想象一下在乌云密布、没有月亮和星星的夜晚,伸手不见五指,我们如何看清道路、如何分辨物体?
走进中国建筑材料科学研究总院有限公司(中国建材总院)北京分公司位于北京市朝阳区管庄的“暗室”,我们可以像“白天”一样看的很清晰,如履平地。
“这是微弱信号光电探测技术,它可以把人眼看不到的微弱信号收集、放大成人眼看到的图像,是微光夜视、紫外探测、高能物理等领域重要技术。防光晕光电玻璃是它的光学输入窗口,实现光电转换的关键,就好比人的眼睛,至关重要。”一提起微光夜视和防光晕光电玻璃,中国建材总院北京分公司总经理贾金升如数家珍。
防光晕光电玻璃形如牛眼,其中间有效区透明,而边缘呈“黑色”,行业内俗称“牛眼窗”。“防光晕光电玻璃是一种新型的具有自基底消杂光功能的特种玻璃,透光区和吸光区成分一致,黑色层不是涂覆上去的,而是通过特殊处理在透光区生长出来的。”贾金升向记者娓娓道来。该材料具有高光谱透过率、高信噪比、高传函和高稳定性等优异性能,大幅提升了微弱信号探测的灵敏度和效率,在微光夜视、光电对抗、高能物理、信息显示、精密光学、智能穿戴、医学诊疗等领域获得了广泛应用。
黑白转变的“魔法”
早在“九五”期间,为满足装备应用需求,我国开始超二代微光像管的研制工作。与传统一代和二代微光像管不同,它的光学输入窗口替换成了防光晕玻璃。当时国内尚属空白,只能从国外的专利里获取到少量信息。用户单位找到了中国建材总院。
事实上,中国建材总院早在20世纪60年代开始便开始了微光夜视用特种玻璃及光纤制品的开发工作,先后开发出我国第一片光纤面板、第一片微通道板等产品,支撑了我国一代和二代微光像管的研发及批产。作为当时国内无机非金属材料综合研发实力最强的单位,中国建材总院义无反顾的接下了这个“硬骨头”。
中间透光、边缘不透光,听起来容易,做起来却很难。项目团队最先想到的是借鉴当时团队比较成熟特种光纤拉制技术,将透明玻璃和黑玻璃分别做成玻璃棒和玻璃管,在高温下进行熔合。但实验一段时间后发现强度、消杂光性能等明显不足。研发一下走进了“死胡同”。
1998年5月,在一次技术攻关研讨会上,时任中国建材总院玻璃纤维研究所副所长的高祀建,突发奇想,“我们能不能在一块玻璃,让不同区域具备不同的功能?”
一石激起千层浪。大家按照这个思路,纷纷献言献策,提供了很多研究方案。经过一段时间的摸索,成功开发出防光晕光电玻璃产品,填补了国内空白。
2003年年中,我国首条超二代微光像管产线建设接近尾声,急需防光晕光电玻璃配套,否则产线建成后也无法投产运行。用户单位再次找到中国建材总院要完成这一重大任务。
当时正值北京“非典”最严重的时候,总院各部门几乎处于休假状态。时任特种玻璃纤维与光电功能材料研究所(玻纤所,后改称玻纤院)所长的李国恩同志逐一给研发人员和产线工人做思想工作,并成立了党员突击队,攻克加工技术难题,首批一次性交付了770件产品,解了用户燃眉之急。
2003年10月,我国第一条超二代微光像管生产线正式建成投产,急需自主开发的防光晕玻璃配套。当时全部用上了自主研发的防光晕玻璃材料,国产像管有了国产“眼睛”。
量质互变的“魅力”
自2003年开始,防光晕玻璃始终处于小批量配套状态,全年配套用量只有1—2万件。
2012年初,随着新一代装备的定型量产和超二代微光像管产线的产能提升,防光晕玻璃的配套需求激增,而且对性能要求大幅提高,中国建材总院产能严重不足。
2012年过完春节,国内某用户单位的上级主管集团公司领导亲自带队,到中国建材总院寻求协助恳请总院必须保质保量地完成产品交付,这是一项重要的“政治任务”。作为“国家队”,总院再一次义无反顾地接下了这个艰巨的任务。
