中國建材聯(lián)合會

1、中國建材聯(lián)合會提名2018年國家技術(shù)發(fā)明獎項目公示內(nèi)容項目名稱大尺寸、高均勻、近凈成型紅外玻璃工程化制備成套技術(shù)與典型應用推薦單位中國建筑材料聯(lián)合會通訊地址北京市海淀區(qū)三里河路11號郵政編碼100831聯(lián) 系 人羅寧聯(lián)系電子郵箱jclhhkjb傳 名單位（專家）意見我單位與主要完成人及完成單位充分溝通，填寫項目提名書并認真審閱了附件，確認全部材料真實有效，填寫內(nèi)容符合國家獎勵辦規(guī)定，并已按照要求進行公示。紅外玻璃具有光學均勻性好、折射率溫度系數(shù)低、理化性能穩(wěn)定等特點，是紅外光電系統(tǒng)用關(guān)鍵材料。我國原有紅外玻璃工程化制備技術(shù)嚴重落后于世界領(lǐng)

2、先水平，相關(guān)技術(shù)及材料的缺失已成為我國國防重點型號及新一代紅外光電系統(tǒng)研發(fā)和裝備的瓶頸。該項目歷經(jīng)十年研發(fā)，攻克了大尺寸、高均勻、近凈成型紅外玻璃工程化制備成套技術(shù)，發(fā)明了紅外玻璃真空負壓熔制、氣體正壓熔制、高溫近凈成型等技術(shù)及設(shè)備。項目已獲授權(quán)專利19件，其中國際發(fā)明專利1件，發(fā)表論文15篇，制定國家軍用標準2項。項目整體技術(shù)已實現(xiàn)成果轉(zhuǎn)化應用超過三年，建成年產(chǎn)中波紅外玻璃15噸、長波紅外硫系玻璃20噸的生產(chǎn)線。開發(fā)的紅外光窗、整流罩、透鏡等產(chǎn)品性能達到國際領(lǐng)先水平，已在光電探測、熱成像等國防重點工程型號及紅外技術(shù)領(lǐng)域批量應用，項目實現(xiàn)了關(guān)鍵紅外材料的國產(chǎn)化，滿足了型號配套以及重要民生領(lǐng)域的

3、應用需求。近3年直接與間接經(jīng)濟效益約為3300萬元和6.4億元，經(jīng)濟效益明顯。該項目成果打破了國外技術(shù)封鎖，豐富了玻璃科學理論與制備工藝，為相關(guān)領(lǐng)域發(fā)展提供了新思路、新技術(shù)、新裝備，推動了特種玻璃行業(yè)技術(shù)進步，社會效益顯著。獲得建材行業(yè)技術(shù)發(fā)明一等獎1項、國防科技進步二等獎1項。提名該項目為國家技術(shù)發(fā)明獎二等獎。項目簡介該項目屬無機非金屬材料領(lǐng)域，涉及光電紅外玻璃材料制備技術(shù)與應用。紅外技術(shù)可以通過對物體輻射紅外信號的捕捉和分析，實現(xiàn)對目標的探測、成像和識別，近年來，紅外技術(shù)已經(jīng)從單純的軍事應用擴展到航空航天、機械制造、安防監(jiān)控、遙感探測等國民經(jīng)濟的多個領(lǐng)域。紅外材料作為紅外光電系統(tǒng)用關(guān)鍵材料

