北京市朝阳区东五环有一座平实质朴的院落,新中国首批建材科研机构中国建筑材料科学研究总院有限公司(以下简称“总院”)静静隐匿于闹市之中,中国玻璃纤维研究的火炬在此点燃。75年来,从这片孕育创新的沃土出发,总院一代又一代科研工作者,以艰苦卓绝的奋斗,铸就了中国光学玻璃玻纤从无到有、从弱到强的辉煌历程。1957年,拉制出我国第一根无碱玻璃纤维;1963年,自主研发第一根光学纤维;1968年,生产出第一片光纤面板,并先后研制成功高强高弹玻璃纤维、高硅氧玻璃纤维、玻纤滤材、抗碱纤维、低数值孔径光纤面板等产品配套国家重大工程。其卓越贡献屡获国家认可,1976年,抗干扰玻璃纤维获得国家科技进步奖二等奖;1995年中空型镀铝玻璃纤维获得国家科技进步奖二等奖;雷达显示管用光纤面板和光纤面板工艺技术先后获得1995年和1999年国家科技进步奖三等奖。薪火相传,步履不停。总院一路探索、拼搏,成功走出了一条以创新驱动引领产业转型升级的快速发展之路。
攻坚克难 第一根无碱玻璃纤维诞生
1938年,玻璃纤维诞生于美国,此前主要用于特定装备领域。总院着手研发玻璃纤维,起初也是缘于我国特定装备领域需求。1954年4月,在首任特种玻璃室主任何欧里的主持下,总院开始了玻璃纤维的研究。在没有完整的玻璃纤维技术资料、只浅显了解一些苏联玻璃纤维大致情况的背景下,科研人员决定首先试制铂金坩埚。
经过反复讨论研究设计,总院做出了我国第一台14孔铂金坩埚,又自己设计拉丝平台,选择外保温材料把埚固定在安装架内,再把坩埚架安装在拉丝平台上,用变压器调节控制温度。经过长时间的摸索试验,总结温度控制与出丝的关系和失败教训,终于在1957年用铂金坩埚拉出了我国首束无碱玻璃纤维,丝径11~17µm。
1958年,建筑材料工业部玻璃考察团访问苏联、东欧后,国家决定引进苏联玻璃纤维技术,总院组建玻璃纤维研究室,从全国各地抽调高级技术人员,从各地等招募技术人员。生产试验线上的师傅们克服一个个困难,战胜一个个挑战,不辞苦累、不计报酬,终于摸索出了生产玻璃纤维的拉丝工艺各项技术参数、操作规程,稳定生产出质量合格的玻璃纤维,为玻璃纤维的应用提供了基材。此后,玻璃纤维研究室又陆续立项研发高硅氧纤维、金属丝纤维、镀锌纤维等多种不同应用的玻璃纤维项目。
几经变迁、分分合合。2003年初,总院正式成立特种玻璃纤维与光电功能材料究所,后更名为特种玻璃纤维与光电功能材料研究院(以下简称“玻纤院”),确立了干扰材料、光纤面板、微通道板、特种光电玻璃等主营业务领域,将核心方向聚焦于光学纤维领域并深耕细作。
搏击市场 优质产品获下游客户认可
中国建材总院党委委员、副总经理贾金升至今仍清晰记得1994年7月29日前往当时玻纤所下属的光学室报到时,被光纤面板的神奇功能惊艳的心情。
“在当年,光纤技术本身就代表着前沿与尖端,”贾金升回忆道,“而眼前这项能将上千万根光纤精密熔合,实现高效传像,并且成为微光夜视仪的重要元件,更令我叹为观止。那一刻,一种自豪感油然而生。”
1999年,总院转制为中央直属大型科技企业。这次改制让玻纤院完全进入了市场,随后出现了对市场经济“水土不服”的现象,再加上使用近20年的生产线机械装备老旧、净化条件差、工艺落后等问题,产品综合性能与用户要求、与国外同类产品存在较大差距,产品逐步被“边缘化”。
2000年6月份,总院责成时任玻纤所党总支书记李国恩主管光学方向的研发。他提出了“求真务实,真抓实干”的八字要求,改变过去科研院所靠国家经费生存的被动局面,积极开展国产一代夜视仪用光纤面板生产,推动十余个新产品研发及小批量供应,当年玻纤院营业收入翻了一番,大大提振了职工士气,鼓舞了斗志,提升了行业地位,在市场经济浪潮中初步站稳了脚跟。经过全体职工10余年的艰苦努力,总院研制生产的光纤面板、光纤倒像器批量进入国际市场。
