材料改變世界，未來的世界將會變成什麼樣子？都會和今天的材料發展有著密切的關係！昨日CCTV-2《深度財經》播出「走近前沿新材料」，為大家講述了中國建材新材料的研發故事！
在這期節目中，記者採訪了中國建材董事長宋志平等領導專家，並在其所屬企業錄製了超薄玻璃、發電玻璃、高性能碳纖維、氮化矽陶瓷四種「神秘新材料」，你將看到一個國家材料公司，經過三十年、甚至幾代人的努力完成了怎樣的轉型與蛻變。
和小新一起來看！
圖文實錄工信部對全國30多家大型企業130多種關鍵基礎材料調研結果顯示，32%的關鍵材料在中國仍為空白，52%依賴進口。材料的研發水平和產業化規模已成為衡量一個國家經濟社會發展、科技進步和國防實力的重要標誌。而有一家企業，同時掌握了超薄玻璃、發電玻璃、高性能碳纖維和氮化矽陶瓷這四種前沿新材料，令人驚嘆！讓我們跟隨記者一起去看看。
一、神奇的玻璃主持人：材料改變世界。未來的世界將變成什麼樣，和今天的材料發展有著密切關係。玻璃不僅可以做成寶石，還可以製作出如蟬翼一樣的超薄手機屏，甚至還可以用來發電。
蚌埠市體育中心，從空中看像一個巨大的珍珠。這是專門為即將舉辦的安徽省運動會建設的。圓形樓頂上安裝一塊塊黑色板子，許鵾會定期來查看施工進度。
安徽天柱綠色能源科技有限公司項目經理許鵾：這些板子是一種特殊材料製成的。前面黑色一排的就是我們的光伏發電玻璃，人可以輕鬆走在上面，實驗數據表示它可以承受600公斤的雪載。
整個屋頂總共安裝了3444塊這樣的光伏玻璃，它們的發電量可以滿足場館內所有的照明、消防用電。
許鵾：這是咱們第一次大面積在公共建築上採用這個太陽能玻璃，用於屋頂的這些太陽能玻璃，不僅可以承受幾百公斤的壓力，而且還有著傳統太陽能晶矽板所沒有的優勢。發電玻璃，相對於傳統多晶矽玻璃，比傳統的弱光性好，說簡單點就是，天陰的時候人家都不發電，咱們還可以正常發電，第二個咱們這個相對來說生產成本低，你看這黑色的地方就是它的那個發電電池，一般都做到兩到三微米，很薄的，所以說材料用量比較少，節省成本。
這種發電玻璃用於屋頂，既發電又遮陽，綠色環保，一舉兩得，而且還可以用做建築物幕牆，與建築物融為一體。
工廠裡，新一批發電玻璃正在準備生產。這是我國第一條銅銦鎵硒光伏玻璃生產線，玻璃表面塗上銅銦鎵硒（CIGS）這四種物質為基礎，這四種物質的綜合作用下，可以吸收光能，並將其轉化成電能，代替了傳統晶矽發電。
凱盛光伏技術部經理劉小雨向記者展示光伏玻璃獨有的弱光性：這是一塊晶矽的太陽能組件，這是我們自己生產的CIGS太陽能模組。目前，整個太陽能玻璃置於室內，也就是現在這個白熾光的強度，是很低的，這個LED燈，我只是把它接在了我的兩個正負極上，沒有任何的外置電源，然後我們看到了，在同等情況下，光伏發電玻璃是亮的。
可以清楚地看到，在沒有任何外接光源的情況下，傳統晶矽光伏太陽能板上的LED燈是暗的，而銅銦鎵硒光伏玻璃上的LED燈是綠的，亮的，唯一的光源就是車間裡的白熾燈。
劉小雨：如果遮擋這麼大面積的話，燈變暗了，但是它還亮著，這就是我們的弱光性非常好，即使在這麼弱的情況下，被遮擋得這麼厲害，它同樣還能發電。
記者：它其實非常的敏感。
劉小雨：它就是利用了室內的這些光給它供電。
記者：那就是說在弱光下，它這個所謂的銅銦鎵硒光伏太陽能的一個優勢。
劉小雨：對，它獨有的一個優勢，在同等裝機容量條件下的話，單一的就這個特性的話，可以增加10%的一個發電量。
記者用身體擋在光伏玻璃前，LED燈就會變暗，甚至熄滅，即使對於室內白熾燈這種微弱的光源，光伏玻璃也極其敏感。目前，這家工廠已經能夠生產五種不同顏色的光伏玻璃，用以滿足不同客戶的個性化需求。而相較於傳統的晶矽光伏太陽能板，它的弱光性能好，成本低，汙染小，光電轉換效率位居各種薄膜太陽能電池之首，被國際上公認為是非常有前途的新型薄膜太陽能電池。