4、，直接影響著儀器和設(shè)備的性能水平。隨著新型紅外光電系統(tǒng)光、機、電綜合性能的提高，異形、大尺寸、高均勻及低成本工程化制造成為紅外材料的發(fā)展方向和研究熱點。紅外玻璃具有光學均勻性好、折射率溫度系數(shù)低、理化性能穩(wěn)定等特點，與晶體、透明陶瓷等紅外材料相比，在異形、大尺寸、低成本制備方面優(yōu)勢明顯。但是，紅外玻璃制備具有很強的工藝特殊性，玻璃組分穩(wěn)定性難以控制，熔制過程極易受到羥基等環(huán)境因素影響，制品成型易產(chǎn)生析晶、氧化等缺陷，其熔制與成型技術(shù)一直是紅外玻璃制備的核心關(guān)鍵技術(shù)。國內(nèi)紅外玻璃工程化制備技術(shù)嚴重落后于世界領(lǐng)先水平，因紅外技術(shù)的軍事敏感性，歐美、俄羅斯等領(lǐng)先國家均對我國實行相關(guān)制備技術(shù)封鎖，大尺

5、寸中波紅外玻璃球罩（150mm口徑以上）、高均勻硫系玻璃（光學均勻性優(yōu)于1×10-4）等高端產(chǎn)品對我禁運，直接影響國內(nèi)高性能光電紅外玻璃及器件的研發(fā)和應用，成為我國多光譜光電探測、無熱化紅外熱成像等新一代紅外光電系統(tǒng)研發(fā)和裝備的瓶頸，嚴重制約我國紅外技術(shù)發(fā)展和裝備水平。受國防現(xiàn)代化、高技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展與市場需求的牽引，該項目歷經(jīng)十年研發(fā)，攻克了大尺寸、高均勻、近凈成型紅外玻璃工程化制備成套技術(shù)，依重要程度，主要發(fā)明點如下：（1）揭示了中波紅外氧化物玻璃中羥基的結(jié)構(gòu)特征、結(jié)合狀態(tài)與紅外吸收的相關(guān)性及影響規(guī)律，發(fā)明了真空負壓熔制技術(shù)及相關(guān)設(shè)備，羥基含量降至10ppm以下，3m附近紅外透過率8

6、5%，實現(xiàn)了250mm以上球罩和400×400mm光窗等高均勻中波紅外氧化物玻璃的工程化制備。（2）系統(tǒng)研究了熔制壓力和氣氛對長波紅外硫系玻璃組成一致性和純度的影響，發(fā)明了氣體正壓熔制技術(shù)及相關(guān)設(shè)備，玻璃均勻性達到3.45×10-5，為工程化制備長波紅外硫系玻璃提供了技術(shù)支撐。（3）基于紅外玻璃粘溫特性、析晶動力學和成型工藝的相關(guān)性研究，發(fā)明了中波紅外氧化物玻璃旋壓成型技術(shù)、長波紅外硫系玻璃氣氛保護漏料成型技術(shù)，實現(xiàn)了大尺寸、高均勻紅外玻璃制品的高溫近凈成形。該項目從應用技術(shù)研究、裝備開發(fā)到產(chǎn)品應用，共完成國家及省部級項目8項，制定國家軍用標準2項，成果全部轉(zhuǎn)化，建成年產(chǎn)中

7、波紅外氧化物玻璃15噸、長波紅外硫系玻璃20噸的生產(chǎn)線。開發(fā)的紅外光窗、整流罩、透鏡等產(chǎn)品在光電探測、熱成像等紅外技術(shù)領(lǐng)域及國家重點工程型號批量應用，經(jīng)專家鑒定達到國際領(lǐng)先水平。相關(guān)成果獲授權(quán)國際專利1件、國家發(fā)明專利17件、國防專利1件，發(fā)表論文15篇，獲得建筑材料科學技術(shù)發(fā)明一等獎1項、國防科技進步二等獎1項?？陀^評價1、國內(nèi)外同類產(chǎn)品比較該項目的研發(fā)成功，實現(xiàn)了氧化物中波紅外玻璃、硫系長波紅外玻璃的工程化制備，研發(fā)的紅外玻璃性能達到國際同類產(chǎn)品先進水平，詳見表5、表6。表5 氧化物中波紅外玻璃與國際同類產(chǎn)品性能綜合比較性 能 指 標該項目俄羅斯TCM-209美國BGG玻璃玻璃系統(tǒng)組成Al

