中國粉體網(wǎng)訊  由中國粉體網(wǎng)主辦的“2025國際硅材料產業(yè)展覽會”于4月23-25日在南京國際博覽中心成功舉辦。展會期間，我們邀請到中國建筑材料科學研究總院有限公司的教授級高工聶蘭艦做客“對話”欄目，聊一聊我國石英玻璃材料產業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀。

中國粉體網(wǎng)：聶教授，首先請您介紹一下建材工業(yè)石英玻璃重點實驗室近些年的發(fā)展情況。

聶教授：建材工業(yè)石英玻璃重點實驗室的歷史可追溯至1998年10月。當時，顧真安院士提出申請，并經國家建材局批準，該實驗室正式成立。自成立之初，實驗室便明確了自身定位：緊密圍繞國家及行業(yè)重大需求，緊跟科學技術發(fā)展前沿，聚焦我國國防與民用高精尖領域對石英新材料的發(fā)展需求。通過開展高水平的研發(fā)活動，實驗室致力于實現(xiàn)關鍵技術創(chuàng)新，匯聚并培養(yǎng)優(yōu)秀科技人才，搭建高層次學術交流平臺，并大力推動科技成果的轉化應用。

實驗室的主要研究方向涵蓋三個方面：一是先進石英新材料的制備技術；二是石英新材料的精密加工與性能評價體系構建；三是石英新材料行業(yè)先進制造裝備的設計與開發(fā)。

近5年來，實驗室在科研工作中取得了較為顯著的成果。先后承擔了20余項國家及省部級科研項目，獲得30余項專利授權，主持或參與制修訂了18項國家及行業(yè)標準，并榮獲3項省部級獎勵。此外，實驗室還榮獲了“國防科技創(chuàng)新團隊”稱號以及第21屆全國青年文明號（二星級）等榮譽。

中國粉體網(wǎng)：在高性能石英玻璃材料領域，您和您團隊有哪些重大的突破？

聶教授：建材工業(yè)石英玻璃重點實驗室科技創(chuàng)新方面，致力于開發(fā)石英玻璃制備新技術、新工藝、新產品和標準化等工作。其中，突破了大尺寸米級高均勻合成石英玻璃制備技術，可穩(wěn)定制備出米級口徑、光學均勻性優(yōu)于5×10-6、無缺陷的高品質合成石英玻璃材料及異形件，在強激光、核技術、精密儀器（如激光干涉儀主鏡）等領域得到了批量化應用，為我國高端裝備提供了關鍵基礎材料；突破了大尺寸米級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、強激光和半導體等領域已逐步推廣應用；通過合成石英玻璃結構、組分設計與調控，開發(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體和空間輻照下光譜透過率衰減嚴重等問題，廣泛推廣應用于我國航天、半導體等領域，并成功應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，確保飛行定位準確性；在高純合成石英玻璃基礎上，突破了超薄石英玻璃基板的精細切割、加工銑磨與精密拋光等關鍵技術，貫通了超薄石英基板精密加工工藝技術路線，可穩(wěn)定制備出厚度小于0.1mm超薄高精度石英玻璃基板，解決了我國雷達等領域長期依賴進口問題，實現(xiàn)了批量化生產；突破了強激光光學系統(tǒng)用超純高均勻低吸收石英玻璃制備技術，實現(xiàn)了吸收系數(shù)小于1ppm/cm的合成石英玻璃，滿足了我國強激光裝置的應用需求；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鍵技術，研制出羥基含量和金屬雜質含量小于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程的應用需求；突破了強激光用高閾值吸收石英玻璃的配方設計與摻雜工藝制備技術，實現(xiàn)了損傷閾值達到20-30J的吸收型石英玻璃，滿足了我國某重大裝置的應用需求。

中國粉體網(wǎng)：我國石英玻璃材料產業(yè)，在國際上的競爭力如何？目前市場地位是怎樣的？

聶教授：我國石英玻璃材料產業(yè)在國際上的競爭力逐步提升，但高端市場仍由國際巨頭主導。國內研發(fā)機構與企業(yè)正通過技術突破和國產替代實現(xiàn)市場地位攀升，整體呈現(xiàn)“低端激烈競爭、中端突破、高端追趕”的競爭格局。

（1）低端激烈競爭

1）企業(yè)數(shù)量眾多：我國石英玻璃材料產業(yè)低端市場存在大量中小企業(yè)，這些企業(yè)產品同質化嚴重，導致市場競爭異常激烈。

2）價格戰(zhàn)頻發(fā)：由于產品差異化程度低，企業(yè)為了爭奪市場份額，往往采取價格戰(zhàn)策略，進一步壓縮了利潤空間。

3）資源浪費與效率低下：激烈的市場競爭也導致了資源的浪費和生產效率的低下，不利于產業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

（2）中端突破

1）技術積累與創(chuàng)新能力提升：經過多年的發(fā)展，我國石英玻璃材料產業(yè)在中端市場已經取得了一定的技術積累和創(chuàng)新能力。部分企業(yè)開始注重產品質量和性能的提升，通過引進先進技術、加強自主研發(fā)等方式，逐步縮小了與國際先進水平的差距。

2）國產替代加速：在中端市場，我國石英玻璃材料產業(yè)已經實現(xiàn)了部分國產替代。例如，在光伏、半導體等領域，國內企業(yè)已經能夠生產出滿足市場需求的高質量石英玻璃材料，降低了對進口產品的依賴。