發電玻璃如何生產出來？生產線的設計產能是300兆瓦，為了能更平穩高效的生產，今天工藝工程師蔣卓睿要帶領團隊，做一項極為精細的工作。這個剛剛取下的金燦燦的黃色柱體就是銅鎵靶材，它是銅銦鎵硒光伏玻璃的關鍵材料。
凱盛光伏技術部工藝工程師蔣卓睿向記者介紹：整個這個靶材是一個金黃色的。今天我們要做的事情，就是把靶材裡面有一根磁條掏出來，調節磁場的均勻性，因為只有你的磁場保持了一個更均勻的一個狀態後，你整體的靶材鍍出來的膜才會更均勻，整體的這個銅銦鎵硒太陽能電池的質量才會更好。
磁控濺射，是把銅銦鎵物質鍍膜到玻璃上的重要工藝。工作時，磁條控制靶材，均勻濺射到總寬超過4米的基板上，濺射的越均勻，太陽能電池性能越好。這根位於靶材中心的基礎柱體，就是控制濺射的磁條。今天，蔣卓睿他們要調整磁條與靶材之間的距離，確保在長3米多的基板上，把濺射的均勻度由現在的7%，提高到5%，這是一個新的挑戰。
蔣卓睿：5%以內的話，可以說在行業中算是比較領先的，可能很多的太陽能電池廠商，他都是小面積的，也就是A4紙這麼大的，可能更小，但是我們這個鍍膜的話，每一片玻璃都是1538x660毫米，就是每一片玻璃都是像一張桌子這麼大，然後我們還是4片玻璃同時鍍膜，相當於4個那麼大的玻璃在裡面鍍膜，還要保證它的均勻性，還要保證每一個膜層的厚度和質量都能過關，這是我們很核心的一個技術，而其中的關鍵就是，通過控制這個磁條裡面的磁場均勻性，來改變它的這個工藝。
在這個3米多長的磁條上共有11個位置安裝了特製的墊片，蔣卓睿他們需要提高兩個墊片的厚度。
蔣卓睿：這個墊片，就是可以調節磁場和靶之間的距離，進而提高磁場強度，磁場強度的不同，進而就會影響到，膜層的厚度和膜層的質量的不同。
看似是幾個簡單的墊片調整，其實蔣卓睿他們經過無數次的測算，在工作中不斷摸索出來的關鍵參數。這11個墊片位置的厚薄如何組合，直接影響靶材濺射的均勻度，決定著光伏玻璃的質量。調整好的磁條被重新安裝到位，測試開始：黑色的玻璃基板，從上料區送入磁控濺射工藝腔體，從觀察窗可以看到，銅銦鎵靶材在磁條的濺射下，以一種霧化狀態均勻濺射到玻璃表面，不同的金屬在磁控濺射的作用下，會產生不同的顏色，銅鎵靶材呈現藍色，銦靶材則呈現紫色。
蔣卓睿：銅銦鎵硒4種元素，這道工序佔了3個，銅銦鎵這3個元素都是在這道工序通過，通過磁控濺射的放大來鍍膜上去的。
記者：就是這個環節如果做不好，直接影響後面所有的流程。
蔣卓睿：對，3米多長的一個範圍，這是一個橫向的方向，我們要保證在縱向的方向上也要均勻，只有這樣的話，才能保證一個整片的玻璃，在橫向上縱向上均勻。
在四套靶材的作用下，玻璃基板被均勻鍍上了銅銦鎵，送往下一個環節，這次調整後的數據，超出了蔣卓睿他們的預期。
蔣卓睿：這個是我們調完過後的一個分析報告，我們預想的就是我們的工藝窗口，大概是在5%的範圍內就可以了，現在恐怕能做到4%左右，這個是越往上，越難以突破的一個瓶頸。因為它是4片玻璃同時進行鍍膜，就是很大的一個面積，如果你一直在比方說這個本子這麼大的一個面積上去鍍膜的話，你可以控制在1%以內，甚至更低都可以控制，但是如果你是4片玻璃，每片玻璃都有1米多長，這麼大一個，整個4米多長的這樣一個範圍內，去做這個濺射的話，能控制4%以內的話，可以說世界上非常領先，非常先進的一個技術。
在這裡，一條生產線，每年可以生產300兆瓦光伏玻璃，一年的產量可以安裝在200萬平方米幕牆、屋頂，發電3.4億度，足夠10萬個家庭使用一年。
比A4紙薄的玻璃用來做什麼？主持人：你看這普通的玻璃基板上塗上發電膜層，就可以發電了，真的是很神奇。可以說玻璃在日常生活中是無處不在，幾乎是我們天天都能看到，但是你見過這個厚度只有0.12毫米嗎？0.12毫米是一個什麼概念呢？就比如一張A4列印紙的厚度是0.095毫米，也是就是說這玻璃僅比一張A4紙厚那麼一點點，那麼這種玻璃是幹什麼用的呢？