8、2O3-CaO-BaOAl2O3-CaO-BaOBaO-Ga2O3-GeO2透過率(%) 2.9m（d=2mm） 4.0m85.6481.2482.1085.7784.3085折射率（ND）1.688601.686451.74軟化溫度（）837780789維氏硬度（kg/mm2）730.0722.2435球罩規(guī)格（mm）250250250表6 Ge28Sb12Se60硫系長波紅外玻璃與國際同類產(chǎn)品性能綜合比較性 能 指 標該項目美國AMTIR-3德國IG5平均透過率812µm65%65%61%抗彎強度（MPa）26 25 18努氏硬度（GPa）1.301.47 1.13轉(zhuǎn)變溫度Tg（

9、）287278285參考折射率10µm2.60262.60272.6038折射率溫度系數(shù)+91×10-6 /K+91×10-6 /K+60.4×10-6 /K光學均勻性3.45×10-54×10-51×10-42、紅外玻璃性能檢驗測試報告（1）國家安全玻璃及石英玻璃質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心測試報告（透過率）：中波鋁酸鈣紅外玻璃：84.30%0.4m，88.05%1.06m，87.12%3.7m，76.03%4.8m；硫系長波紅外玻璃：66.7%8.0m，65.1%12.0m。（2）西安應用光學研究所光學校準檢測實驗室測試報告（折射率

10、）：中波紅外玻璃折射率(平均值)：ND=1.68862，N3.7=1.63540，N4.2=1.62491；硫系長波紅外玻璃折射率(平均值)：N8.0=2.6093，N12.0=2.5935。（3）江蘇省先進激光材料與器件重點實驗室檢驗報告（折射率溫度系數(shù)）：硫系長波紅外玻璃N/t(10.6m)：+91×10-6/K（20-100）。（4）國家安全玻璃及石英玻璃質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心測試報告：中波鋁酸鈣紅外玻璃硬度：730.0kg/mm2； （5）國家建筑材料測試中心檢驗報告：硫系玻璃硬度：1.30GPa； （6）昆明北方紅外技術(shù)股份有限公司檢測報告：Ge28Sb12Se60硫系玻璃光學均

11、勻性：3.45×10-5。3、項目鑒定、驗收意見（1）項目編號J×××-115-×38：“成功解決了異形大尺寸整流罩等紅外玻璃制品的成形難題。該玻璃具有寬光譜高透明性較高的機械強度和表面硬度，是制造整流罩等大尺寸共孔徑紅外透過窗口的理想材料該材料與進口同類產(chǎn)品水平相當?！?（2） 項目編號J×××-115-×-×86：“突破了鋁酸鈣玻璃組成設(shè)計與優(yōu)化技術(shù)、紅外玻璃真空熔制技術(shù)、異形大尺寸玻璃整流罩成型和光學加工技術(shù)，在國內(nèi)首次制備出大尺寸鋁酸鈣玻璃材料及球形整流罩，成果具有重大創(chuàng)新性；整流罩整體

12、性能達到國際同類產(chǎn)品先進水平，實現(xiàn)了大尺寸光電雷達整流罩的國產(chǎn)化，填補了國內(nèi)空白?！保?） 項目編號J×××-125-×-×98：“研究突破了硫系玻璃原料純化、高均勻硫系玻璃的氣氛保護熔制設(shè)備設(shè)計及熔制工藝、大尺寸硫系玻璃的成型等關(guān)鍵技術(shù)，解決了大尺寸硫系玻璃結(jié)構(gòu)均勻性和性能一致性控制的難題滿足我國非制冷長波紅外××熱成像儀的配套需求。” 4、中國建材聯(lián)合會、中國硅酸鹽學會專家組現(xiàn)場考察綜合意見“在紅外玻璃組分、熔制、成型及光學加工等技術(shù)和設(shè)備方面具有原創(chuàng)性和自主知識產(chǎn)權(quán)，為高性能紅外玻璃的制備提供了新工藝；關(guān)于真空狀態(tài)下的

