中国建材联合会

1、中国建材联合会提名2018年国家技术发明奖项目公示内容项目名称大尺寸、高均匀、近净成型红外玻璃工程化制备成套技术与典型应用推荐单位中国建筑材料联合会通讯地址北京市海淀区三里河路11号邮政编码100831联 系 人罗宁联系电子邮箱jclhhkjb传 名单位（专家）意见我单位与主要完成人及完成单位充分沟通，填写项目提名书并认真审阅了附件，确认全部材料真实有效，填写内容符合国家奖励办规定，并已按照要求进行公示。红外玻璃具有光学均匀性好、折射率温度系数低、理化性能稳定等特点，是红外光电系统用关键材料。我国原有红外玻璃工程化制备技术严重落后于世界领

2、先水平，相关技术及材料的缺失已成为我国国防重点型号及新一代红外光电系统研发和装备的瓶颈。该项目历经十年研发，攻克了大尺寸、高均匀、近净成型红外玻璃工程化制备成套技术，发明了红外玻璃真空负压熔制、气体正压熔制、高温近净成型等技术及设备。项目已获授权专利19件，其中国际发明专利1件，发表论文15篇，制定国家军用标准2项。项目整体技术已实现成果转化应用超过三年，建成年产中波红外玻璃15吨、长波红外硫系玻璃20吨的生产线。开发的红外光窗、整流罩、透镜等产品性能达到国际领先水平，已在光电探测、热成像等国防重点工程型号及红外技术领域批量应用，项目实现了关键红外材料的国产化，满足了型号配套以及重要民生领域的

3、应用需求。近3年直接与间接经济效益约为3300万元和6.4亿元，经济效益明显。该项目成果打破了国外技术封锁，丰富了玻璃科学理论与制备工艺，为相关领域发展提供了新思路、新技术、新装备，推动了特种玻璃行业技术进步，社会效益显著。获得建材行业技术发明一等奖1项、国防科技进步二等奖1项。提名该项目为国家技术发明奖二等奖。项目简介该项目属无机非金属材料领域，涉及光电红外玻璃材料制备技术与应用。红外技术可以通过对物体辐射红外信号的捕捉和分析，实现对目标的探测、成像和识别，近年来，红外技术已经从单纯的军事应用扩展到航空航天、机械制造、安防监控、遥感探测等国民经济的多个领域。红外材料作为红外光电系统用关键材料

4、，直接影响着仪器和设备的性能水平。随着新型红外光电系统光、机、电综合性能的提高，异形、大尺寸、高均匀及低成本工程化制造成为红外材料的发展方向和研究热点。红外玻璃具有光学均匀性好、折射率温度系数低、理化性能稳定等特点，与晶体、透明陶瓷等红外材料相比，在异形、大尺寸、低成本制备方面优势明显。但是，红外玻璃制备具有很强的工艺特殊性，玻璃组分稳定性难以控制，熔制过程极易受到羟基等环境因素影响，制品成型易产生析晶、氧化等缺陷，其熔制与成型技术一直是红外玻璃制备的核心关键技术。国内红外玻璃工程化制备技术严重落后于世界领先水平，因红外技术的军事敏感性，欧美、俄罗斯等领先国家均对我国实行相关制备技术封锁，大尺

5、寸中波红外玻璃球罩（150mm口径以上）、高均匀硫系玻璃（光学均匀性优于1×10-4）等高端产品对我禁运，直接影响国内高性能光电红外玻璃及器件的研发和应用，成为我国多光谱光电探测、无热化红外热成像等新一代红外光电系统研发和装备的瓶颈，严重制约我国红外技术发展和装备水平。受国防现代化、高技术领域发展与市场需求的牵引，该项目历经十年研发，攻克了大尺寸、高均匀、近净成型红外玻璃工程化制备成套技术，依重要程度，主要发明点如下：（1）揭示了中波红外氧化物玻璃中羟基的结构特征、结合状态与红外吸收的相关性及影响规律，发明了真空负压熔制技术及相关设备，羟基含量降至10ppm以下，3m附近红外透过率8

6、5%，实现了250mm以上球罩和400×400mm光窗等高均匀中波红外氧化物玻璃的工程化制备。（2）系统研究了熔制压力和气氛对长波红外硫系玻璃组成一致性和纯度的影响，发明了气体正压熔制技术及相关设备，玻璃均匀性达到3.45×10-5，为工程化制备长波红外硫系玻璃提供了技术支撑。（3）基于红外玻璃粘温特性、析晶动力学和成型工艺的相关性研究，发明了中波红外氧化物玻璃旋压成型技术、长波红外硫系玻璃气氛保护漏料成型技术，实现了大尺寸、高均匀红外玻璃制品的高温近净成形。该项目从应用技术研究、装备开发到产品应用，共完成国家及省部级项目8项，制定国家军用标准2项，成果全部转化，建成年产中