当时,玻纤所很多领导及技术骨干,均牵头负责过防光晕玻璃的科研生产工作。大家普遍认为,根据用户单位的要求,要组织技术攻关,千方百计地把产品性能指标提上去,否则生产再多都是浪费。但经历了几轮攻关,始终未见明显成效,有时某个实验结果让人眼前一亮,但很少能重复出来。
直至2012年底,玻纤院高级技师郑京明“临危受命”,最终破解了这个难题。
“记得那时2012年12月的一天傍晚,下班后我正开车回家,路上突然接到李国恩院长的电话,让我到他办公室喝茶。”郑京明回忆道,“当时还纳闷怎么突然找我喝茶,去了以后就‘稀里糊涂’地把防光晕玻璃攻关的任务领回来了。”
郑京明接手后没有第一时间组织开会研讨、攻关,而是沉入到生产一线,到各个工序去观察、去操作。通过一个月的观察,他注意到各工序的生产操作极不稳定,良品率比较低。
一个月后,他组织召开了第一次研讨会,在开会讨论用的白板上,他写下了“量”“质”两个字,并询问大家现在最着急要解决的是哪个。大家普遍认为要先解决“质”的问题,而他却鲜明地指出,我们要先解决量的问题,再解决质的问题,把量放到了质的前面。
按照这个思路,他带领技术骨干和管理骨干沉入生产一线,一道工序一道工序的攻克堵点、卡点,操作人员的技能越来越熟练,产能迅速提升,良品率也逐步提高。在解决生产线堵点的过程中,他也带着团队进行了很多工艺革新和优化,取得了很好效果。
经过一个多月的努力,生产已经比较稳定了,他又组织召开了一次会议,并在白板上写下了“质”“量”两个字。他说,质和量是相辅相成的,看似是简单地把两个字顺序颠倒了一下,但蕴含其中的思路却截然相反。以前产线产量很低,工艺技术不稳定,再好的实验方案都有可能被淹没;现在产线的工艺状态比较稳定了,是时候开展质量攻关了。就这样,他带着团队继续攻关,先后突破了高相容性光电玻璃组分设计、高粘度玻璃高品质均匀熔制成型、自基底光吸收层制备、异型光学元件精密加工、性能评价等系列关键核心技术,很快便取得了效果,产品性能实现了大幅提升,满足了用户单位的需求。
“郑京明同志虽然只有高中学历、是名高级技师,但他攻关的思路很新颖,常常有新奇的想法和点子。而且,很有韧性。从他接手防光晕玻璃的三个月时间里,除非家里有急事,他每天都坚持睡着办公室,晚上休息的最晚,第二天总是第一个到生产现场。他的这种工作态度和精神值得我们青年人学习。”时任玻纤院光电玻璃所副所长吕学良同志说。
量变引起质变,质变又引起新的量变,新的量变发展到一定程度又引起新的质变,如此交替,循环往复,不断转化,这就是事物变化和发展的质量互变规律。通过对量和质相互转变规律的深刻认识,项目团队再次实现了防光晕玻璃的突破,仅用5年时间,产能提升了20倍,在国内市场站稳了脚跟,并成为了行业“隐形冠军”,市场占有率接近100%。
管理是超级生产力
随着生产线产能的不断提升,郑京明越来越意识到延续传统的“多品种小批量”管理模式所存在的弊端,生产线急需现代管理方法的重塑。
“当时有两件事情让我印象很深。一件事是防光晕玻璃需要经过一道特殊的高温处理,常常有十几天。当时高温处理过的玻璃,表面质量时好时坏,很不稳定。后来我们发现是值夜班的一位员工,偷懒睡着了,没有按照规定程序调节温度所致。还有一件事是,有一次员工报销签字,我一算整个产线一个月光消耗洗衣粉就十几袋。这两件事让我感受到车间的精细化管理已经迫在眉睫。”郑京明说。
彼时,为迎接全球领先的国外某民用微弱信号光电探测器企业前来考察和认证,玻纤院正在大力推行6S等精细化管理。在6S管理启动会上,时任玻纤院院长李国恩说了一句话让郑京明茅塞顿开。李院长说“科学技术是第一生产力,同时管理也是生产力,甚至是超级生产力”。
会议结束后,郑京明第一时间购买了6S管理相关书籍,并和大家一块学习,并组建了6S管理推进小组,每周定期开展检查工作,对发现问题较为严重的班组,立即要求他们停止生产,直至完成整改后才能复产。员工们很快就适应了6S管理的要求,光电玻璃所也成了玻纤院6S管理的先进榜样。