這裡是我國第一個浮法玻璃新技術國家重點實驗室，一項超薄玻璃的落球試驗正進行。這是目前這裡能工業化生產的最薄玻璃，厚度為0.12毫米，曹欣和同事要把重50克的鋼球從1米，自由落體砸向超薄玻璃，這樣的衝擊力相當於一輛家用轎車以時速150公裡的速度撞擊到牆上的衝擊力。
60釐米、70釐米、100釐米。鋼球從一米高處，自由落體，落到超薄玻璃上，玻璃完好無損。
浮法玻璃新技術國家重點實驗室功能玻璃所副所長曹欣向記者介紹：
記者：這是0.12那個玻璃？
曹欣：對。
記者：做完試驗的玻璃一點裂痕都沒有？
曹欣：對。
記者：這個看起來沒有任何的這個損傷，說明這個試驗是成功的？
曹欣：對，它已經達到了我們這個使用的要求。
記者：就是你們的要求就屬於50克，然後在1米的這個距離？
曹欣：實際上我們這邊的質量，控制在50克在70釐米左右的衝擊，就已經能夠滿足我們這個使用要求了。
記者：那這個落球試驗要做多少次？
曹欣：這個落球試驗的話，我們一般對單片玻璃的話，會進行3-5次的這個重複性的測試，如果都是完好無損的話，說明它批量就過了我們這個測試標準。
2018年4月，0.12毫米的超薄玻璃順利下線，這是目前世界上用浮法工藝生產的最薄的玻璃，是電子信息產業的核心材料，玻璃越薄，透光性越好，柔韌性越好，重量也越輕，如何生產出又薄，又有強度和韌性的玻璃，這是個世界性難題。彭壽，是超薄技術的帶頭人，從1982年畢業開始，就一直和玻璃打交道，這個0.12毫米的超薄玻璃，是他和幾代人共同積累下取得突破的。
中建材蚌埠玻璃工業設計研究院院長彭壽向記者介紹：
彭壽：你看，這樣，你可以試一試。
記者：哦，這個很輕，弧度可以很大。
彭壽：你看都可能做到這個樣子了，而且這個玻璃還沒有處理，所以我為什麼說，未來的玻璃要向柔韌化發展，如果我到0.1毫米的時候，我的玻璃可以捲起來了，所以就是說，這種玻璃的薄和玻璃的這樣應用，是未來越來越廣泛的。所以大家看起來很容易，實際上你用起來可能就在這個手機，你就會看到，就這一小塊，實際上是一大塊玻璃生產出來的
記者：其實我們的趨勢還是要往更薄上面去發展？
彭壽：我們應該說下一步我就準備，要攻克0.1毫米這種柔性玻璃，而且這個攻克了，可以這樣講，在世界上是沒有人能做出來的。
今天，彭壽要到現場查看最新一批玻璃的生產情況：
彭壽：我深深感受到了，就我們認為搞玻璃也是一樣，我們30多年，我們幾代人努力的結果，就這一片0.12（毫米）玻璃，我是六年才能把它拉引出來的，而且經過上萬次的，這種原料的這個研究試驗，不斷地做，一天都要做幾十次幾百次，你才可以的。
製造超薄玻璃，得把調配好的原料從這裡送入熔窯，進行熔化，一進入這個廠區，人就像進入了桑拿房一樣，空氣中的溫度高達60多度。
彭壽：你看這爐子裡的溫度，1600度，比煉鋼溫度還高，這裡面是什麼？就把玻璃液一定要在爐子裡給它融化，而這個爐子呢？既要在裡面融化又要保溫，不能讓能耗向外輻射。
原料在熔窯裡像巖漿一樣融化，冒著氣泡不斷往上湧。
彭壽：就像我們煮飯呀，大家經常有個習慣，一大鍋飯煮完以後，我們以前父母親拿筷子中間搗幾下，目的幹嘛？就是排氣，排泡的就讓它更加均勻。我們這也需要一些訣竅，比如說我們用的鼓泡啊，用氣往上吹，然後讓它們咕嚕咕嚕這樣第二個吹完以後又產生氣泡，怎麼把它消掉，我們要加一些消泡劑來保證，既要融化好又要把氣泡消滅掉，這樣玻璃液才達到這麼高的質量。
記者：就是氣泡越少越好。
彭壽：對，而且做電子玻璃，不能有氣泡，所以對我們來講難度是非常大的。
寬10米的熔窯被分為幾個溫區，從既要升溫再到降溫，再到出窯，溫差僅為正負兩度，這就必須要進行精細控制，控制差一絲一毫都將影響玻璃的質量，甚至導致整條產線停產。每隔半小時工作人員都要到現場進行一次巡檢，用專門的工具測量窯內不同區域的溫度，這是中國自主研發的技術，自主研製的設備。
