膜力(为玻璃添“膜力”——“浮法在线氧化物系列功能薄膜高效制备成套技术及应用”创新纪实)

上世纪80年代中期，北京长城饭店主体工程建成后，那流光溢彩的镜面玻璃幕墙令人耳目一新，赞叹不已。

这是业界公认的我国第一栋应用玻璃幕墙的建筑，利用外资建造的高级饭店，运用了很多国外的新型建筑材料和建筑技术。它用的玻璃也被传得神乎其神，“像镜子一样”，又隔热、保温，令人称奇。

那时，武汉建材学院（现名武汉理工大学）玻璃工艺专业毕业生刘起英还是职场新人，被分配到秦皇岛玻璃工业研究设计院（以下简称秦皇岛院）工作才3年左右。

听说了长城饭店的“神奇”玻璃，她也慕名跑到北京，找到长城饭店的一位经理。

“从比利时进口，400多块钱一平方米，在当时是天文数字。”刘起英说。后来她从那位经理那儿好不容易要来一块破损的玻璃，很珍贵地拿回了秦皇岛。

其实，长城饭店当时使用的就是银色的在线阳光控制镀膜玻璃，属于在线镀膜玻璃的一种。

在长城饭店讨要破损玻璃的刘起英，如今已年过花甲。现任中国玻璃控股有限公司（以下简称中玻控股）生产技术部总工程师，相继研发出在线Low-E镀膜玻璃、在线Sun-E?节能镀膜玻璃（水晶灰VP70系列/VP60系列、水晶蓝）、在线Sun-R节能镀膜玻璃等特色产品，累计生产功能镀膜玻璃超过2亿平方米，在国内同类在线镀膜玻璃产品市场占有率超60%。

2021年11月3日，2020年度国家科学技术奖励大会在北京人民大会堂召开，由中玻控股研发中心——威海中玻新材料技术研发公司与浙江大学合作研发的“浮法在线氧化物系列功能薄膜高效制备成套技术及应用”项目喜获国家技术发明奖二等奖。

像当天获奖的很多科研工作者一样，刘起英手捧获奖证书在人民大会堂前拍了很多照片。专注浮法玻璃表面改性研究、为玻璃添“膜力”的她，拿到的是我国浮法玻璃行业的第三次国家技术发明奖。

项目主要完成人的名单上，还有浙江大学韩高荣、刘涌、汪建勋，威海中玻新材料技术研发有限公司刘军波、孔繁华。

始于秦皇岛

很多玻璃行业人士得知上述浮法在线镀膜玻璃项目获奖的消息，都为这个团队感到高兴。

“他们做这个很多年了。”一位长期研究玻璃行业的专家向《中国建材报》记者表示。

事实上，如果从1982年毕业时算起，刘起英钻研在线镀膜玻璃已近40年。

进入秦皇岛院工作时，设计院正在承担国家“六五”、“七五”科技攻关项目——电浮法镀膜玻璃的试制。这是中国最早的在线镀膜玻璃研究，刘起英被分配到课题组，成为主研人员。

“这项研究的目的是通过对浮法玻璃表面改性，获得多彩色镀膜玻璃。”刘起英认为，最初的研究为后来获奖项目奠定了基础。

“电浮法镀膜玻璃”的镀膜原理，是在浮法玻璃生产线锡槽内，利用横跨锡槽的有色金属电极靶与低熔点金属形成合金体，在电场的作用下，电离后的离子渗透到玻璃网络结构空隙中，形成50微米厚的金属富集层，从而呈现颜色并对太阳光热有一定的反射，产品被称为电浮法玻璃。

经过秦皇岛院研究人员10余年的努力，电浮法玻璃的实验室研究和中间试验研制终于完成，并在洛阳玻璃厂、通辽玻璃厂的浮法玻璃生产线上成功生产出茶色与灰绿两种颜色的电浮法玻璃。

这是中国最早的在线阳光控制镀膜玻璃，填补了我国浮法在线热反射玻璃的空白，开创了我国浮法在线镀膜玻璃研究的先河。这项1985年获建材行业优秀科技成果三等奖。

1996年至2001年，刘起英主持第一个研究课题——将电浮法玻璃的制备技术与化学气相沉积镀膜技术（简称CVD镀膜技术）相结合，取长补短。电浮法玻璃的离子渗透着色匹配于CVD的碳化硅结构的稳定和适中反射的膜层，开发色彩多样化、对近红外太阳辐射热反射的在线阳光控制镀膜玻璃。