13、離子價態(tài)、結(jié)構(gòu)缺陷以及真空澄清等內(nèi)容的研究，對特種玻璃的制備具有重要借鑒作用，推動了特種玻璃科學技術(shù)進步?！?、應用評價（1）中國航空工業(yè)集團公司洛陽電光設(shè)備研究所：“2008年開始使用紅外玻璃整流罩，用于×××、×××等型號機載光電雷達系統(tǒng)。國產(chǎn)紅外整流罩的各項技術(shù)指標達到國際同類產(chǎn)品先進水平，填補了國內(nèi)空白，結(jié)束了新型光電系統(tǒng)對大尺寸紅外整流罩的進口依賴，滿足了型號配套需求。（2）中國人民解放軍第5311工廠：“2010年開始采購CAB紅外玻璃整流罩，用于×××等型號光電雷達系統(tǒng)的維修和更換，性能指標

14、能夠滿足技術(shù)規(guī)范要求，達到進口產(chǎn)品水平。實際裝機使用情況良好提高了我國重點機型的維修保障能力?！?（3）洛陽平光創(chuàng)輝光電科技有限公司：“2015年開始使用硫系玻璃、Ga2O3-CaO-BaO玻璃窗口和頭罩，用于×××非制冷紅外鏡頭和×××熱成像系統(tǒng)。產(chǎn)品批次穩(wěn)定性、可加工性能、光學均勻性等達到國際領(lǐng)先水平大尺寸硫系玻璃產(chǎn)品打破了國外市場封鎖，滿足重點型號配套急需。（4）昆明全波紅外科技有限公司：“2015年開始使用硫系玻璃系列產(chǎn)品，用于車載、安防監(jiān)控等領(lǐng)域用非制冷紅外成像光學鏡頭。產(chǎn)品綜合性能與進口產(chǎn)品水平相當，具有批次性能穩(wěn)定、可加

15、工性能優(yōu)良、光學均勻性好等特點。6、科技獎勵（1）2014年1月，“多光譜透過鋁酸鈣紅外玻璃成套制備技術(shù)及大尺寸整流罩典型應用”項目獲得建筑材料科學技術(shù)發(fā)明一等獎。（2）2013年12月，“大尺寸鈣鋁玻璃材料及球形整流罩研制”項目獲得工業(yè)和信息化部頒發(fā)的國防科學技術(shù)進步二等獎。推廣應用情況1推廣應用情況該項目成套技術(shù)已全部轉(zhuǎn)化，創(chuàng)建了中波、長波紅外玻璃的研發(fā)平臺，建成年產(chǎn)中波紅外玻璃15噸、硫系玻璃20噸的生產(chǎn)線，擁有完備的質(zhì)量控制和保障體系，已向用戶穩(wěn)定提供紅外玻璃光窗、整流罩、透鏡等產(chǎn)品5年以上，其中250mm整流罩、200×200mm硫系玻璃為國內(nèi)唯一供貨單位。產(chǎn)品替代進口，應

16、用于光電雷達、紅外吊艙、無熱化夜視成像等多種光電紅外系統(tǒng)，典型產(chǎn)品見下圖。該項目取得的技術(shù)成果還成功應用于其他特種玻璃和專用設(shè)備的生產(chǎn)和制造，“真空負壓熔制技術(shù)”用于透紫外玻璃、高性能硼硅玻璃的制備；“氣體正壓熔制技術(shù)”在SiO2-B2O3-Ta205-ZrO2系統(tǒng)特殊色散玻璃熔制工藝中得以推廣應用；“中頻感應加熱熔化爐設(shè)計”已被氣氛控制熔化爐生產(chǎn)廠商采用。 光電紅外玻璃產(chǎn)品實物照片近三年，該項目完成單位新增銷售額約3300萬元、新增利潤900余萬元；應用單位新增銷售額約6.4億元、新增利潤4000余萬元。主要應用單位及應用情況見下表。主要應用單位及應用情況應用單位名稱應用技術(shù)應用起止時間應用