彭壽：這是一個在三大熱工設備上最關鍵的設備。最關鍵的這叫熔化，這個熔化這裡面的奧妙，就在於整個爐子的設計，它需要能很好的把它的工藝參數體現出來。
早在上個世紀五十年代末，歐洲就研發了浮法技術，但是卻對中國進行了封鎖。所有超薄玻璃，中國都需要從國外進口，直到2013年中國研發突破了超薄玻璃，打破了國外壟斷，而廣泛應用於手機、電腦屏幕等超薄玻璃是最關鍵的信息顯示材料。佔顯示屏的總成本的40%。熔化好的玻璃液還要經過一個關鍵的環節，就是成型。拉邊車間裡，左右兩側28對拉邊機同時發力拉動玻璃液成為薄薄的玻璃。這些密布著管線的拉邊機正是生產超薄玻璃的核心裝備。
彭壽：拉邊機咬著牙齒咬得它，然後順著這個拉邊向前的方向，既有向前順的方向，又有往邊上拉的這個正向反向，這樣就保持它一個動態平衡。
記者：它三個方向的力。
彭壽：對，兩個側向和向前。
記者：所以我們想要的玻璃從液體慢慢變成了固體玻璃的樣子。
彭壽：對，所以這樣子從生產過程中間來說，這個東西原先，這個拉邊機我們中國也不能生產，現在都是我們自己自主智慧財產權做出來的。
密密排布的拉邊機看起來一樣，但是參數卻完全不同。生產的玻璃越薄，啟用的拉邊機就越多。在中控室的監控屏幕上我們可以清楚看到，不同位置的拉邊機運轉的速度力度都不相同，靠近熔窯的拉邊機運行速度幾乎看不出來，而越往後拉邊機的運轉速度就越快。
蚌埠中建材信息顯示材料有限公司總經理任紅燦向記者介紹：
那麼從前往後速度肯定是越來越快。
記者：就是先慢慢地讓它壓出型來。
任紅燦：你看這個你看不到動。但是這個你看它在動，是不是？你往後看越來越快越來越快。
記者：這邊是明顯的速度了。
任紅燦：對，這邊是明顯速度加快了，不同的拉邊的這個動作，把玻璃逐步逐步拉薄。
玻璃工藝，溫度控制是其中的關鍵參數，在整個流程中，幾百個中控點，不能出現任何紕漏，否則就會影響玻璃的質量，經過四十多年的研發，從1.1毫米到0.7毫米，從0.33毫米再到0.12毫米，這樣的超薄，在中國不僅自主突破了這一技術還成為世界上唯一一個能夠用浮法工藝生產0.12超薄玻璃的國家。
彭壽：如果我們不能攻克這塊超薄玻璃，那我們肯定必須進口，因為信息顯示是我們國家未來發展方向，也是全球的發展方向，我們信息顯示通過什麼來實現呢？是要通過觸控螢幕，通過我們的顯示屏來實現的，就是大家所用到的我們這個顯示屏、電視，我們這個ipad，我們的手機等等這些，但是這些是國家的戰略性產業，而這些應用很廣的東西，如果你作為它的核心支撐材料，你自己不能生產，那就變成了我們叫大國重器核心不在自己手上。
大尺寸、功能化、超薄，高透過率，這是玻璃材料的發展方向，今天，中國已經能夠規模化生產幾十種功能玻璃，涵蓋高層建築、新能源、光學器件、交通運輸等多個領域。其中光伏玻璃的產品產能位居世界第一。
曹欣：這一批就是我們能夠做的，就是各種各樣的顏色玻璃，當然這個最主要的，是用於我們的這個建築裝飾成玉石狀的玻璃，這個是我們做的這個微晶玻璃，它可以用於深海的某些領域。
記者：就是深海領域它的抗壓能力比較強。
曹欣：對，還有耐腐蝕能力很強，這個是我們製備的電子信息用的，這個0.7毫米的高鋁蓋板玻璃，主要用於觸控螢幕的這個保護，以及一些汽車玻璃，就是用的高鋁玻璃，但是耐劃傷，比較抗摔、抗砸，這樣的話在使用的安全性更高一些。
記者：就是這個不怕砸？
曹欣：對，不怕砸，這個玻璃做過強化以後，強度很高的。
記者：這個錘子挺沉的。
曹欣：這個錘子大概有1公斤到1.5公斤左右的一個錘子。
記者：我試試，沒事，一點裂痕都沒有。
中國科學技術的突破和創新使超薄玻璃的國際市場價格降低了三倍。但眼下，技術人員已經不滿足0.12毫米的超薄玻璃。曹欣正和同事們攻關0.1毫米的超薄玻璃，達到這種薄度的玻璃，未來就可以捲起來，這是第347次試驗，按照比例盛好原料，放入熔化爐，設定好溫度，調整好攝像頭，可以在電腦上看見熔化爐裡的變化，氣溫不斷升高，原料慢慢熔化，開始出現蜂窩一樣的圖案。