7、波红外氧化物玻璃15吨、长波红外硫系玻璃20吨的生产线。开发的红外光窗、整流罩、透镜等产品在光电探测、热成像等红外技术领域及国家重点工程型号批量应用，经专家鉴定达到国际领先水平。相关成果获授权国际专利1件、国家发明专利17件、国防专利1件，发表论文15篇，获得建筑材料科学技术发明一等奖1项、国防科技进步二等奖1项。客观评价1、国内外同类产品比较该项目的研发成功，实现了氧化物中波红外玻璃、硫系长波红外玻璃的工程化制备，研发的红外玻璃性能达到国际同类产品先进水平，详见表5、表6。表5 氧化物中波红外玻璃与国际同类产品性能综合比较性 能 指 标该项目俄罗斯TCM-209美国BGG玻璃玻璃系统组成Al

8、2O3-CaO-BaOAl2O3-CaO-BaOBaO-Ga2O3-GeO2透过率(%) 2.9m（d=2mm） 4.0m85.6481.2482.1085.7784.3085折射率（ND）1.688601.686451.74软化温度（）837780789维氏硬度（kg/mm2）730.0722.2435球罩规格（mm）250250250表6 Ge28Sb12Se60硫系长波红外玻璃与国际同类产品性能综合比较性 能 指 标该项目美国AMTIR-3德国IG5平均透过率812µm65%65%61%抗弯强度（MPa）26 25 18努氏硬度（GPa）1.301.47 1.13转变温度Tg（

9、）287278285参考折射率10µm2.60262.60272.6038折射率温度系数+91×10-6 /K+91×10-6 /K+60.4×10-6 /K光学均匀性3.45×10-54×10-51×10-42、红外玻璃性能检验测试报告（1）国家安全玻璃及石英玻璃质量监督检验中心测试报告（透过率）：中波铝酸钙红外玻璃：84.30%0.4m，88.05%1.06m，87.12%3.7m，76.03%4.8m；硫系长波红外玻璃：66.7%8.0m，65.1%12.0m。（2）西安应用光学研究所光学校准检测实验室测试报告（折射率

10、）：中波红外玻璃折射率(平均值)：ND=1.68862，N3.7=1.63540，N4.2=1.62491；硫系长波红外玻璃折射率(平均值)：N8.0=2.6093，N12.0=2.5935。（3）江苏省先进激光材料与器件重点实验室检验报告（折射率温度系数）：硫系长波红外玻璃N/t(10.6m)：+91×10-6/K（20-100）。（4）国家安全玻璃及石英玻璃质量监督检验中心测试报告：中波铝酸钙红外玻璃硬度：730.0kg/mm2； （5）国家建筑材料测试中心检验报告：硫系玻璃硬度：1.30GPa； （6）昆明北方红外技术股份有限公司检测报告：Ge28Sb12Se60硫系玻璃光学均

11、匀性：3.45×10-5。3、项目鉴定、验收意见（1）项目编号J×××-115-×38：“成功解决了异形大尺寸整流罩等红外玻璃制品的成形难题。该玻璃具有宽光谱高透明性较高的机械强度和表面硬度，是制造整流罩等大尺寸共孔径红外透过窗口的理想材料该材料与进口同类产品水平相当。” （2） 项目编号J×××-115-×-×86：“突破了铝酸钙玻璃组成设计与优化技术、红外玻璃真空熔制技术、异形大尺寸玻璃整流罩成型和光学加工技术，在国内首次制备出大尺寸铝酸钙玻璃材料及球形整流罩，成果具有重大创新性；整流罩整体

12、性能达到国际同类产品先进水平，实现了大尺寸光电雷达整流罩的国产化，填补了国内空白。”（3） 项目编号J×××-125-×-×98：“研究突破了硫系玻璃原料纯化、高均匀硫系玻璃的气氛保护熔制设备设计及熔制工艺、大尺寸硫系玻璃的成型等关键技术，解决了大尺寸硫系玻璃结构均匀性和性能一致性控制的难题满足我国非制冷长波红外××热成像仪的配套需求。” 4、中国建材联合会、中国硅酸盐学会专家组现场考察综合意见“在红外玻璃组分、熔制、成型及光学加工等技术和设备方面具有原创性和自主知识产权，为高性能红外玻璃的制备提供了新工艺；关于真空状态下的

