng)環(huán)節(jié)

1）高純石英原料依賴進(jìn)口：近年來(lái)，我國(guó)高純石英原料產(chǎn)業(yè)雖發(fā)展迅速，產(chǎn)能與質(zhì)量均有顯著提升，一定程度上緩解了以往完全依賴進(jìn)口的局面。然而，我國(guó)高純石英原料目前主要集中在中低端應(yīng)用領(lǐng)域，在高端應(yīng)用方面仍高度依賴進(jìn)口。例如，國(guó)內(nèi)能夠生產(chǎn)石英坩堝內(nèi)層石英砂的企業(yè)寥寥無(wú)幾，該類高端石英原料仍大量依賴國(guó)外供應(yīng)。

2）優(yōu)質(zhì)原料匱乏：我國(guó)石英資源儲(chǔ)量豐富，但能滿足高純石英原料生產(chǎn)要求的優(yōu)質(zhì)石英礦卻十分匱乏。高純石英原料的工業(yè)類型主要包括天然水晶、脈石英和花崗偉晶巖石英。隨著天然水晶資源的枯竭，脈石英成為主要的研究與開(kāi)發(fā)對(duì)象。盡管我國(guó)脈石英礦產(chǎn)地眾多，但大部分脈石英礦僅適用于中低端產(chǎn)品生產(chǎn)，真正可用于制備高純石英高端產(chǎn)品的脈石英礦物原料資源極為稀缺。

（2）高端石英玻璃材料與制品生產(chǎn)環(huán)節(jié)

1）技術(shù)工藝差距：我國(guó)在核心技術(shù)工藝和關(guān)鍵裝備方面與國(guó)外存在較大差距，尤其在半導(dǎo)體和高端光學(xué)等領(lǐng)域表現(xiàn)突出。以高端光學(xué)用石英玻璃生產(chǎn)為例，我國(guó)尚未完全掌握其核心工藝技術(shù)，核心裝備也多為非標(biāo)產(chǎn)品，導(dǎo)致材料在規(guī)格尺寸、光學(xué)均勻性、膨脹系數(shù)均勻性、羥基與金屬雜質(zhì)含量、批次穩(wěn)定性以及生產(chǎn)效率等方面與國(guó)外產(chǎn)品相比仍存在一定差距。

2）市場(chǎng)認(rèn)證困難：在半導(dǎo)體、光刻等領(lǐng)域的下游應(yīng)用端，國(guó)外企業(yè)占據(jù)主導(dǎo)地位，它們通過(guò)設(shè)置嚴(yán)格的認(rèn)證準(zhǔn)入門(mén)檻，導(dǎo)致我國(guó)石英玻璃生產(chǎn)與應(yīng)用脫節(jié)，這不僅限制了我國(guó)石英玻璃產(chǎn)品的推廣應(yīng)用，也阻礙了該領(lǐng)域石英玻璃技術(shù)的進(jìn)步。以半導(dǎo)體行業(yè)為例，它是石英材料與制品需求最大且附加值最高的領(lǐng)域，但石英材料若要進(jìn)入該行業(yè)，必須通過(guò)設(shè)備廠商的嚴(yán)格認(rèn)證。此外，半導(dǎo)體廠商高度集中、認(rèn)證難度大以及認(rèn)證程序復(fù)雜等問(wèn)題，也客觀上增加了我國(guó)石英玻璃產(chǎn)品進(jìn)入半導(dǎo)體行業(yè)的難度。

3）產(chǎn)品附加值低：國(guó)內(nèi)石英玻璃材料與制品工業(yè)起步較晚，基礎(chǔ)相對(duì)薄弱。在石英玻璃材料制備方面，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)能力與國(guó)際領(lǐng)先水平仍存在一定差距，特別是在合成石英玻璃材料方面，材料的規(guī)格尺寸、光學(xué)均勻性、光譜透過(guò)率以及材料質(zhì)量穩(wěn)定性等關(guān)鍵核心性能差距明顯。此外，石英行業(yè)中低端產(chǎn)品廠商眾多，基礎(chǔ)條件相近，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈，導(dǎo)致產(chǎn)品毛利率較低。