3）市場份額逐步擴大：隨著技術水平和產品質量的提升，我國石英玻璃材料產業(yè)在中端市場的份額也在逐步擴大。國內企業(yè)開始在國際市場上嶄露頭角，與國外企業(yè)展開競爭。

（3）高端追趕

1）核心技術差距明顯：盡管我國石英玻璃材料產業(yè)在整體競爭力上有所提升，但在高端市場領域仍面臨較大挑戰(zhàn)。與國際巨頭相比，國內企業(yè)在核心技術、關鍵裝備等方面仍存在一定差距。例如，在光刻領域用高性能光學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)：為了追趕國際先進水平，我國石英玻璃材料產業(yè)需要持續(xù)加大研發(fā)投入，加強核心技術攻關和關鍵裝備研發(fā)。同時，還需要加強與國際先進企業(yè)的合作與交流，引進先進技術和管理經驗，提升產業(yè)整體競爭力。

中國粉體網(wǎng)：在我國高性能石英玻璃產業(yè)鏈中，哪個環(huán)節(jié)或哪類產品屬于比較薄弱需要加強的？

聶教授：在我國高性能石英玻璃產業(yè)鏈中，高純石英原料供應環(huán)節(jié)以及高端石英玻璃材料與制品生產環(huán)節(jié)相對薄弱，亟待加強。 

（1）高純石英原料供應環(huán)節(jié)

1）高純石英原料依賴進口：近年來，我國高純石英原料產業(yè)雖發(fā)展迅速，產能與質量均有顯著提升，一定程度上緩解了以往完全依賴進口的局面。然而，我國高純石英原料目前主要集中在中低端應用領域，在高端應用方面仍高度依賴進口。例如，國內能夠生產石英坩堝內層石英砂的企業(yè)寥寥無幾，該類高端石英原料仍大量依賴國外供應。

2）優(yōu)質原料匱乏：我國石英資源儲量豐富，但能滿足高純石英原料生產要求的優(yōu)質石英礦卻十分匱乏。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發(fā)對象。盡管我國脈石英礦產地眾多，但大部分脈石英礦僅適用于中低端產品生產，真正可用于制備高純石英高端產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環(huán)節(jié)

1）技術工藝差距：我國在核心技術工藝和關鍵裝備方面與國外存在較大差距，尤其在半導體和高端光學等領域表現(xiàn)突出。以高端光學用石英玻璃生產為例，我國尚未完全掌握其核心工藝技術，核心裝備也多為非標產品，導致材料在規(guī)格尺寸、光學均勻性、膨脹系數(shù)均勻性、羥基與金屬雜質含量、批次穩(wěn)定性以及生產效率等方面與國外產品相比仍存在一定差距。

2）市場認證困難：在半導體、光刻等領域的下游應用端，國外企業(yè)占據(jù)主導地位，它們通過設置嚴格的認證準入門檻，導致我國石英玻璃生產與應用脫節(jié)，這不僅限制了我國石英玻璃產品的推廣應用，也阻礙了該領域石英玻璃技術的進步。以半導體行業(yè)為例，它是石英材料與制品需求最大且附加值最高的領域，但石英材料若要進入該行業(yè)，必須通過設備廠商的嚴格認證。此外，半導體廠商高度集中、認證難度大以及認證程序復雜等問題，也客觀上增加了我國石英玻璃產品進入半導體行業(yè)的難度。

3）產品附加值低：國內石英玻璃材料與制品工業(yè)起步較晚，基礎相對薄弱。在石英玻璃材料制備方面，國內生產能力與國際領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、光學均勻性、光譜透過率以及材料質量穩(wěn)定性等關鍵核心性能差距明顯。此外，石英行業(yè)中低端產品廠商眾多，基礎條件相近，市場競爭激烈，導致產品毛利率較低。

中國粉體網(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？對原料的性能要求主要有哪些？

聶教授：這個問題應該從多個角度去看待。首先，如果從性能角度來說，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。這類原料相對容易提純，純度最高可達9N以上，甚至能達到10N，基于其制備的石英玻璃材料純度同樣可達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，在內在質量（如氣泡、條紋、雜質點等）、光學均勻性、應力雙折射、光譜透過率等關鍵核心性能方面表現(xiàn)最優(yōu)，能達到極致水平，在石英玻璃的高端應用領域——光刻機中發(fā)揮著重要作用。

第二，如果從性價比角度來說，高性能石英玻璃材料與制品也會考慮天然石英砂、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遜色一些，但這并不意味著這類石英玻璃材料沒有發(fā)展前景。實際上，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用的主力軍。

近年來，國內掀起了合成石英砂的研發(fā)熱潮，眾多研發(fā)機構和企業(yè)紛紛投入其中，可謂是百花齊放。一旦國產合成石英砂突破關鍵核心技術與量產技術，并實現(xiàn)低成本制造，那將擁有廣闊的發(fā)展空間和潛力。同時，隨著優(yōu)質天然石英礦產資源逐漸枯竭，未來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、半導體等領域，天然石英砂制備的石英玻璃仍會大量使用。由此可見，高性能石英玻璃材料制品的制備對天然石英砂、合成石英砂、四氯化硅等原料都存在依賴，只是它們各自對應的應用領域有所不同。

第三，對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。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過程中和后續(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，以及氣液包裹體的存在。氣液包裹體等雜質會影響石英玻璃材料的質量，降低其性能，因此減少這些雜質有利于保證高純石英原料的質量。

（3）合成石英砂：主要關注純度、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鍵；合適的晶型和粒形有助于提高合成石英砂原料的應用；而制造成本則關系到產品的市場競爭力。

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

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/平安）

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