图为刘起英（左三）与同事一起查看生产线上的玻璃

“这个课题的主要难点是要解决离子渗透着色层的稳定性，大面积反射均匀性和膜之间的匹配协调等问题。”后来，刘起英带领团队成功研发出颜色为柔绿、柔蓝、金色的在线阳光控制镀膜玻璃。

结缘于威海

秦皇岛院作为研究、设计机构，它的很多研究成果、技术都需要与生产企业合作，将成果在生产线试验、调试，最终实现量产。

上世纪90年代中期，地处山东半岛最东端的威海市，一家陷入困境的玻璃厂急需找到新技术、新产品。

始建于1965年的威海蓝星玻璃有限公司（以下简称蓝星玻璃），1995年建成省内第一条日产300吨浮法玻璃生产线，玻璃产量比过去增加一倍多。然而生不逢时，新生产线投产，正赶上国家压缩基建投资规模，全国玻璃行业低价竞销愈演愈烈，蓝星玻璃岌岌可危。

为了找到新技术，摆脱普通玻璃的低价竞争困局，蓝星玻璃踏上了产学研相结合的道路，公司负责人遍访研究机构、高校。秦皇岛院、浙江大学等机构，就在那时与蓝星玻璃建立了良好的合作关系。

“秦皇岛院的在线镀膜技术在威海蓝星玻璃生产线应用实施，获得市场喜爱，我跟威海也结了缘。”刘起英说。可以说，这个团队研发工作的起始点就是在威海，试验线和生产线都在那里。

在与蓝星玻璃合作期间，刘起英还潜心研究玻璃本体着色技术和CVD镀膜技术复合，制造彩色阳光控制镀膜玻璃，成为蓝星玻璃的特色技术与产品。

在同行业厂家还在为无色玻璃的销路奔忙之时，蓝星玻璃于1996将彩色玻璃产品投放市场。自然绿色吸热玻璃受到市场追捧与喜爱，“威海绿”风靡一时。

刘起英带领团队成功开发了多种具有鲜明特色的颜色玻璃配方和快速换料专有技术，通过控制着色剂的梯度给料、熔窑温度分布、气氛和压力、拉引量调节能手段，实现了对玻璃颜色的精准把握和颜色转换的高效率，运用这些专有技术主持完成了32条玻璃生产线的颜色转换工作。

自然绿、金黄、古典灰、现代灰、蓝星灰、古典绿、青玉绿、福特蓝、海洋蓝、蒙古蓝、E绿等知名颜色玻璃品种相继推出。刘起英团队还率先提出将生产工艺控制与过量掺混系数优化设计的理念，颜色互换过渡期短、玻璃生产损失少，技术居行业领先水平。

为共同把在线镀膜技术发扬光大，做深做强，2001年，刘起英带领团队14名长期从事浮法在线镀膜技术研究的教授和高级工程师，与蓝星玻璃、浙江大学共同组建了产学研一体化的高新技术企业———浙江大学蓝星新材料技术有限公司，专门从事浮法在线镀膜技术及玻璃新产品开发的研究。

刘起英任该公司技术总监，主管研发工作，由此开启了新征程。

锁定在线Low-E

新公司成立之前，无论是蓝星玻璃负责人，还是刘起英及浙江大学教授韩高荣等人，其实都已将目标锁定在线Low-E玻璃（低辐射镀膜玻璃）技术开发。

镀膜是对玻璃表面进行改性处理、赋予其特殊功能的方法。玻璃镀膜分为在线和离线两大类。离线镀膜是对玻璃进行二次加工，多数采用真空镀膜；在线镀膜是指在连续生产的浮法玻璃生产线上以高温、洁净、快速拉引的玻璃带为载体，通过化学反应镀膜，对玻璃表面进行改性处理，赋予其特殊的光学、电学、热学、力学或化学等特殊功能的工艺过程。

“Low-E玻璃兼顾节能与采光，是国际公认节能性能最好的节能玻璃产品。”刘起英回忆说，上世纪90年代末，我国还没有自主知识产权的Low-E玻璃生产技术和设备，引进的离线磁控真空溅射镀低辐射膜，虽然具有色彩丰富、品种调整灵活等特点，但是银层易氧化变质失去低辐射功能，还存在储存期短、热加工受限等问题。

而在线Low-E玻璃不仅节能效果与离线Low-E接近，同时还具有与建筑同寿命的优势。

上世纪80年代，仅PPG、Pilkington两家公司拥有在线Low-E玻璃相关技术。但他们在对我国技术封锁的同时，将方法、工艺配方和装置等申请专利几十项，试图长期垄断中国市场。