13、离子价态、结构缺陷以及真空澄清等内容的研究，对特种玻璃的制备具有重要借鉴作用，推动了特种玻璃科学技术进步。”5、应用评价（1）中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所：“2008年开始使用红外玻璃整流罩，用于×××、×××等型号机载光电雷达系统。国产红外整流罩的各项技术指标达到国际同类产品先进水平，填补了国内空白，结束了新型光电系统对大尺寸红外整流罩的进口依赖，满足了型号配套需求。（2）中国人民解放军第5311工厂：“2010年开始采购CAB红外玻璃整流罩，用于×××等型号光电雷达系统的维修和更换，性能指标

14、能够满足技术规范要求，达到进口产品水平。实际装机使用情况良好提高了我国重点机型的维修保障能力。” （3）洛阳平光创辉光电科技有限公司：“2015年开始使用硫系玻璃、Ga2O3-CaO-BaO玻璃窗口和头罩，用于×××非制冷红外镜头和×××热成像系统。产品批次稳定性、可加工性能、光学均匀性等达到国际领先水平大尺寸硫系玻璃产品打破了国外市场封锁，满足重点型号配套急需。（4）昆明全波红外科技有限公司：“2015年开始使用硫系玻璃系列产品，用于车载、安防监控等领域用非制冷红外成像光学镜头。产品综合性能与进口产品水平相当，具有批次性能稳定、可加

15、工性能优良、光学均匀性好等特点。6、科技奖励（1）2014年1月，“多光谱透过铝酸钙红外玻璃成套制备技术及大尺寸整流罩典型应用”项目获得建筑材料科学技术发明一等奖。（2）2013年12月，“大尺寸钙铝玻璃材料及球形整流罩研制”项目获得工业和信息化部颁发的国防科学技术进步二等奖。推广应用情况1推广应用情况该项目成套技术已全部转化，创建了中波、长波红外玻璃的研发平台，建成年产中波红外玻璃15吨、硫系玻璃20吨的生产线，拥有完备的质量控制和保障体系，已向用户稳定提供红外玻璃光窗、整流罩、透镜等产品5年以上，其中250mm整流罩、200×200mm硫系玻璃为国内唯一供货单位。产品替代进口，应

16、用于光电雷达、红外吊舱、无热化夜视成像等多种光电红外系统，典型产品见下图。该项目取得的技术成果还成功应用于其他特种玻璃和专用设备的生产和制造，“真空负压熔制技术”用于透紫外玻璃、高性能硼硅玻璃的制备；“气体正压熔制技术”在SiO2-B2O3-Ta205-ZrO2系统特殊色散玻璃熔制工艺中得以推广应用；“中频感应加热熔化炉设计”已被气氛控制熔化炉生产厂商采用。 光电红外玻璃产品实物照片近三年，该项目完成单位新增销售额约3300万元、新增利润900余万元；应用单位新增销售额约6.4亿元、新增利润4000余万元。主要应用单位及应用情况见下表。主要应用单位及应用情况应用单位名称应用技术应用起止时间应用

17、单位联系人/电话应用情况中国建筑材料科学研究总院整体技术2007年3月至今祖成波红外玻璃长波红外玻璃中航洛阳电光设备研究所中波红外玻璃2008年1月至今胡海型机载光电雷达系统中国人民解放军第5311工厂中波红外玻璃2010年2月至今李化型号光电雷达系统北京霞文光学材料有限责任公司中波红外玻璃长波红外玻璃2014年10月至今王 波红外玻璃光窗、红外导引头罩洛阳平光创辉光电科技有限公司中波红外玻璃长波红外玻璃2015年10月至今李贝制冷红外镜头热成像系统河

18、北长红光电科技有限公司硫系玻璃2016年10月至今李清热化红外成像镜头昆明全波红外光电科技有限公司硫系玻璃2015年1月至今金有载、安防监控用非制冷红外成像光学系统南京华百通电子材料有限公司真空熔制技术2012年3月至今陆景紫玻璃熔制与成型文安科瑞玻璃制品有限公司气体正压熔制技术2012年9月至今李性能硼硅玻璃熔制宜兴市万石镇万昌电炉变压器厂中频感应加热熔化炉设计2011年7月至今陆伯氛控制熔化炉主要知识产权目录知识产权类别知识产权具体名称国家(地区)授权号授权