2004年底,总院与中国建材集团实施战略重组,成为首家进入大型央企集团的中央科研院所。如何适应新的历史环境,有效发挥重组效应,如何推动企业持续健康发展,再一次考验着总院。
当时,恰逢国内二代微光夜视技术定型的关键时期,总院领导班子敏锐地观察到国家大力推动重大装备建设是必然趋势,果断提出了“多品种规模化”“双域并举、纵横并举”(科研任务和横向产品销售)的发展思路。
总院积极寻求国家支持、搭建基础平台,先后争取完成了02技改、05技改等多项条件建设项目,建成了高水平的光纤面板研发生产基地,装备水平、生产规模、质量性能跨越式提升,为“863”项目等的新产品研发、性能提升提供了支撑平台,成为光纤面板、倒像器、光锥、微通道板、防光晕光窗玻璃五类产品综合配套单位,2009年收入达到5000万元。
在高速发展的同时,总院也面临着专业面窄、配套需求有限、市场竞争激烈等突出问题。面对发展瓶颈和困难,领导班子适时提出了“人才、创新、国际化”的发展战略,不断研发专有技术和新产品,开发民用市场,与法国、荷兰、俄罗斯等十余个国家和地区的知名企业开展深入合作,实现了由内向型企业向外向型企业的转变。
相关产品获得国内外市场高度认可。总院连续六次荣获北方夜视技术股份有限公司“优秀供应商”称号,2019年,光电探测器用光纤面板荣获北京市科技进步二等奖,2022年光纤倒像器系列产品获得工业和信息化部第七批制造业单项冠军产品,2023年微弱信号探测用光纤倒像器再次获得北京科技进步奖二等奖;2015年,荣获法国PHOTONIS公司“光学器件最佳供应商”称号,得到国际微光像管生产企业高度评价。
落地枣庄 开启民品开发新天地
2018年11月16日,总院与枣庄市市中区政府签署战略合作协议,总院生物光导识别芯片材料项目正式落地枣庄市经济开发区,开启了玻纤院高质量发展的新篇章。
为什么要在异地建厂?这缘于智能手机市场对生物光导识别芯片材料产能规模的迫切需求。
2017年,在市场需求波动、技术快速更新与成本提高等多重挑战叠加的背景下,时任总院玻纤院院长贾金升压力巨大。
“这也恰恰是玻纤院长期以配套装备为主的经营模式累积的重大风险。”贾金升说,如何尽快开拓光纤制品的民用市场,打破玻纤院发展的“天花板”,成为团队的一种“执念”。
事实上,早在2006年前后,玻纤院便提出了“双域并举”的工作方针,也开始出口国际市场,但始终没有脱离微光夜视的应用领域,真正的民品开发及市场开拓进展缓慢。直到2016年初,开始尝试将光纤面板用于便携式超薄指纹识别模组,进而研发进智能手机屏幕指纹识别领域,才真正开启了玻纤院光纤民品开发的新天地。
国内一家指纹模组公司早在2015年便计划采用该方案实现大面积指纹识别模组的制备,但由于技术、工艺、装备等种种原因,相关材料性能迟迟满足不了用户要求。
2017年初,指纹模组公司层层追溯光纤制品的起源和发展,最终找到总院玻纤院团队。“第一次来总院进行技术交流,在参观了玻纤院研发生产基地之后,他们对总院的科技创新实力给予了高度评价,也增强了对方的信心。”贾金升说。
根据指纹识别模组的特殊应用需求,总院以光纤面板研究所为基础组建了高水平的研发创新团队。研发团队迅速制定技术方案和路线图,跳出传统光纤面板高数值孔径玻璃材料范围,从低数值孔径光纤用玻璃材料研发开始,仅用时一个月,第一批原理样品便发往用户进行原理验证。
“当用户收到样品后,感到非常震惊,他们没有想到我们能在这么短时间内研发出来,比预期提前了2个月。”贾金升回忆。用户的工程师们将信将疑地对样品进行了性能测试和应用试验,性能远超之前与其他合作方研制的样品。
2018年5月份,总院最终成功研发出满足智能手机大屏幕指纹识别的光导识别芯片材料。2018年6月,工艺定型,形成了完全独立的技术体系和自主知识产权,在全球范围内首次实现了大面阵、超薄化、高性能、低成本的生物光导识别芯片材料的研制。