“市场售价很高，老百姓用不起。”刘起英说。

2001年，在国家“863”计划项目的支持下，“复合功能薄膜的浮法在线制备技术及新型节能镀膜玻璃开发”立项。

在线Low-E玻璃的研发是一个系统工程，也是一个平台建设的过程，是材料与工程技术的结合。难度大、集成度高、创新性极强，要解决的技术难题很多，比如大面积均匀性、稳定的镀膜环境、性能的匹配、建筑应用视觉舒适性、装备的热结构稳定性等。

“镀膜温度是700℃的高温环境，所以温度场、压力场、密度场对在线镀膜非常重要，需要调整，这些在当时都是巨大挑战。”刘起英坦言。

他们选择能与中国“洛阳浮法”工艺相兼容的化学气相沉积方法，物理、化学稳定性好的氧化物薄膜材料，围绕浮法在线镀膜技术开展相关基础研究和技术开发工作。

他们采用的是与国外完全不同的技术路线：国外技术生产在线Low-E是在浮法生产线的锡槽内制备的，为规避专利且产品性能达到国际先进水平，获得完全自主知识产权成套技术，刘起英团队提出在浮法玻璃生产线的退火窑内实施同类技术的创新思维。

从事浮法玻璃行业的人都知道，退火窑是将玻璃带的温度从600摄氏度降到80摄氏度左右，是与大气相通的热工设备。退火窑与锡槽出口连接，镀膜区会受顺向与逆向及退火窑横向温差产生的多重气流干扰，气流场非常不稳定，所以一般认为退火窑是不适合作为镀膜区的。

刘起英带领研发团队发明了退火窑在线镀膜环境成套调节装置，达到隔离和疏导外界气流的目的，从而为镀膜玻璃生产创造了稳定的环境。

从1厘米到4米

产学研协同开发，始终贯穿这一项目。

“取长补短，利用高校在基础理论、人才、检验设备等方面的优势。我们团队的长处就是把成果转化为生产力，这么多年一直是以这种方式来合作的。”提及与浙江大学等高校的合作，刘起英认为，产学研有效配合，是项目最终能取得成功的关键。

“实验室里刚开始做出来的是宽度1厘米的实验品，我们要把它变成整板宽4米的产品。”从1厘米到4米的这段路，这个团队整整走了12年。

在线Low-E玻璃从实验室到产业化，做成能够大规模生产的产品，最难的是保证镀膜玻璃产品的大面积均匀性。

“人眼对色差和缺陷的感知能力是很强的，有时候仪器检不出来，人能看得出来。如果有色差，大面积产品会放大这种缺陷。另外，要保证它的节能指标如可见光透射比、可见光反射比、辐射率等，在每一个点都是均匀的。”刘起英解释。

2002年年底，在线Low-E玻璃在蓝星玻璃车间里首次自主研发成功。2004年9月，蓝星玻璃建成的以生产在线镀膜低辐射玻璃为目标的生产线点火。

不过，这离大规模量产、市场认可还有很长的距离。

2005年，蓝星玻璃在线Low-E玻璃试产成功，产品投放市场。公司在上海高高兴兴开了个新产品发布会，回来后没多久大家却傻了眼：由于产品质量不稳定，玻璃存在条纹、大面积色差，客户投诉和索赔也随之而来。

有多少产品存在色差？为什么会出现色差？

为了找到答案，刘起英和时任蓝星玻璃主管生产的副总经理叶志会赶紧去成品库查看。默默地看着那些存在问题的大片玻璃产品，泪水挂满了刘起英的脸颊。

“整个人有种崩溃的感觉。”回忆起当时的心情，刘起英仍会眼泛泪花。

浮法在线CVD膜层看似平整光滑，实际蕴含精细的微结构。在700摄氏度的高温下，镀膜宽度超过4米，需要在几秒钟的时间里快速生长出厚度仅几十纳米的膜层，还要完全均匀一致，难度可想而知。

随随便便就成功，那是不可能的。刘起英冷静下来仔细思考，从源头上找原因，视觉色差是如何产生的？如何降低色差敏感度？玻璃表面镀膜的微观结构和光学参数是否达到要求？一一分析列举，把问题摆出来，引导大家一起分析，拿出解决方案，重新再上战场。