19、日期证书编号权利人发明人发明专利有效状态国防专利一种大尺寸铝酸钙玻璃的真空熔制方法中 国ZL201110012057.X2014年1月22日20771 中国建筑材料科学研究总院赵慧峰、祖成奎、韩滨、刘永华、陈江、金扬利、王衍行、赵华有效发明专利一种Ge-Sb-Se系统红外玻璃的制备方法及设备中 国ZL201310160825.52015年11月4日1833258 中国建筑材料科学研究总院刘永华、祖成奎、赵华、王衍行、韩滨、陈江、赵慧峰、金扬利有效发明专利一种玻璃制品旋压成型装置中 国ZL201410073388.82016年1月6日3720448 中国建筑材料科学研究总院祖成奎、赵慧峰、韩滨、

20、刘永华、陈江、王衍行、金扬利、王琪、赵华、张瑞有效发明专利Vacuum Melting Furnace For Infrared Glass And Melting System And Method Thereof美 国US 9302927B22016年4月5日US009302927B2中国建筑材料科学研究总院赵慧峰、祖成奎、韩滨、刘永华、陈江、王衍行、金扬利、赵华有效发明专利一种红外玻璃的真空熔化炉以及熔制系统和方法中 国ZL201410106152.x2017年03月8日2406349号中国建筑材料科学研究总院赵慧峰、祖成奎、韩滨、刘永华、陈江、王衍行、金扬利、赵华有效发明专利硫系玻璃制

21、备方法以及制备装置中 国ZL201410853192.02017年10月20日2662788 中国建筑材料科学研究总院赵华、刘永华、祖成奎、韩滨、陈江、赵慧峰、王衍行、金扬利、何坤有效发明专利一种铝酸盐玻璃及其制备方法与应用中 国ZL201210054267.X2014年4月2日1372677 中国建筑材料科学研究总院祖成奎、赵慧峰、王衍行、陈江、韩滨有效发明专利制备硫系红外玻璃材料的设备以及其工艺方法中 国ZL201410443219.92016年8月17日2169311 中国建筑材料科学研究总院刘永华、赵华、祖成奎、王琪、韩滨、赵慧峰、王衍行、陈江、金扬利有效发明专利一种制备高纯红外硫系玻

22、璃的纯化方法及装置中 国ZL201310192398.92015年12月9日1875473 中国建筑材料科学研究总院赵华、祖成奎、刘永华、韩滨、陈江、赵慧峰、金扬利、王衍行、何坤有效发明专利旋压法玻璃制品成型装置和成型方法中 国ZL200910236859.12012年10月24日1066235 中国建筑材料科学研究总院祖成奎、赵慧峰、韩滨、陈江、刘永华有效主要完成人情况姓名排名行政职务技术职称工作单位对本项目贡献祖成奎1副院长教授级高工中国建筑材料科学研究总院项目负责人。负责项目研制计划、技术方案的组织和实施。提出真空熔制思路，主持研发真空负压熔制技术与设备（发明点1）；提出红外玻璃高温近净

23、成型思路，发明了旋压成型设备（发明点3）；主持研发气体正压熔制技术与设备（发明点2）。3项发明专利的第1发明人，5项发明专利的第2发明人。 赵慧峰2/教授级高工中国建筑材料科学研究总院项目主要完成人。负责真空负压熔制工艺研究，发明了真空感应熔化炉及配套设备（发明点1）；设计了旋压成型设备，对大尺寸、高均匀氧化物中波红外玻璃高温近净成型工艺作出重要贡献（发明点3）；参加气体正压熔制技术与设备研发工作（发明点2）。3项发明专利的第1发明人，3项发明专利的第2发明人。 刘永华3/教授级高工中国建筑材料科学研究总院项目主要完成人。提出气体正压熔制思路，负责硫系长波红外玻璃气体正压熔制技术与设备研发（发

24、明点2）；发明了气氛保护成型技术及设备（发明点3）；参加真空负压熔制技术与设备研发工作（发明点1）。2项发明专利的第1发明人，1项发明专利第2发明人。韩滨4所长院长助理教授级高工中国建筑材料科学研究总院项目主要完成人。负责旋压成型技术与设备研发，完成旋压成型机构设计与工艺参数制定（发明点3）；共同发明了真空负压熔制设备（发明点1）；参加气体正压熔制技术与设备研发工作（发明点2）。3项发明专利的第3发明人。王衍行5副所长教授级高工中国建筑材料科学研究总院项目主要完成人。完成了铝酸盐、锗酸盐和镓酸盐玻璃“组成-制备-性能”相关性研究，共同发明了氧化物中波红外玻璃真空负压熔制技术和旋压成型技术（发明点1、3）；参加气体正压熔制技术与设备研发工作（发明点2）。1项发明专利的第2发明人，2项发明专