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藍(lán)寶石新技術(shù)將打開(kāi)LED行業(yè)新局面
(時(shí)間:2018-3-7 9:24:50)
  近日,全球重量級(jí)別最高、單體最大的人造藍(lán)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(chē)間誕生,450公斤的重量級(jí)別,將此前俄羅斯保持的350公斤級(jí)世界紀(jì)錄一下提高了100公斤。晶環(huán)電子研發(fā)團(tuán)隊(duì)的這一成果,再次向世人證明了“企業(yè)是技術(shù)創(chuàng)新的重要主體”,這項(xiàng)新的核心技術(shù)的誕生,也使我國(guó)人造寶石生產(chǎn)行業(yè)的現(xiàn)狀和國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力悄然發(fā)生變化。
  藍(lán)寶石制造業(yè)成長(zhǎng)于逆境
  說(shuō)起寶石,人們首先想到的必然是珠寶、首飾,其實(shí)作為高科技生產(chǎn)領(lǐng)域的重要原材料,人造藍(lán)寶石早已融入人們的日常生活。小到智能手機(jī)攝像頭、觸摸屏、LED燈,大到國(guó)之重器、高強(qiáng)度激光、天文觀測(cè)系統(tǒng)光學(xué)元器件,人造藍(lán)寶石的身影無(wú)處不在。
  新世紀(jì)以來(lái),在美國(guó)、歐洲、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)的藍(lán)寶石原件需求量和產(chǎn)值已經(jīng)達(dá)到天文數(shù)字時(shí),我國(guó)的藍(lán)寶石生產(chǎn)制造業(yè)才剛剛起步。
  2000年,我國(guó)開(kāi)始對(duì)藍(lán)寶石生長(zhǎng)技術(shù)進(jìn)行全方位開(kāi)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(dá)到軍工和光電子產(chǎn)業(yè)的要求,但在批量化方面卻長(zhǎng)期無(wú)法走出實(shí)驗(yàn)室。直到10年之后,好消息才頻頻傳來(lái)。
  2011年4月,青島嘉晶電科技股份有限公司LED藍(lán)寶石襯底晶片項(xiàng)目正式投產(chǎn),3年內(nèi)產(chǎn)能擴(kuò)大到了180萬(wàn)片,標(biāo)志著我國(guó)LED藍(lán)寶石晶片打破國(guó)外技術(shù)封鎖,形成規(guī);a(chǎn)。
  同年6月,江蘇鎮(zhèn)江誕生了一顆百公斤級(jí)人造藍(lán)寶石晶體,使我國(guó)快速增長(zhǎng)的LED行業(yè)的優(yōu)質(zhì)材料供應(yīng)變?yōu)楝F(xiàn)實(shí),打破了我國(guó)藍(lán)寶石晶體成長(zhǎng)、基板制造市場(chǎng)長(zhǎng)期依賴(lài)進(jìn)口的被動(dòng)局面。
  2016年4月,首顆贛造人工120公斤藍(lán)寶石晶體在南昌“光谷”問(wèn)世,標(biāo)志著江西智能手機(jī)產(chǎn)業(yè)本土造的藍(lán)寶石觸摸屏正式誕生。當(dāng)時(shí),研發(fā)項(xiàng)目總工程師張振志自豪地說(shuō):“蘋(píng)果手機(jī)鏡頭蓋、home鍵都是由我們供貨。除了瞄準(zhǔn)光學(xué)運(yùn)用領(lǐng)域,我們還將關(guān)注智能手機(jī)面板等電子運(yùn)用領(lǐng)域!
  這一系列消息足以令國(guó)人振奮。然而,從根本上來(lái)看,藍(lán)寶石的“中國(guó)制造”并未完全走出逆境:產(chǎn)品的生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)工藝,仍然很大程度依賴(lài)進(jìn)口,導(dǎo)致在生產(chǎn)成本和產(chǎn)品價(jià)格上缺少話(huà)語(yǔ)權(quán);更為重要的是,我國(guó)的生產(chǎn)能力和產(chǎn)品尺寸還不能滿(mǎn)足國(guó)防科技、國(guó)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(jí)的人造藍(lán)寶石在該國(guó)誕生。
  “說(shuō)到底,我們?nèi)鄙贅I(yè)內(nèi)的國(guó)際話(huà)語(yǔ)權(quán),就是因?yàn)槿鄙俸诵牡纳a(chǎn)技術(shù),一套完全屬于我們自己的生產(chǎn)技術(shù)!”晶環(huán)電子總經(jīng)理張俊這樣說(shuō)。
  晶石巨無(wú)霸爭(zhēng)奪國(guó)際話(huà)語(yǔ)權(quán)
  在內(nèi)蒙古晶環(huán)電子公司的生產(chǎn)車(chē)間內(nèi),一顆重達(dá)450公斤的人造藍(lán)寶石屹立在展柜前,通體透明,毫無(wú)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(yáng)鵬根告訴科技日?qǐng)?bào)記者:“這是目前世界上重量級(jí)別最高、單體最大的人造藍(lán)寶石,基于泡生法生產(chǎn)技術(shù)!