2005年12月3日，威海遭遇多年不遇的雪灾，降雪高度最深达1.62米。刘起英当时正在做在线Low-E试验，和很多同事一起被困在生产线。

“院子里堆的雪比我个子还高，生产线的门都推不开。”刘起英说，那时的道路交通条件不如现在，交通困难，厂区离市区又远，他们被困在生产线上四五天。外面的人进不来，里面的人出不去，只有大铲斗车能开出去。

饿了，他们就开着大铲斗车去附近镇里买点花生米之类的东西吃，食堂做点馒头，吃花生米就馒头坚持了下来。

困了、累了，大家就躺在车间里的包装纸上休息一会儿。因为是女同志，刘起英得到的优待是在质检室里铺上包装纸休息。

“那时真没觉得多苦，因为心中充满了希望。”刘起英总是乐观的。无论条件有多艰苦，她都尽力潜心集中精力做实验，摸索工艺参数。如今，翻看当年的实验记录、会议纪要，想起当年看着雪景，看着一款款新产品下线，竟成为一件难得的趣事。

稳定量产在东台

如果说我国的在线Low-E玻璃是在山东威海诞生，但真正实现稳定量产，则是在江苏东台，中玻控股旗下东台中玻特种玻璃有限公司（以下简称东台中玻）。

2006年，中玻控股收购陕西蓝星玻璃有限公司，2007年收购威海蓝星玻璃股份有限公司、乌海蓝星玻璃有限责任公司，并购浙江大学蓝星新材料技术有限公司。由此，浙江大学蓝星新材料技术有限公司成为中玻控股研发中心。

“我们研发团队要把技术转化为产品，转化为经济效益和社会效益，需要一个稳定的产业化平台。没有平台的支撑，所谓技术也就成了空中楼阁。”刘起英认为，加入中玻控股，是整个研发团队的幸事。

此后，刘起英带领研发团队开始转战威海、临沂、东台等多个中玻控股生产基地。针对在线Low-E产品在市场应用的质量问题，比如颜色稳定性等，与各基地紧密合作，同心合力，进一步升级攻关。

东台中玻现有两条600吨/天的浮法玻璃生产线，分别于2009年9月、2010年3月建成投产。为了扩大在线镀膜市场用量，提高竞争力，中玻控股在二线又布局了一条在线Low-E生产线，于2011年4月建成投产。

2011年4月12日，东台基地第一片在线Low-E玻璃下线。为了纪念这个特别的日子，刘起英和同事们一起在厂区种了两棵桂花树。如今，这两棵树已枝繁叶茂。每次去东台，她都会去看看它们，拍照留念。

“我们基地的人也都很爱护这两棵树，知道它的纪念意义，懂得它的分量。”东台中玻党总支书记、总经理何素贤说。

在东台中玻，实现了辐射率为0.16的在线Low-E产品的稳定生产，这个节能指标在当时也是世界领先的。2013年，东台中玻在线Low-E玻璃形成稳定的色系，真正实现稳定量产。

何素贤介绍，在东台中玻，研发团队还开发出在线Sun-E?节能镀膜玻璃水晶灰、水晶蓝、水晶黄等系列产品。公司近3年新增销售收入6亿多元，成为产品多样化、差异化经营实实在在的受益者。

市场是龙头

行业里，很多人都称刘起英为“大姐”，她也喜欢这样称呼自己。

作为在线Low-E玻璃技术开发团队的负责人、带头人，“大姐”能够聚集年龄层次不一的科学人才、工程师一起工作学习。

比如孔繁华。1987年大学毕业后进入秦皇岛院，是“大姐”的同事，后来一起下海，创办公司，一直与“大姐”合作，现在是威海中玻新材料技术研发公司副总经理。

比如浙江大学教授韩高荣。他标志性的长刘海，颇具艺术家风范，长期从事无机功能纳米材料与新型节能镀膜玻璃的基础研究和应用工程研究。

历经10余年产学研联合攻关，“浮法在线氧化物系列功能薄膜高效制备成套技术及应用”才形成了拥有自主知识产权的成套技术体系，发明了浮法玻璃在线镀低辐射膜的全新方法，包括设备、工艺、检测与控制等多项技术。

随着这些技术与产品的开发成功，突破了国外技术封锁，我国成为世界上少数拥有完全自主知识产权的浮法在线低辐射镀膜技术的国家，是世界在线Low-E玻璃三大技术之一，在国内唯一拥有该技术全套自主知识产权。