自从总院生物光导识别芯片材料研发成功后,vivo、0PPO、小米、华为等全球知名厂商纷纷跟进项目开发进展,多家厂商先后与总院进行技术交流和供应链考察,希望尽快实现生物光导识别芯片材料的量产。
“由于总院一直承担着微光夜视核心材料的研发保障任务,北京总部产能已接近饱和,无法满足智能手机领域规模化生产配套需求,因此我们考虑异地建厂量产。”贾金升说。
为此,总院领导多次带队到云南、河北、天津、山东实地考察。因为手机厂商需求十分紧迫,项目最大的困难就是建设周期要求很短。最终落地山东枣庄,缘于枣庄市市中区提供了一块238亩建设用地以及非常优惠的政策条件。更为关键的是,市中区政府承诺100天内完成土建施工和厂房建设,为项目早日建成投产争取了宝贵时间。
2018年11月16日,总院与市中区政府、枣庄经济开发区签署了项目合作协议,选址枣庄市经济开发区进行项目建设。在总包方和建设方的辛勤努力下,“生物光导识别芯片材料”项目期工程仅用时8个月,便已完成土建、厂房、设备等全部建设工作。2019年9月18日,总院山东项目揭牌,由总院控股的中建材光芯科技有限公司(以下简称“光芯科技”)生产线投产运行,项目产业化开启了新篇章。
作为整个项目的全程参与者,贾金升深深体会到平台的巨大作用。“在总院甚至集团的平台上进行项目的转化落地,能够充分整合政府、基金、总院等多方面的资源,无论在提升项目影响力、提振下游厂商的信心,还是在推进市场开拓方面均起到了巨大推动作用。”贾金升说。
两地协作 助推玻纤产业高质量发展
在山东枣庄,总院依托其核心技术和产业布局,重点发展玻纤及新型光子材料产业,旗下两家控股子公司——光芯科技与中建材光子科技有限公司(以下简称“光子科技”)在此扎根发展。
光芯科技深度聚焦特种光纤功能材料的研发与产业化。公司以总院深厚的微光夜视核心技术为根基,加速科技成果转化,重点突破并优化了关键共性技术。其核心业务覆盖五大方向:图像光导识别材料、影像探测用光纤功能材料、微光夜视用特种光纤功能材料、微孔过滤功能材料及毛细管阵列、聚合物光纤阵列功能材料。
在技术创新方面,光芯科技成功突破了0.12mm超薄图像光导识别材料技术,显著提升了相关应用的性能和轻薄化水平。产品开发上,公司成功研制出平板探测器用耐辐照光纤面板、三维滤线栅、医用内窥镜用柔性光纤等系列高端医疗领域产品,有效满足了医疗影像设备对核心材料的苛刻要求。
目前,光芯科技的产品已广泛应用于微光夜视、智能手机、智能安防、医疗大健康等多个前沿领域,为这些产业提供了关键性的材料支撑。光子科技则专注于新型光子/光电子材料的研发与制造。其主营业务包括特种光学玻璃、光纤预制棒管、光电玻璃、微纳结构材料、微透镜阵列、光栅等的设计、开发、生产,并提供相关的技术服务,为光通信、激光、传感等领域提供基础材料保障。为全面落实中国建材集团和总院的战略部署,致力于做强做优做大玻璃基功能材料,推动总院特种功能材料产业高质量发展,2022年8月,总院整合所属玻璃院、玻纤院、石英院,成立中国建筑材料科学研究总院有限公司北京分公司(以下简称“总院北分”)。
总院北分坚持以市场需求为导向,紧密围绕玻璃基功能材料的优势专业领域,将市场认可度作为检验科技成果价值的核心标准,大力推进科技成果的产业化和市场化进程,并着力打造并提升枣庄玻纤材料产业基地的综合实力。
“在总院北分的统筹协调下,光子科技和光芯科技两家子公司开展紧密高效的产研协作与资源协同,总院的玻纤及特种光纤材料产业实现了技术突破与市场拓展并重的快速发展格局。”贾金升表示,这标志着总院在构建玻璃基功能材料完整产业链、提升核心竞争力和市场影响力方面迈出了坚实步伐。