曹欣：這塊兒黑色的是我們的玻璃液，最終我們要實現把所有的氣泡，都排除到玻璃液之外來提高我們玻璃液的質量。
記者：如果完美狀態，我們整個這塊全部是黑色的。
曹欣：對，因為現在是1340度，它已經產生大量氣泡，正在不停地往外運動。
氣泡是玻璃最主要的缺陷，氣泡越少，玻璃液越純淨，生產出來的玻璃質量就越好，曹欣他們正在調整配方的比例，進一步優化工藝參數，以滿足未來工業化生產的需求。
曹欣：我們會有一個整套的，工業化轉化的這個標準化流程，大概有30幾項標準工藝參數，我們需要去調整，我們不斷在攀爬極薄過程中間，變得極端製造的這麼一個山峰，然後這個山峰是每前進一步，就是越接近於我們的理論極限，難度會越來越大。
彭壽：這個材料是我們的，大國重器中的重中之重，所以我覺得國家重視材料的研究，而材料，又有一個問題，它不是一天就能做出來的，它需要有幾代人的努力，幾代人的耕耘，也需要我們這些做科技人員的堅守，才能做出來。
二、「黑色黃金」碳纖維主持人：進入二十一世紀，材料被視為現代科學技術的支柱之一，某種意義上來說，未來世界會變成什麼樣子，人們將過上什麼樣的生活，這都與我們材料的發展有密切的關係，我們先來看幾張圖片，這裡面有飛機、自行車、小提琴、球拍、汽車配件、旅行箱……涵蓋了從航空航天到新能源汽車，從運動器材到樂器，可謂五花八門、應有盡有。不過他們共同使用到的同一種材料，那就是碳纖維。那為什麼這種材料會應用的如此廣泛，它擁有怎樣的優越性呢？今天我們就帶您見識一下這種前沿的新材料。
小提琴演奏家盛中國曾經演奏的這首《白毛女》，高音清澈明亮，極富穿透力，中音豐滿圓潤，純淨柔美，低音渾厚深沉，如泣如訴。他手上的這把小提琴，可不是傳統的雲杉、楓木等名貴材質製作的，而是用新材料碳纖維打造而成。
盛中國所用小提琴的材料就來自這裡。這是國內最大的碳纖維企業。這一天，公司迎來一位韓國客商，他想把中國的碳纖維引入韓國。
中復神鷹碳纖維有限責任公司董事長張國良：這是種化纖「整理」的技術。
韓國KG碳素株式會社社長金龍根：這種中國連雲港產的碳絲，中國威海藍科產的碳布，韓國魯江生產的滑雪杖用在平昌冬奧會，國外選手用它取得了好成績。現在我們已經知道中國碳絲的知名度在這裡，我們要把碳絲的市場擴大到韓國這邊。
韓國市場每年需要碳纖維5000噸，金龍根所在的貿易公司佔其中的20%。正是看中了中國碳纖維產品在平昌冬奧會上的表現，金龍根希望借這一契機擴大中國碳纖維在韓國的市場份額。
金龍根：現在是高科技時代，連雲港的產品質量是可以跟國外知名品牌媲美的。
看好中國碳材料的海外客商越來越多。波特巴克，來自荷蘭。他所在的企業是全球最大的複合材料不飽和樹脂公司。
力聯思樹脂集團全球運營總裁伯特·巴克：我想說，在整個全球碳纖維的供應市場上來講，歐美企業還是佔主導地位，但是中國追趕的速度是非常快的，我更看重中國市場這種蓬勃發展的潛力。尤其是目前中國新能源汽車的發展。引領全球形勢下，融合碳纖維市場和汽車輕量化解決方案，中國將有更大的市場和發展空間。
碳纖維這種材料，比重不足鋼的四分之一，強度卻是鋼的7到10倍，被稱為新材料之王，也被稱為黑色黃金。它重量輕、強度高、耐腐蝕，被廣泛應用於航空航天、新能源汽車、體育器材等方面。早在上個世紀60年代，碳纖維就開始在西方國家得到應用，1975年，我國開始布局攻關碳纖維，歷經30多年，直到2012年才突破了關鍵技術，成為繼美國、日本以後世界上第三個擁有這項技術的國家。
這是我國第一條千噸級T700碳纖維生產線。T是英文拉伸強度的第一個字母，T後面的數字越大，表示強度越高。目前，現在世界上最強的碳纖維達到了T1100。碳纖維成絲前是液態的，由液態變成絲是碳纖維生產最核心的環節，也是所有企業都不會對外開放的地方。我們只被允許拍到局部。