近些年来，这一项目的技术在中玻控股旗下威海、东台、临沂、咸阳等多个基地实施，累计生产功能镀膜玻璃超过2亿平方米，累计新增销售额30亿元，国内同类镀膜玻璃产品市场占有率超60%。

以镀膜玻璃平均节能30%进行计算，产品应用可节约标煤约320万吨/年，减排CO?约880万吨/年，促进了我国建筑节能重大战略的实施，对低碳经济作出了重要贡献。

“从立项开始经历了10多年，后续这些年还是不断遇到新的问题，不断解决改善，并在持续开发和提升。”刘起英表示，开发新产品很困难，要付出相当大的代价，要有一定的耐心和定力，不可能一蹴而就。

与纯粹的科研机构不同，企业所属研发中心开发一项技术和产品，要经得起市场考验，要保持市场应用的长期稳定性。

“要考虑性价比问题，要有成本考虑。”刘起英告诉《中国建材报》记者，在技术和品质方面，他们要抢占高地，比如在线Low-E玻璃，其核心指标是节能功效和使用寿命。目前，他们的产品辐射率已经做到0.13以下，可与离线Low-E玻璃匹敌，同时还保持在线镀膜玻璃与建筑同在的长寿命优势。

同时，他们还要考虑成本。为此，刘起英团队开发了在线镀膜主原料的回收技术。

“这个在设计镀膜原料的时候就有所考虑。”刘起英说，有机锡化合物很贵，而CVD的反应特点决定了只有25%镀膜原料参与镀膜反应有用，75%作为废气排放。对其进行回收，使原料利用率达到80%以上，既节省了成本，又减少了废气排放，实现绿色生产。

在刘起英看来，作为企业研发人员，首先要考虑市场需求。“对企业来说，市场是龙头，我们的技术开发要为市场所需，市场所用，才有价值。”在线镀膜是中玻控股的核心技术，也是拳头产品，有市场竞争力。研发人员也要与销售部门密切合作，及时分析反馈市场应用信息，进一步改进、提升产品。

多功能玻璃

毕业近40年来，刘起英一直在研究在线镀膜技术，为传统的玻璃赋予“膜力”。产品能为市场所用，为企业取得经济效益，提升企业核心竞争力，而且具有很好的节能功能，在行业里、社会上都得到了认可，她非常有成就感。

她带领的是国内唯一长期从事玻璃在线镀膜研究的团队。这些年来，刘起英还带领团队发明了晶面择优取向、雾度调控和夹层复合技术，开发出高稳定氟掺杂氧化锡（FTO）透明导电玻璃新产品。作为透明窗口材料，其具有高透光、低电阻的特征，产品可以用于冷冻、冷藏展示及储存等冷链产业展示橱窗用的防雾玻璃、保温玻璃、薄膜光伏电池、智能变色玻璃等。

中玻控股如今已成为国内领先的平板玻璃和最大的镀膜玻璃生产商，2014年，中国建材集团入主公司，成为公司股东，2016年成为公司第一大股东。强大的股东背景，为技术团队开展创新研发工作提供了更高更广阔的平台。

如今，他们要开发辐射率在0.1以下的低辐射镀膜玻璃，真正把它作为膜电极向更高领域延伸。这是刘起英给团队里很多年轻的“80后”“90后”提出的研发方向。

刘起英认为，作为一名合格的科研人员，首先要有创新的头脑，善于发散思维，但发散不等于天马行空，也是基于严肃的科学推理基础之上的；其次要有坚强的意志品质，能吃苦，坚持实事求是的精神，不能急功近利。

走在大街上，看到各种建筑，刘起英就会想起她做的玻璃；路过那些用了公司生产的玻璃的建筑，她更会多看几眼。这是发自内心的骄傲感。

作为中玻控股的特色技术，在线镀膜为玻璃赋予了保温、隔热、节能、导电等多种功能。

“通过在线镀膜，传统的浮法平板玻璃可以具有导电、隔热等功能，已经不再是简单的建筑采光围护材料。”在中玻控股总裁吕国看来，玻璃新材料是我国信息显示、新能源、核工业、生物医药、航空航天等战略性新兴产业的重要基础，对于我国社会经济发展具有重要的支撑作用。

“我们会继续坚持下去，研究多功能化、应用范围更广的镀膜玻璃产品，充分发挥在线镀膜玻璃易于加工应用，使用寿命长的优势，开拓更广的市场空间。”

这不仅是吕国的目标，也是研发团队的梦想。

中国建材报记者：刘秀枝

责编：丁涛

校对：张健

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