中国粉体网讯 由中国粉体网主办的“2025国际硅材料产业展览会”于4月23-25日在南京国际博览中心成功举办。展会期间，我们邀请到中国建筑材料科学研究总院有限公司的教授级高工聂兰舰做客“对话”栏目，聊一聊我国石英玻璃材料产业发展的现状。
中国粉体网：聂教授，首先请您介绍一下建材工业石英玻璃重点实验室近些年的发展情况。
聂教授：建材工业石英玻璃重点实验室的历史可追溯至1998年10月。当时，顾真安院士提出申请，并经国家建材局批准，该实验室正式成立。自成立之初，实验室便明确了自身定位：紧密围绕国家及行业重大需求，紧跟科学技术发展前沿，聚焦我国国防与民用高精尖领域对石英新材料的发展需求。通过开展高水平的研发活动，实验室致力于实现关键技术创新，汇聚并培养优秀科技人才，搭建高层次学术交流平台，并大力推动科技成果的转化应用。
实验室的主要研究方向涵盖三个方面：一是先进石英新材料的制备技术；二是石英新材料的精密加工与性能评价体系构建；三是石英新材料行业先进制造装备的设计与开发。
近5年来，实验室在科研工作中取得了较为显著的成果。先后承担了20余项国家及省部级科研项目，获得30余项专利授权，主持或参与制修订了18项国家及行业标准，并荣获3项省部级奖励。此外，实验室还荣获了“国防科技创新团队”称号以及第21届全国青年文明号（二星级）等荣誉。
中国粉体网：在高性能石英玻璃材料领域，您和您团队有哪些重大的突破？
聂教授：建材工业石英玻璃重点实验室科技创新方面，致力于开发石英玻璃制备新技术、新工艺、新产品和标准化等工作。其中，突破了大尺寸米级高均匀合成石英玻璃制备技术，可稳定制备出米级口径、光学均匀性优于5×10-6、无缺陷的高品质合成石英玻璃材料及异形件，在强激光、核技术、精密仪器（如激光干涉仪主镜）等领域得到了批量化应用，为我国高端装备提供了关键基础材料；突破了大尺寸米级高均匀超低膨胀石英玻璃材料及其轻量化反射镜，可稳定制备出米级口径、膨胀系数优于30ppb/℃的超低膨胀石英玻璃，并研制出多套大尺寸轻量化反射镜，在航天、强激光和半导体等领域已逐步推广应用；通过合成石英玻璃结构、组分设计与调控，开发出抗激光和空间宇宙射线耦合辐照的合成石英玻璃材料，解决了传统合成石英玻璃在半导体和空间辐照下光谱透过率衰减严重等问题，广泛推广应用于我国航天、半导体等领域，并成功应用于嫦娥六号上升器激光陀螺仪，作为激光出射窗口和在线监测窗口，确保飞行定位准确性；在高纯合成石英玻璃基础上，突破了超薄石英玻璃基板的精细切割、加工铣磨与精密抛光等关键技术，贯通了超薄石英基板精密加工工艺技术路线，可稳定制备出厚度小于0.1mm超薄高精度石英玻璃基板，解决了我国雷达等领域长期依赖进口问题，实现了批量化生产；突破了强激光光学系统用超纯高均匀低吸收石英玻璃制备技术，实现了吸收系数小于1ppm/cm的合成石英玻璃，满足了我国强激光装置的应用需求；突破了高纯低羟基全合成石英玻璃沉积、厚壁管制备和薄壁石英管精密拉制等关键技术，研制出羟基含量和金属杂质含量小于1ppm、弯曲度小于0.15mm/m的全合成石英管，满足了特种光纤制造过程的应用需求；突破了强激光用高阈值吸收石英玻璃的配方设计与掺杂工艺制备技术，实现了损伤阈值达到20-30J的吸收型石英玻璃，满足了我国某重大装置的应用需求。
中国粉体网：我国石英玻璃材料产业，在国际上的竞争力如何？目前市场地位是怎样的？