技術人員：我們用手電筒來看一下，這底下一絲一絲髮白的亮晶晶的噴出來的細流，那個細流就是我們噴出來的絲，這個細流從噴絲板噴出來以後直接到下面的液體裡。
記者：這一組大概有多少根。
技術人員：這一個噴絲板有4000根。
藉助手電筒的微光可以看到，在直徑只有15釐米的噴絲板上，無數條細線密密匝匝向下流淌，這就是獲得國家科技進步一等獎的幹噴溼紡技術，也就是中國碳纖維發展數十年的核心技術。
技術人員：你看這個液面和噴絲板之間有一個間隙，這就是幹噴溼紡的幹噴所在，幹噴了就是它噴出來在空氣層，空氣層我們認為是一個幹段，溼紡就是說進入液體裡面，這個叫溼紡。
記者：這個有點像小細粉絲一樣。
技術人員：對，這個有點像擠麵條，這一個小小的空氣層，我們花費了3年多的時間才把它攻克。
記者：就是那個噴絲板的那個地方？
技術人員:對，噴絲板它並不厚，但是裡面有數十級的分配系統，就是把我們的原液由這個點然後分配到一個面上，保證這個面上的壓力和濃度，溫度都是一致的，能保證我們噴出來的4000根絲是均勻一致的。
剛剛噴出來的絲線，每根直徑50微米，每一束共有4000根這樣的絲線，分攤成看起來只有1釐米這樣的線束，經過多級水洗，水牽、上油、蒸汽牽伸等十幾道工序，原絲要經過200多米工序纏繞成卷，在200多米的行程裡，大大小小300多個滾軸拉動著絲線不斷向前，這些滾軸的表面精度和安裝精度都必須達到10微米，要確保每根絲線不斷不粘連，還要均勻瘦身，每個環節的溫度、水的流量，滾軸運動的速度都經過精細的測算。原絲將在這個車間進行碳化，這是保證碳纖維強度和剛度的關鍵環節，要想讓每根直徑12微米的原絲均勻的進行高溫氧化碳化，這就要求輸送出去的252根絲線張力必須一致，靠的就是張力控制裝置。
技術人員：你看這裡就是每一個它在不斷的升降，它是跟隨每束絲，它的實時張力波動作出調整，如果張力過緊它就往上來一點，如果張力過松，它就往下壓一壓，使它處在一個穩定的狀態。
252根絲線對應252個張力控制裝置。每束絲線有12000根原絲，這些絲線就像跳舞一樣，伴隨著張力控制裝置上下調節，絲線的旅程還沒有結束，他們要在200多度的氧化爐中進行氧化，完成一個美麗的蛻變。
技術人員：它的顏色遞變是非常漂亮的，從白色逐步變成那個淺黃，一直到最後的褐色
記者：為什麼會發生這個變化？
技術人員：我們在氧化爐裡，通過熱空氣把它加熱到200到300度的溫度，引發它一個化學反應，纖維在爐子裡是來回走的，隨著時間的推移，氧化程度逐漸加深
記者：最底下這一層走的第一層，所以它是白色的
技術人員：這個白色是纖維剛進來，它還沒有開始氧化，走過一層回來就變成淺黃色了。
記者：然後再走一層，再走一層，顏色就越來越深。
每根絲線，都要在這個長13米的氧化爐裡來回往復地走上11次。經過的次數越多，氧化的程度越深。這麼大的氧化爐內溫差要控制在正負5度，只有這樣每根絲線才能均勻。
技術人員：只有氧化均勻了，它的結構才能穩定，只有結構穩定了，才能在後續碳化的時候結構不被破壞，因為碳化的溫度比較高，會到1000度以上，如果內部結構不穩定，到後面很快就燒沒了。
經過氧化、高溫碳化之後，碳纖維複合材料製作完成。從直徑50微米的原絲瘦身為直徑只有7微米的黑色絲線。
技術人員：這個比頭髮絲的十分之一還要細，你可以看一下，拉開之後可以看到非常細小的單絲。
記者：這有的都極難辨別。
技術人員：這都是並在一起的，想把它拉出一根單絲還是比較困難的，即使拉開也是很難看到的，不要小看這麼細的纖維，它的強度和模量是非常有優勢的。
100多項工序、300多項關鍵技術，3000多個工藝參數，反應溫度從5度到2800度不等，經過十多個系統的集成，強度高、重量輕、耐高溫、耐腐蝕的黑色黃金碳纖維製作完成。卷繞成4公斤的紗錠送往世界各地，應用於航空航天、汽車、運動器材等領域。今天，中國能夠生產T700、T800、T1000等不同強度的碳纖維材料。10年前，連T300這種級別比較低的產品都需要從國外進口。