17、單位聯(lián)系人/電話應用情況中國建筑材料科學研究總院整體技術(shù)2007年3月至今祖成波紅外玻璃長波紅外玻璃中航洛陽電光設(shè)備研究所中波紅外玻璃2008年1月至今胡海型機載光電雷達系統(tǒng)中國人民解放軍第5311工廠中波紅外玻璃2010年2月至今李化型號光電雷達系統(tǒng)北京霞文光學材料有限責任公司中波紅外玻璃長波紅外玻璃2014年10月至今王 波紅外玻璃光窗、紅外導引頭罩洛陽平光創(chuàng)輝光電科技有限公司中波紅外玻璃長波紅外玻璃2015年10月至今李貝制冷紅外鏡頭熱成像系統(tǒng)河

18、北長紅光電科技有限公司硫系玻璃2016年10月至今李清熱化紅外成像鏡頭昆明全波紅外光電科技有限公司硫系玻璃2015年1月至今金有載、安防監(jiān)控用非制冷紅外成像光學系統(tǒng)南京華百通電子材料有限公司真空熔制技術(shù)2012年3月至今陸景紫玻璃熔制與成型文安科瑞玻璃制品有限公司氣體正壓熔制技術(shù)2012年9月至今李性能硼硅玻璃熔制宜興市萬石鎮(zhèn)萬昌電爐變壓器廠中頻感應加熱熔化爐設(shè)計2011年7月至今陸伯氛控制熔化爐主要知識產(chǎn)權(quán)目錄知識產(chǎn)權(quán)類別知識產(chǎn)權(quán)具體名稱國家(地區(qū))授權(quán)號授權(quán)

19、日期證書編號權(quán)利人發(fā)明人發(fā)明專利有效狀態(tài)國防專利一種大尺寸鋁酸鈣玻璃的真空熔制方法中 國ZL201110012057.X2014年1月22日20771 中國建筑材料科學研究總院趙慧峰、祖成奎、韓濱、劉永華、陳江、金揚利、王衍行、趙華有效發(fā)明專利一種Ge-Sb-Se系統(tǒng)紅外玻璃的制備方法及設(shè)備中 國ZL201310160825.52015年11月4日1833258 中國建筑材料科學研究總院劉永華、祖成奎、趙華、王衍行、韓濱、陳江、趙慧峰、金揚利有效發(fā)明專利一種玻璃制品旋壓成型裝置中 國ZL201410073388.82016年1月6日3720448 中國建筑材料科學研究總院祖成奎、趙慧峰、韓濱、

20、劉永華、陳江、王衍行、金揚利、王琪、趙華、張瑞有效發(fā)明專利Vacuum Melting Furnace For Infrared Glass And Melting System And Method Thereof美 國US 9302927B22016年4月5日US009302927B2中國建筑材料科學研究總院趙慧峰、祖成奎、韓濱、劉永華、陳江、王衍行、金揚利、趙華有效發(fā)明專利一種紅外玻璃的真空熔化爐以及熔制系統(tǒng)和方法中 國ZL201410106152.x2017年03月8日2406349號中國建筑材料科學研究總院趙慧峰、祖成奎、韓濱、劉永華、陳江、王衍行、金揚利、趙華有效發(fā)明專利硫系玻璃制