聂教授：我国石英玻璃材料产业在国际上的竞争力逐步提升，但高端市场仍由国际巨头主导。国内研发机构与企业正通过技术突破和国产替代实现市场地位攀升，整体呈现“低端激烈竞争、中端突破、高端追赶”的竞争格局。
（1）低端激烈竞争
1）企业数量众多：我国石英玻璃材料产业低端市场存在大量中小企业，这些企业产品同质化严重，导致市场竞争异常激烈。
2）价格战频发：由于产品差异化程度低，企业为了争夺市场份额，往往采取价格战策略，进一步压缩了利润空间。
3）资源浪费与效率低下：激烈的市场竞争也导致了资源的浪费和生产效率的低下，不利于产业的可持续发展。
（2）中端突破
1）技术积累与创新能力提升：经过多年的发展，我国石英玻璃材料产业在中端市场已经取得了一定的技术积累和创新能力。部分企业开始注重产品质量和性能的提升，通过引进先进技术、加强自主研发等方式，逐步缩小了与国际先进水平的差距。
2）国产替代加速：在中端市场，我国石英玻璃材料产业已经实现了部分国产替代。例如，在光伏、半导体等领域，国内企业已经能够生产出满足市场需求的高质量石英玻璃材料，降低了对进口产品的依赖。
3）市场份额逐步扩大：随着技术水平和产品质量的提升，我国石英玻璃材料产业在中端市场的份额也在逐步扩大。国内企业开始在国际市场上崭露头角，与国外企业展开竞争。
（3）高端追赶
1）核心技术差距明显：尽管我国石英玻璃材料产业在整体竞争力上有所提升，但在高端市场领域仍面临较大挑战。与国际巨头相比，国内企业在核心技术、关键装备等方面仍存在一定差距。例如，在光刻领域用高性能光学石英玻璃等方面仍然存在较大差距。
2）持续投入与研发：为了追赶国际先进水平，我国石英玻璃材料产业需要持续加大研发投入，加强核心技术攻关和关键装备研发。同时，还需要加强与国际先进企业的合作与交流，引进先进技术和管理经验，提升产业整体竞争力。
中国粉体网：在我国高性能石英玻璃产业链中，哪个环节或哪类产品属于比较薄弱需要加强的？
聂教授：在我国高性能石英玻璃产业链中，高纯石英原料供应环节以及高端石英玻璃材料与制品生产环节相对薄弱，亟待加强。
（1）高纯石英原料供应环节
1）高纯石英原料依赖进口：近年来，我国高纯石英原料产业虽发展迅速，产能与质量均有显著提升，一定程度上缓解了以往完全依赖进口的局面。然而，我国高纯石英原料目前主要集中在中低端应用领域，在高端应用方面仍高度依赖进口。例如，国内能够生产石英坩埚内层石英砂的企业寥寥无几，该类高端石英原料仍大量依赖国外供应。
2）优质原料匮乏：我国石英资源储量丰富，但能满足高纯石英原料生产要求的优质石英矿却十分匮乏。高纯石英原料的工业类型主要包括天然水晶、脉石英和花岗伟晶岩石英。随着天然水晶资源的枯竭，脉石英成为主要的研究与开发对象。尽管我国脉石英矿产地众多，但大部分脉石英矿仅适用于中低端产品生产，真正可用于制备高纯石英高端产品的脉石英矿物原料资源极为稀缺。
（2）高端石英玻璃材料与制品生产环节
1）技术工艺差距：我国在核心技术工艺和关键装备方面与国外存在较大差距，尤其在半导体和高端光学等领域表现突出。以高端光学用石英玻璃生产为例，我国尚未完全掌握其核心工艺技术，核心装备也多为非标产品，导致材料在规格尺寸、光学均匀性、膨胀系数均匀性、羟基与金属杂质含量、批次稳定性以及生产效率等方面与国外产品相比仍存在一定差距。
2）市场认证困难：在半导体、光刻等领域的下游应用端，国外企业占据主导地位，它们通过设置严格的认证准入门槛，导致我国石英玻璃生产与应用脱节，这不仅限制了我国石英玻璃产品的推广应用，也阻碍了该领域石英玻璃技术的进步。以半导体行业为例，它是石英材料与制品需求最大且附加值最高的领域，但石英材料若要进入该行业，必须通过设备厂商的严格认证。此外，半导体厂商高度集中、认证难度大以及认证程序复杂等问题，也客观上增加了我国石英玻璃产品进入半导体行业的难度。