  泡生法是目前世界上生產(chǎn)人造藍(lán)寶石的主流方法,也是世界各國(guó)致力技術(shù)攻關(guān)和加大技術(shù)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(diǎn)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(kāi)始生長(zhǎng)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(gè)單晶晶碇。
  “這是一個(gè)過(guò)程比較漫長(zhǎng)的生產(chǎn)工藝,對(duì)爐溫的控制、生產(chǎn)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)應(yīng)用都有著極高的考驗(yàn)和極為苛刻的要求,所以,生產(chǎn)450公斤級(jí)的產(chǎn)品和
  生產(chǎn)200公斤級(jí)、350公斤級(jí)產(chǎn)品,其技術(shù)要求不在一個(gè)層面,有著質(zhì)的區(qū)別!睔W陽(yáng)鵬根介紹說(shuō)。
  在100公斤級(jí)、250公斤級(jí)人造藍(lán)寶石實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)之后,歐陽(yáng)鵬根帶領(lǐng)的晶環(huán)電子研發(fā)團(tuán)隊(duì)并沒(méi)有停止創(chuàng)新的腳步。2017年,晶環(huán)電子300公斤級(jí)藍(lán)寶石達(dá)到生產(chǎn)條件不久,俄羅斯Mono Crystal公司350公斤級(jí)的世界紀(jì)錄刺激了歐陽(yáng)鵬根的研發(fā)團(tuán)隊(duì):“一是要和他們競(jìng)爭(zhēng),咬住不放;二是我們國(guó)內(nèi)行業(yè)和企業(yè)本身確實(shí)對(duì)新的核心技術(shù)有著極大的渴求,這是我們研發(fā)的最大動(dòng)力!”
  于是,“泡生法全自動(dòng)藍(lán)寶石晶體生長(zhǎng)技術(shù)和超大尺寸藍(lán)寶石晶體生長(zhǎng)工藝技術(shù)”在晶環(huán)電子的實(shí)驗(yàn)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(shù)是自主研發(fā)的自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備、熱產(chǎn)設(shè)計(jì)理論和微觀工藝應(yīng)用,也就是說(shuō),從原材料選取、加工、生產(chǎn),全部是中國(guó)制造。這顆人造藍(lán)寶石巨無(wú)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(guó)際話(huà)語(yǔ)權(quán)!” 
  新技術(shù)將打開(kāi)行業(yè)新局面
  近年來(lái),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(yīng)用于照明以及藍(lán)光激光器領(lǐng)域,特別是應(yīng)用于液晶顯示方面,市場(chǎng)擴(kuò)張迅速,幾乎100%的筆記本電腦、50%以上的液晶電視都在應(yīng)用LED產(chǎn)品。而人造藍(lán)寶石晶體成長(zhǎng)、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(shù)壁壘最高的一個(gè)環(huán)節(jié)!巴瑫r(shí)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(shù)!”張俊說(shuō)。
  張俊介紹說(shuō),由于我國(guó)長(zhǎng)期和大規(guī)模依賴(lài)進(jìn)口的生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)技術(shù),主導(dǎo)和影響國(guó)際商品價(jià)格的主動(dòng)權(quán)一直不被我國(guó)掌握,國(guó)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(dá)的同時(shí),大量利潤(rùn)給了海外。
  作為企業(yè)研發(fā)團(tuán)隊(duì)的帶頭人,歐陽(yáng)鵬根深有感觸地告訴科技日?qǐng)?bào)記者:“科技型企業(yè)要實(shí)現(xiàn)降本逐利,沒(méi)有其他出路,只能靠技術(shù)。巨無(wú)霸人造藍(lán)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(yīng)用于LED的4英寸晶棒有效長(zhǎng)度達(dá)到4550毫米以上,這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)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(shù)門(mén)檻越來(lái)越高,國(guó)內(nèi)的藍(lán)寶石生產(chǎn)企業(yè)也正在面臨優(yōu)勝劣汰的洗牌過(guò)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(chǎng)的必然要求,更是高精尖技術(shù)催生的結(jié)果。
  目前,晶環(huán)電子正在致力于實(shí)現(xiàn)超大尺寸晶石的批量生產(chǎn)攻關(guān)工作。歐陽(yáng)鵬根說(shuō):“對(duì)于企業(yè)來(lái)講,我們的新技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)投料量增加2.5倍、其他成本保持不變、產(chǎn)量提高5倍的全新生產(chǎn)局面;而對(duì)于國(guó)家來(lái)講,超大尺寸晶石的自主研發(fā)和生產(chǎn),不論在民用領(lǐng)域還是軍用領(lǐng)域,都會(huì)給予其最大、最為安全的保障。”
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