450公斤！ 世界最大单体蓝宝石中国造
本报记者 张景阳
近日，全球重量级别最高、单体最大的人造蓝宝石晶体在内蒙古晶环电子材料有限公司的生产车间诞生，450公斤的重量级别，将此前俄罗斯保持的350公斤级世界纪录一下提高了100公斤。晶环电子研发团队的这一成果，再次向世人证明了“企业是技术创新的重要主体”，这项新的核心技术的诞生，也使我国人造宝石生产行业的现状和国际竞争力悄然发生变化。
带有余温的450公斤级人造蓝宝石 本报记者 张景阳摄
蓝宝石制造业成长于逆境
说起宝石，人们首先想到的必然是珠宝、首饰，其实作为高科技生产领域的重要原材料，人造蓝宝石早已融入人们的日常生活。小到智能手机摄像头、触摸屏、LED灯，大到国之重器、高强度激光、天文观测系统光学元器件，人造蓝宝石的身影无处不在。
新世纪以来，在美国、欧洲、日本等发达国家和地区的蓝宝石原件需求量和产值已经达到天文数字时，我国的蓝宝石生产制造业才刚刚起步。
2000年，我国开始对蓝宝石生长技术进行全方位开发，基于温度梯度法制造出的产品虽然在质量方面完全能够达到军工和光电子产业的要求，但在批量化方面却长期无法走出实验室。直到10年之后，好消息才频频传来。
2011年4月，青岛嘉晶电科技股份有限公司LED蓝宝石衬底晶片项目正式投产，3年内产能扩大到了180万片，标志着我国LED蓝宝石晶片打破国外技术封锁，形成规模化生产。
同年6月，江苏镇江诞生了一颗百公斤级人造蓝宝石晶体，使我国快速增长的LED行业的优质材料供应变为现实，打破了我国蓝宝石晶体成长、基板制造市场长期依赖进口的被动局面。
2016年4月，首颗赣造人工120公斤蓝宝石晶体在南昌“光谷”问世，标志着江西智能手机产业本土造的蓝宝石触摸屏正式诞生。当时，研发项目总工程师张振志自豪地说：“苹果手机镜头盖、home键都是由我们供货。除了瞄准光学运用领域，我们还将关注智能手机面板等电子运用领域。”
这一系列消息足以令国人振奋。然而，从根本上来看，蓝宝石的“中国制造”并未完全走出逆境：产品的生产设备和生产工艺，仍然很大程度依赖进口，导致在生产成本和产品价格上缺少话语权；更为重要的是，我国的生产能力和产品尺寸还不能满足国防科技、国之重器的全面需求。
2017年初，俄罗斯骄傲地向世界宣布：世界最大、350公斤级的人造蓝宝石在该国诞生。
“说到底，我们缺少业内的国际话语权，就是因为缺少核心的生产技术，一套完全属于我们自己的生产技术！”晶环电子总经理张俊这样说。
晶石巨无霸争夺国际话语权
在内蒙古晶环电子公司的生产车间内，一颗重达450公斤的人造蓝宝石屹立在展柜前，通体透明，毫无气泡。用手触摸，还能感受到刚刚出炉的余温。晶环电子副总经理、总工程师欧阳鹏根告诉科技日报记者：“这是目前世界上重量级别最高、单体最大的人造蓝宝石，基于泡生法生产技术。”
泡生法是目前世界上生产人造蓝宝石的主流方法，也是世界各国致力技术攻关和加大技术研发投入的最主要生产工艺。其原理是先将氧化铝原料加热至熔点后形成熔汤，再以籽晶棒接触到熔汤表面，在籽晶棒与熔汤的固液界面上开始生长和晶种相同晶体结构的单晶，晶种以极缓慢的速度往上拉升最后凝固成一整个单晶晶碇。
“这是一个过程比较漫长的生产工艺，对炉温的控制、生产系统的协调应用都有着极高的考验和极为苛刻的要求，所以，生产450公斤级的产品和
生产200公斤级、350公斤级产品，其技术要求不在一个层面，有着质的区别。”欧阳鹏根介绍说。
在100公斤级、250公斤级人造蓝宝石实现批量生产之后，欧阳鹏根带领的晶环电子研发团队并没有停止创新的脚步。2017年，晶环电子300公斤级蓝宝石达到生产条件不久，俄罗斯Mono Crystal公司350公斤级的世界纪录刺激了欧阳鹏根的研发团队：“一是要和他们竞争，咬住不放；二是我们国内行业和企业本身确实对新的核心技术有着极大的渴求，这是我们研发的最大动力！”
于是，“泡生法全自动蓝宝石晶体生长技术和超大尺寸蓝宝石晶体生长工艺技术”在晶环电子的实验室逐步成型。该公司总经理张俊向记者介绍：“我们的核心技术是自主研发的自动化生产设备、热产设计理论和微观工艺应用，也就是说，从原材料选取、加工、生产，全部是中国制造。这颗人造蓝宝石巨无霸的诞生，将逐步改变世界人造晶石行业的生产秩序，我们要据此拿到国际话语权！”
新技术将打开行业新局面
近年来，LED产业在全球范围内发展迅猛，其产品被广泛应用于照明以及蓝光激光器领域，特别是应用于液晶显示方面，市场扩张迅速，几乎100%的笔记本电脑、50%以上的液晶电视都在应用LED产品。而人造蓝宝石晶体成长、基板制造环节位于LED产业链的最前端，是业内投资最大、技术壁垒最高的一个环节。“同时也是附加值最高的一节，前提是要拥有属于自己的核心技术！”张俊说。
张俊介绍说，由于我国长期和大规模依赖进口的生产设备和生产技术，主导和影响国际商品价格的主动权一直不被我国掌握，国内的生产企业也因此备受压制，在产业兴旺发达的同时，大量利润给了海外。
作为企业研发团队的带头人，欧阳鹏根深有感触地告诉科技日报记者：“科技型企业要实现降本逐利，没有其他出路，只能靠技术。巨无霸人造蓝宝石的试产之所以成功，不仅表现在尺寸，也表现在品质。我们的新产品可以应用于LED的4英寸晶棒有效长度达到4550毫米以上，这个标准源自如此大尺寸的晶石，已经是最好的证明。”
记者了解到，由于技术门槛越来越高，国内的蓝宝石生产企业也正在面临优胜劣汰的洗牌过程，以前的上百家企业，现在大半已经停产或转产，这是市场的必然要求，更是高精尖技术催生的结果。
目前，晶环电子正在致力于实现超大尺寸晶石的批量生产攻关工作。欧阳鹏根说：“对于企业来讲，我们的新技术可以实现投料量增加2.5倍、其他成本保持不变、产量提高5倍的全新生产局面；而对于国家来讲，超大尺寸晶石的自主研发和生产，不论在民用领域还是军用领域，都会给予其最大、最为安全的保障。”