3）产品附加值低：国内石英玻璃材料与制品工业起步较晚，基础相对薄弱。在石英玻璃材料制备方面，国内生产能力与国际领先水平仍存在一定差距，特别是在合成石英玻璃材料方面，材料的规格尺寸、光学均匀性、光谱透过率以及材料质量稳定性等关键核心性能差距明显。此外，石英行业中低端产品厂商众多，基础条件相近，市场竞争激烈，导致产品毛利率较低。
中国粉体网：石英玻璃的原料类型中有天然石英砂、合成石英砂、四氯化硅等，那高性能石英玻璃材料制品，更倾向于用哪类原料？对原料的性能要求主要有哪些？
聂教授：这个问题应该从多个角度去看待。首先，如果从性能角度来说，高性能石英玻璃材料与制品更倾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。这类原料相对容易提纯，纯度最高可达9N以上，甚至能达到10N，基于其制备的石英玻璃材料纯度同样可达9N以上。而且，采用四氯化硅等含硅化合物制备的石英玻璃材料，在内在质量（如气泡、条纹、杂质点等）、光学均匀性、应力双折射、光谱透过率等关键核心性能方面表现最优，能达到极致水平，在石英玻璃的高端应用领域——光刻机中发挥着重要作用。
第二，如果从性价比角度来说，高性能石英玻璃材料与制品也会考虑天然石英砂、合成石英砂等原料。尽管天然石英砂与合成石英砂在纯度上难以达到四氯化硅等含硅化合物的程度，制备出的石英玻璃性能也相对逊色一些，但这并不意味着这类石英玻璃材料没有发展前景。实际上，以天然石英砂与合成石英砂为原料制备的石英玻璃材料应用更为广泛。四氯化硅等含硅化合物制备的石英玻璃如同皇冠上的明珠，而天然石英砂与合成石英砂制备的石英玻璃则是应用的主力军。
近年来，国内掀起了合成石英砂的研发热潮，众多研发机构和企业纷纷投入其中，可谓是百花齐放。一旦国产合成石英砂突破关键核心技术与量产技术，并实现低成本制造，那将拥有广阔的发展空间和潜力。同时，随着优质天然石英矿产资源逐渐枯竭，未来合成石英砂将逐步替代部分天然石英砂，以满足资源需求。此外，在电光源、光伏、半导体等领域，天然石英砂制备的石英玻璃仍会大量使用。由此可见，高性能石英玻璃材料制品的制备对天然石英砂、合成石英砂、四氯化硅等原料都存在依赖，只是它们各自对应的应用领域有所不同。
第三，对于这几种原料的要求主要体现在：
（1）原料稳定性：原料的稳定性是保证制备出的石英玻璃材料与制品性能稳定的基础。只有原料性能稳定，才能确保石英玻璃材料与制品在生产过程中和后续使用中保持一致的性能。
（2）天然石英砂：要求天然石英矿易于提纯，尽量减少或避免难以提纯的杂质，以及气液包裹体的存在。气液包裹体等杂质会影响石英玻璃材料的质量，降低其性能，因此减少这些杂质有利于保证高纯石英原料的质量。
（3）合成石英砂：主要关注纯度、晶型、粒形和制造成本。高纯度是保证石英玻璃材料性能的关键；合适的晶型和粒形有助于提高合成石英砂原料的应用；而制造成本则关系到产品的市场竞争力。
（4）四氯化硅：纯度是关键要求。高纯度的四氯化硅才能制备出高性能的石英玻璃材料，满足高端应用领域的需求。
（中国粉体网编辑整理/平安）
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