中國(guó)粉體網(wǎng)：石英玻璃的原料類型中有天然石英砂、合成石英砂、四氯化硅等，那高性能石英玻璃材料制品，更傾向于用哪類原料？對(duì)原料的性能要求主要有哪些？

聶教授：這個(gè)問(wèn)題應(yīng)該從多個(gè)角度去看待。首先，如果從性能角度來(lái)說(shuō)，高性能石英玻璃材料與制品更傾向于使用合成石英砂、四氯化硅等原料，尤其是四氯化硅等含硅化合物。這類原料相對(duì)容易提純，純度最高可達(dá)9N以上，甚至能達(dá)到10N，基于其制備的石英玻璃材料純度同樣可達(dá)9N以上。而且，采用四氯化硅等含硅化合物制備的石英玻璃材料，在內(nèi)在質(zhì)量（如氣泡、條紋、雜質(zhì)點(diǎn)等）、光學(xué)均勻性、應(yīng)力雙折射、光譜透過(guò)率等關(guān)鍵核心性能方面表現(xiàn)最優(yōu)，能達(dá)到極致水平，在石英玻璃的高端應(yīng)用領(lǐng)域——光刻機(jī)中發(fā)揮著重要作用。

第二，如果從性價(jià)比角度來(lái)說(shuō)，高性能石英玻璃材料與制品也會(huì)考慮天然石英砂、合成石英砂等原料。盡管天然石英砂與合成石英砂在純度上難以達(dá)到四氯化硅等含硅化合物的程度，制備出的石英玻璃性能也相對(duì)遜色一些，但這并不意味著這類石英玻璃材料沒(méi)有發(fā)展前景。實(shí)際上，以天然石英砂與合成石英砂為原料制備的石英玻璃材料應(yīng)用更為廣泛。四氯化硅等含硅化合物制備的石英玻璃如同皇冠上的明珠，而天然石英砂與合成石英砂制備的石英玻璃則是應(yīng)用的主力軍。

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)掀起了合成石英砂的研發(fā)熱潮，眾多研發(fā)機(jī)構(gòu)和企業(yè)紛紛投入其中，可謂是百花齊放。一旦國(guó)產(chǎn)合成石英砂突破關(guān)鍵核心技術(shù)與量產(chǎn)技術(shù)，并實(shí)現(xiàn)低成本制造，那將擁有廣闊的發(fā)展空間和潛力。同時(shí)，隨著優(yōu)質(zhì)天然石英礦產(chǎn)資源逐漸枯竭，未來(lái)合成石英砂將逐步替代部分天然石英砂，以滿足資源需求。此外，在電光源、光伏、半導(dǎo)體等領(lǐng)域，天然石英砂制備的石英玻璃仍會(huì)大量使用。由此可見(jiàn)，高性能石英玻璃材料制品的制備對(duì)天然石英砂、合成石英砂、四氯化硅等原料都存在依賴，只是它們各自對(duì)應(yīng)的應(yīng)用領(lǐng)域有所不同。

第三，對(duì)于這幾種原料的要求主要體現(xiàn)在：

（1）原料穩(wěn)定性：原料的穩(wěn)定性是保證制備出的石英玻璃材料與制品性能穩(wěn)定的基礎(chǔ)。只有原料性能穩(wěn)定，才能確保石英玻璃材料與制品在生產(chǎn)過(guò)程中和后續(xù)使用中保持一致的性能。

（2）天然石英砂：要求天然石英礦易于提純，盡量減少或避免難以提純的雜質(zhì)，以及氣液包裹體的存在。氣液包裹體等雜質(zhì)會(huì)影響石英玻璃材料的質(zhì)量，降低其性能，因此減少這些雜質(zhì)有利于保證高純石英原料的質(zhì)量。

（3）合成石英砂：主要關(guān)注純度、晶型、粒形和制造成本。高純度是保證石英玻璃材料性能的關(guān)鍵；合適的晶型和粒形有助于提高合成石英砂原料的應(yīng)用；而制造成本則關(guān)系到產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

（4）四氯化硅：純度是關(guān)鍵要求。高純度的四氯化硅才能制備出高性能的石英玻璃材料，滿足高端應(yīng)用領(lǐng)域的需求。

（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/平安）

注：圖片非商業(yè)用途，存在侵權(quán)告知?jiǎng)h除！