近日，全球重量級別最高、單體最大的人造藍寶石晶體在內(nèi)蒙古晶環(huán)電子材料有限公司的生產(chǎn)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(huán)電子研發(fā)團隊的這一成果，再次向世人證明了“企業(yè)是技術創(chuàng)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(chǎn)行業(yè)的現(xiàn)狀和國際競爭力悄然發(fā)生變化。

藍寶石制造業(yè)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(chǎn)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(tǒng)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(fā)達國家和地區(qū)的藍寶石原件需求量和產(chǎn)值已經(jīng)達到天文數(shù)字時，我國的藍寶石生產(chǎn)制造業(yè)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(fā)，基于溫度梯度法制造出的產(chǎn)品雖然在質(zhì)量方面完全能夠達到軍工和光電子產(chǎn)業(yè)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(chǎn)，3年內(nèi)產(chǎn)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(guī)模化生產(chǎn)。

同年6月，江蘇鎮(zhèn)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(yè)的優(yōu)質(zhì)材料供應變?yōu)楝F(xiàn)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(chǎn)業(yè)本土造的藍寶石觸摸屏正式誕生。當時，研發(fā)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(chǎn)品的生產(chǎn)設備和生產(chǎn)工藝，仍然很大程度依賴進口，導致在生產(chǎn)成本和產(chǎn)品價格上缺少話語權(quán)；更為重要的是，我國的生產(chǎn)能力和產(chǎn)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?nèi)鄙贅I(yè)內(nèi)的國際話語權(quán)，就是因為缺少核心的生產(chǎn)技術，一套完全屬于我們自己的生產(chǎn)技術！”晶環(huán)電子總經(jīng)理張俊這樣說。

晶石巨無霸爭奪國際話語權(quán)

在內(nèi)蒙古晶環(huán)電子公司的生產(chǎn)車間內(nèi)，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(huán)電子副總經(jīng)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(chǎn)技術。”

泡生法是目前世界上生產(chǎn)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(fā)投入的最主要生產(chǎn)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(jié)構(gòu)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(chǎn)工藝，對爐溫的控制、生產(chǎn)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)應用都有著極高的考驗和極為苛刻的要求，所以，生產(chǎn)450公斤級的產(chǎn)品和

生產(chǎn)200公斤級、350公斤級產(chǎn)品，其技術要求不在一個層面，有著質(zhì)的區(qū)別。”歐陽鵬根介紹說。

在100公斤級、250公斤級人造藍寶石實現(xiàn)批量生產(chǎn)之后，歐陽鵬根帶領的晶環(huán)電子研發(fā)團隊并沒有停止創(chuàng)新的腳步。2017年，晶環(huán)電子300公斤級藍寶石達到生產(chǎn)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(fā)團隊：“一是要和他們競爭，咬住不放；二是我們國內(nèi)行業(yè)和企業(yè)本身確實對新的核心技術有著極大的渴求，這是我們研發(fā)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(huán)電子的實驗室逐步成型。該公司總經(jīng)理張俊向記者介紹：“我們的核心技術是自主研發(fā)的自動化生產(chǎn)設備、熱產(chǎn)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(chǎn)，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(yè)的生產(chǎn)秩序，我們要據(jù)此拿到國際話語權(quán)！”

新技術將打開行業(yè)新局面

近年來，led產(chǎn)業(yè)在全球范圍內(nèi)發(fā)展迅猛，其產(chǎn)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(chǎn)品。而人造藍寶石晶體成長、基板制造環(huán)節(jié)位于led產(chǎn)業(yè)鏈的最前端，是業(yè)內(nèi)投資最大、技術壁壘最高的一個環(huán)節(jié)。“同時也是附加值最高的一節(jié)，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(guī)模依賴進口的生產(chǎn)設備和生產(chǎn)技術，主導和影響國際商品價格的主動權(quán)一直不被我國掌握，國內(nèi)的生產(chǎn)企業(yè)也因此備受壓制，在產(chǎn)業(yè)興旺發(fā)達的同時，大量利潤給了海外。

作為企業(yè)研發(fā)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(yè)要實現(xiàn)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(chǎn)之所以成功，不僅表現(xiàn)在尺寸，也表現(xiàn)在品質(zhì)。我們的新產(chǎn)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(jīng)是最好的證明。”

記者了解到，由于技術門檻越來越高，國內(nèi)的藍寶石生產(chǎn)企業(yè)也正在面臨優(yōu)勝劣汰的洗牌過程，以前的上百家企業(yè)，現(xiàn)在大半已經(jīng)停產(chǎn)或轉(zhuǎn)產(chǎn)，這是市場的必然要求，更是高精尖技術催生的結(jié)果。

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