郑京明说,目前防光晕玻璃生产工艺的很多细节都是当时他亲手摸索出来的,例如抛光用的胶板怎么熬、温湿度控制到多少合适、加工时间有时要精确到秒。甚至生产用的很多不起眼的辅材,最后发现对产品表面质量也会产生极大的影响,郑京明带队从近百种品牌规格中一个个试,最终找到了能用的辅材。直到现在,某些辅材应然没有第二家商品可以替代。
6S等精细化管理的推行,不仅改善了工作环境、提高了生产效率,同时也赢得了国内外客户的信任,赢得了市场。
2014年3月,国外客户代表到总院进行现场考察、产品对标和管理认证。在对方来之前,防光晕玻璃生产线反反复复进行了十余次整理、整洁和检查工作,任何看到或看不见的犄角旮旯都进行了打扫。功夫不负有心人,在现场考察过程中,客户代表中的一位管理专家走在生产车间现场,东看看、西看看,还时不时用手指摸摸这、摸摸那。当他摸到立式空调的上面盖板,没有看到任何灰尘的时候,给总院团队竖起了大拇指。
根据安排,那次考察国外客户还要现场检验,并带走400件合格样品回去进行考核验证。按照技术指标要求,团队事先从2000件样品里精挑细选,选出了400件认为肯定没问题的样品,供国外客户现场检验。然而,现场对标检测,客户代表依然挑出了几十件不合格的产品,而且每一件为什么不合格都做了明确标注。这当时就给团队泼了一盆凉水。好在郑京明安排提前多预备了200件样品,最终凑齐了400件合格样品供国外客户带走。
那次现场考察之后,国外的验证很快也取得了良好结果。防光晕玻璃产品首次实现了出口,走向了国际市场。
目前,通过持续管理提升和工艺优化,防光晕玻璃的产品指标和精度得到了显著提升,很多性能控制精度达到微米或纳米量级,远超出用户单位要求。不仅如此,团队主动出击,率先推动国内外客户入司检验实行AQL抽检标准,经过几批次验证,中国建材总院提供的AVG产品入司合格率达到了99.98%以上,接近“免检”水平,大幅降低了客户的入司检验成本,实现了共赢。
“每次参加用户单位订货会,当通报产品质量时,别的产品和供应商都是90%左右,而防光晕玻璃入司合格率能到99.98%以上,很是骄傲和自豪。总院也连续多年荣获用户单位的优秀供应商称号。”贾金升自豪地说。
创新永无止境
中国建材总院创建于1950年10月,是新中国第一家建材科研机构,创造了中国建材科技史上多个第一,被誉为“新中国建材科技的摇篮和发源地”,为我国国民经济建设、国防军工事业发展做出了突出贡献。
创新始终是总院的基因和底色。
三十余年来,中国建材总院AVG团队始终深耕于防光晕光电玻璃技术进步和性能提升一线,历经多次技术迭代,从材料设计、关键技术和成套装备等方面实现了全面突破,见证了我国微光夜视核心材料和技术从无到有、由弱变强的发展历程。
“防光晕光电玻璃开发大概经历了四次大的技术创新”。贾金升回忆说。
1995—2003年,第一次技术创新,从“棒管熔合法”到“一体成型法”,实现了从0到1的产品开发。
2004—2011年,第二次技术创新,为满足超二代微光像管的应用需求,不断优化提升产品性能。“2005年前后,用户在使用过程中发现在防光晕玻璃上制备的光电阴极,其核心指标灵敏度存在快速下降、寿命短的问题,用户产线一度陷入停滞状态。当时我是玻纤所光学室主任,李国恩所长要求我尽快解决。我们通过对玻璃成分的系统全面优化,前后实验了几百个配方,最终确定了一组灵敏度高、抗衰减能力强的新组分,灵敏度提升了60%,且长期使用衰减小于5%,为产品批量应用提供了基础。”