張國良：現在產量還遠遠滿足不了國內市場。我們現在產品銷售非常緊張、供應不了市場，這種情況肯定不行，我們後面就是要快速擴大規模，滿足國家重大需求，把產業做好，讓這個產業在國內市場站得住，在國際市場也要站得住，參與國際市場的競爭。
目前，中國的碳纖維市場需求量20000多噸，預計到2025年將達到10萬噸，國際市場需求將達到20萬噸，碳纖維材料在多個行業裡的應用正在不斷擴大。遠在四川成都這個工廠裡用新型碳纖維製作成的氣瓶正在做高壓爆破試驗。測試人員把一個長115釐米，周身纏繞碳纖維絲的氫氣瓶放入一個深1米多的坑道裡，即將進行爆破試驗。這種氣瓶用於清潔能源車，需要格外關注壓力帶來的變化。
技術人員：做爆破過程中，需要不斷增加它的壓力，直到氣瓶爆破，達到設計圖紙規定的105兆帕，然後算是合格的。如果低於105兆帕表示氣瓶有問題，不合格。試驗開始，準備注水。
時間一分一秒的過去，壓力數據在穩定上升。所有人都在等待著爆破的巨響。
中材科技成都有限公司質量部試驗主管帥路文：今天的爆破很理想。從目前我們的瓶身來看，它是爆破瞬間把鋁的膽給撕裂了，滿足我們的標準。我們的設計要求是大於或等於105兆帕，從往常來看，基本上是110到120左右，現在算是117兆帕，因為我們的做過疲勞測試的，已經達到22500次了，所以說超過預期。
一旁的車間裡大尺寸的氣瓶正在生產。
技術人員：現在正在纏繞表面，內膽是鋼內膽，鋼內膽外面加強強度纏繞的是碳纖維。
記者：這是纏到什麼環節了。
技術人員：基本要結束的環節了。
這採用的是全纏繞的方式，主要用來裝氫氣或者天然氣，安全是第一要素。每個氣瓶紅色的內膽上總共要纏繞16公斤碳纖維，而過去用的是玻璃纖維。
中材科技成都有限公司製造總監鄧斌：我們這個工藝更新了以後，在同樣的容積我的會比人家輕20%到30%的重量，因為碳纖輕、強度高，強度優於我們現有的玻纖。那麼在整個重量上它會減輕下來。減重後的氣瓶裝在車上面，重量越輕對我們車輛運行、燃料損耗都有好處。
一輛重型卡車，需要裝8個這樣的氣瓶。重量比以前使用玻璃纖維減輕1噸左右，現在碳纖維氣瓶從無人機用的28米長的無人機氫氣瓶到2.2米長的重卡天然氣瓶，再到12米長的儲運氣瓶，中國都有生產，而且已經銷往海外。
三、高性能的陶瓷球主持人：碳纖維這種前沿新材料正在清潔能源、運輸、電力等新興戰略產業得到更多更廣泛的應用，被稱為材料皇冠上的明珠。新材料是材料工業發展的先導，是重要的戰略性新興產業，很多國之重器會因為材料的創新完成了核心的突破。比如說陶瓷，大家第一首先會想到餐具、很多的製品，易碎品。今天跟大家說的這種陶瓷卻極為堅硬，僅次於金剛石，重量僅為鋼的三分之一，是一種特殊的新材料，這種堅硬的陶瓷究竟是用來做什麼呢，又是怎麼生產製造出來的呢？
宋志平剛剛從國外考察回來，帶回來的是眼下國際上最前沿的材料科技信息，其中他最感興趣的材料就在這裡。
中國建材集團董事長宋志平向記者介紹到：你看這個小框框裡，琳琅滿目的實際上產品都是最尖端的一些材料。這個就更有意思了，這個是氮化矽陶瓷的。
宋志平手中的這個黑色滾珠是用在軸承裡的，它可不是傳統鋼製的，而是陶瓷製成的。
宋志平：過去都是鋼製軸承，但你知道在快速轉動下會發熱，就會在裡面加潤滑油，再快點，潤滑油也是受不了的。那麼這個陶瓷球的話，在摩擦的情況下就不會那樣發熱，而且轉速可以達到1分鐘60萬轉。普通軸承2萬轉就可以，這種可以轉到60萬轉。所以這種軸承在戰鬥機、一些特殊的情況下我們需要耐高溫的、快速旋轉的。
用在戰鬥機上的軸承可不是一般裝備，轉速是普通軸承的30倍，還不用潤滑油，這種特殊陶瓷的奧秘究竟在哪裡？孫峰，正在察看最新一批准備出口德國的陶瓷球。工人們正在進行表面無損檢驗。在孫峰眼裡，特殊陶瓷的產生就是一個由粉變鋼的神奇魔術。陶瓷球的原料，是由製作玻璃的矽砂、經過特殊工藝加工的氮化矽、具有一定的硬度。氮化矽粉經過噴霧造粒，進入磨具後才能製作成陶瓷球。