21、備方法以及制備裝置中 國ZL201410853192.02017年10月20日2662788 中國建筑材料科學研究總院趙華、劉永華、祖成奎、韓濱、陳江、趙慧峰、王衍行、金揚利、何坤有效發(fā)明專利一種鋁酸鹽玻璃及其制備方法與應用中 國ZL201210054267.X2014年4月2日1372677 中國建筑材料科學研究總院祖成奎、趙慧峰、王衍行、陳江、韓濱有效發(fā)明專利制備硫系紅外玻璃材料的設(shè)備以及其工藝方法中 國ZL201410443219.92016年8月17日2169311 中國建筑材料科學研究總院劉永華、趙華、祖成奎、王琪、韓濱、趙慧峰、王衍行、陳江、金揚利有效發(fā)明專利一種制備高純紅外硫系玻

22、璃的純化方法及裝置中 國ZL201310192398.92015年12月9日1875473 中國建筑材料科學研究總院趙華、祖成奎、劉永華、韓濱、陳江、趙慧峰、金揚利、王衍行、何坤有效發(fā)明專利旋壓法玻璃制品成型裝置和成型方法中 國ZL200910236859.12012年10月24日1066235 中國建筑材料科學研究總院祖成奎、趙慧峰、韓濱、陳江、劉永華有效主要完成人情況姓名排名行政職務(wù)技術(shù)職稱工作單位對本項目貢獻祖成奎1副院長教授級高工中國建筑材料科學研究總院項目負責人。負責項目研制計劃、技術(shù)方案的組織和實施。提出真空熔制思路，主持研發(fā)真空負壓熔制技術(shù)與設(shè)備（發(fā)明點1）；提出紅外玻璃高溫近凈

23、成型思路，發(fā)明了旋壓成型設(shè)備（發(fā)明點3）；主持研發(fā)氣體正壓熔制技術(shù)與設(shè)備（發(fā)明點2）。3項發(fā)明專利的第1發(fā)明人，5項發(fā)明專利的第2發(fā)明人。 趙慧峰2/教授級高工中國建筑材料科學研究總院項目主要完成人。負責真空負壓熔制工藝研究，發(fā)明了真空感應熔化爐及配套設(shè)備（發(fā)明點1）；設(shè)計了旋壓成型設(shè)備，對大尺寸、高均勻氧化物中波紅外玻璃高溫近凈成型工藝作出重要貢獻（發(fā)明點3）；參加氣體正壓熔制技術(shù)與設(shè)備研發(fā)工作（發(fā)明點2）。3項發(fā)明專利的第1發(fā)明人，3項發(fā)明專利的第2發(fā)明人。 劉永華3/教授級高工中國建筑材料科學研究總院項目主要完成人。提出氣體正壓熔制思路，負責硫系長波紅外玻璃氣體正壓熔制技術(shù)與設(shè)備研發(fā)（發(fā)

24、明點2）；發(fā)明了氣氛保護成型技術(shù)及設(shè)備（發(fā)明點3）；參加真空負壓熔制技術(shù)與設(shè)備研發(fā)工作（發(fā)明點1）。2項發(fā)明專利的第1發(fā)明人，1項發(fā)明專利第2發(fā)明人。韓濱4所長院長助理教授級高工中國建筑材料科學研究總院項目主要完成人。負責旋壓成型技術(shù)與設(shè)備研發(fā)，完成旋壓成型機構(gòu)設(shè)計與工藝參數(shù)制定（發(fā)明點3）；共同發(fā)明了真空負壓熔制設(shè)備（發(fā)明點1）；參加氣體正壓熔制技術(shù)與設(shè)備研發(fā)工作（發(fā)明點2）。3項發(fā)明專利的第3發(fā)明人。王衍行5副所長教授級高工中國建筑材料科學研究總院項目主要完成人。完成了鋁酸鹽、鍺酸鹽和鎵酸鹽玻璃“組成-制備-性能”相關(guān)性研究，共同發(fā)明了氧化物中波紅外玻璃真空負壓熔制技術(shù)和旋壓成型技術(shù)（發(fā)明點1、3）；參加氣體正壓熔制技術(shù)與設(shè)備研發(fā)工作（發(fā)明點2）。1項發(fā)明專利的第2發(fā)明人，2項發(fā)明專