2012—2019年,第三次技术创新,通过材料、工艺、装备、管理等全面创新,实现了“量”“质”同升,达到国内外用户免检水平。其中,比较核心的是玻璃熔制成型技术的突破。防光晕光电玻璃高温粘度极大,熔制工艺困难,内质较差,材料利用率不超10%。在国家重点攻关项目支持下,项目团队开展了大容积铂金坩埚、全电熔熔制、漏料成型技术和成套装备的开发,先后解决了气泡、条纹、闪点等内质缺陷,内部品质、成分均匀性、批次稳定性、生产效率等大幅提升,为高性能防光晕玻璃批量生产、走出国门提供了坚强材料保障。
2020年至今,第四次技术创新正在如火如荼的展开,并取得了显著进展。
近年来,随着高新装备及科学技术的不断发展,光电探测专业国际科技前沿日新月异。为赶超国外先进水平,推动我国微光夜视技术跨代提升,总院防光晕玻璃团队再一次踏上新的征程。
新的研发方向是一条崭新的道路,充满了未知。当时,玻纤院有一个小团队探索了一年多时间,始终没有取得实质性进展。
2020年6月,时任玻纤院院长的贾金升同志又一次找到了郑京明“喝茶”,让他牵头组织技术攻关,承诺“要条件给条件、要人给人”,并克服重重困难,投资3000余万元对生产线进行了升级改造,购置了多台高精尖设备。
郑京明带领攻关团队夜以继日的攻关,常常是白天分组实验,晚上开会研讨到深夜。经过两个多月的艰难攻关,终于制备出两个样品,郑京明“如获至宝”。
第二天一早他带着1片样品,和团队成员吕学良、杨金慧驱车前往天津进行测试表征。在测试过程中,杨金慧一不小心把样品弄碎了。作为一名刚参加工作几个月的新员工,她当时就懊恼地哭了起来。郑京明一边安慰她,一边联系团队其他成员,赶紧把另1片样品送来。最后,经过测试,样品完全合格。
随后,攻关团队一鼓作气,又先后试制了十几片样品,经用户单位考核验证,均达到了指标要求。
凭借着这样一股团结协作、勇于拼搏、甘于奉献的精神,攻关团队仅用时三个月便完成了新产品的开发,为我国微光夜视技术的跨代赶超奠定了坚实基础。
在防光晕玻璃攻关团队荣获中国建材集团“微光战士”青春品牌的宣讲会上,杨金慧动情地说“在防光晕玻璃的团队,虽然很辛苦,但是大家相处非常融洽,工作很开心。每次技术攻关取得了一点进步,郑师傅都会自掏腰包请我们吃点好吃的,犒劳我们。那段时间,累并快乐着,是我一生中最难忘的记忆。”
2021年12月,面对新一轮科技革命和产业革命,新的应用场景和应用需求持续增长,为进一步发展壮大防光晕玻璃产业发展、巩固产业链安全,中国建材总院在山东省枣庄市注册成立了中建材光子科技有限公司,并投资4.6亿元建设更高水平的防光晕玻璃研发制造平台,加快推动该材料产业化,培育新质生产力。
“中建材光子材料产业园项目集成了中国建材总院三十余年在防光晕玻璃研发制造上的技术积累,特别是近五年的最新创新成果,同时在信息化、智能化、数字化等方面开展了很多创新性工作,相信防光晕玻璃的产业会越来越好。”中建材光子科技有限公司总经理张洋说。
“宝剑锋从磨砺出、梅花香自苦寒来”。中国建材总院防光晕玻璃团队三十年磨一剑,于2024年成功入选工信部第八批“单项冠军”产品。三十年攻坚克难中,也铸就了一只心系“国之大者”、打造“国之大材”的优秀团队。如今团队已有三十余人,硕博超过20人。如今61岁的郑京明依然奋斗在防光晕玻璃科研生产一线,他本人也荣获了第十四届全国技术能手、国务院政府特殊津贴专家,入选国资委“大国工匠”培养计划。他本人也在不遗余力地培养年轻人,他的徒弟已先后有4人荣获国务院政府特殊津贴专家,并走上了总院玻璃基功能材料专业方向重要的领导岗位和技术岗位。
“防光晕玻璃是总院多年来玻璃基功能材料科技成果产业化的一个缩影,未来在微光夜视、紫外探测、高能物理、信息显示、智能穿戴等领域将发挥越来越重要的作用。”谈起未来发展,贾金升表示,“我们将始终秉承‘材料创造美好世界’的企业使命,积极推动防光晕玻璃等玻璃功能材料的研发和产业化,培育和发展新质生产力,用材料创造美好生活。”