中材高新氮化物陶瓷有限公司常務副總經理孫峰：它最關鍵的地方在霧化器和這個噴槍，決定了分體的顆粒大小，顆粒大小決定了流動性和松裝密度。
這個噴槍決定了顆粒的粒徑大小，粒徑尺寸的分布決定著陶瓷球的緻密度，直接影響著陶瓷球的硬度、密度和使用壽命。
孫峰：顯微鏡下是球狀，具有很好的流動性，能把模具填實，大概在50微米到200微米的小球，準備壓製成型的時候用。
成千上萬的小顆粒被壓製成1毫米至50.8毫米不等的陶瓷坯，而能否製成硬度僅次於金剛石的陶瓷球，關鍵還在燒結。
孫峰：都說決定陶瓷性能的就是一把火，我們這雖然不是火，但是使電，這也是決定陶瓷緻密性的最關鍵的工序之一。
燒結爐裡，正在生產為德國新能源汽車上用的陶瓷球，要經過20多個小時的燒結才能完成。在2000個大氣壓下，用1800度高溫結出來氮化矽陶瓷球是目前世界上性能最好的熱等靜壓陶瓷球，硬度接近金剛石。
孫峰：我們這個設備有個訣竅，就是怎麼提高它的溫度場的均勻性，保證一整爐的產品性能差異不大，上下區溫差非常小。
燒結陶瓷就像燒菜一樣，火候不夠，菜炒不熟。陶瓷硬度達不到；火候過了，就炒老了，陶瓷球容易變脆。
孫峰：我們07年第一臺爐子的時候，上下溫差有14、15度。
溫場差別太大，一爐子的陶瓷球燒結不均勻，有的溫度不夠、有的溫度太過，廢品太高。而溫度控制是決定氮化矽陶瓷的核心機密，涉及到熱力、熱工、材料、機械等多個學科，上百個工藝參數，是最大的技術難關。
孫峰：很難，這裡面的結構改造用了很多很多這個試驗才得出來，後來我們不斷改進，基本上接近1度以內了。
燒結爐內的溫度在穩步上升，溫場的溫差始終控制在正負三度以內。十年磨一劍，孫峰他們才像大廚一樣嫻熟地掌握手中這把爐火，對爐內的溫差進行了精確的控制，關鍵技術的突破，讓這裡加工生產的陶瓷正不斷打開國際市場。
孫峰：這就是咱燒好的，給德國客戶做發電機絕緣軸承的陶瓷球。
記者：這個尺寸是多大的？
孫峰：這是11.906磨出成品，這是給美國出口的給風力發電機使用的陶瓷球。
記者：這尺寸是多大？
孫峰：這個是磨34.925的，他要求保持25年的使用壽命，所以他這個現在對這個陶瓷球的質量要求，比以前高很多了。
燒結完成的陶瓷球已經具有極強的硬度，但是如何承受每分鐘60萬轉的高速運轉？這些特製的研磨機磨削工具全部用金剛石打造完成，在這裡經過200小時不間斷磨削，再經過幾十小時的拋光，陶瓷球被打磨成表面粗糙度只有0.05微米。此時，陶瓷球的摩擦係數極小，摩擦阻力是普通鋼球的五分之一，這正是陶瓷球自潤滑、耐摩擦的秘密所在。
孫峰：日本東芝、美國闊斯泰跟中國咱們這個球實際上在市面上是一個水平的球，但是差距在哪兒呢？一個是我們相對他們進入國際市場時間比較短，知名度還比較低；再一個我們的產能比他們還小一些，需要保證這個供貨。現在國際客戶需求量遠大於國內，因為他們做的高端裝備，很多用陶瓷球做軸承做傳動。
給德國、美國、義大利生產的訂單在緊鑼密鼓的加工中，2017年中國生產的熱等靜壓陶瓷球達1000萬顆，市場需求正在以每年120%的速度增長，預計到2020年市場需求將達到1億顆，是現在的十倍。
主持人：未來兩年市場有十倍的增長需求，這對於剛進入這一前沿新材料市場的中國企業來說，提出了一個新的要求，擴大產線、實現自動化、提高產量。材料是製造的基礎，也是升級的核心，今天大家看到的超薄玻璃、碳纖維、氮化矽陶瓷這些高端的前沿新材料，每一個都是歷時40多年才站到了世界前列。我們要看到差距、任重道遠，還需要扎紮實實努力，把這些核心材料掌握在自己手中，為建設製造強國打好堅實的基礎。
責任編輯：黃昭華
值班主編：金冬偉
主 編：閆 永
內容來源：中國建材
（原標題：《這些「神秘材料」改變了世界！》）