晶路漫漫 笃行致远——中材人工晶体研究院60年发展纪实

“薪火相传初心不改，踔厉奋发春华秋实。”2023年12月28日，中材人工晶体研究院举办简朴隆重的系列活动，庆祝建院60周年。中国建材集团党委书记、董事长周育先致信祝贺，中国建材总院副总经理、中材高新董事长李勇，人工晶体院党委书记、院长訾蓬分别致辞，4位科研带头人发布了各自在国际或国内领先的科研成果，向晶体院60华诞献礼。从80多岁的老专家，到20多岁的新员工，几代晶体院人欢聚一堂，与各界来宾共同纪念这一历史时刻。

60年前，人工晶体院的前身非金属矿研究所在北京东坝成立，专门从事人工合成晶体材料的研究与开发。60年来，一代代晶体院人薪火相传，开拓进取，在十分困难和艰苦的条件下，顽强拼搏，开拓创新，从参与我国第一颗人造金刚石研发起，相继创造了人工晶体材料领域多项“共和国第一”：第一块人造水晶、第一片云母单晶、第一颗锆宝石晶体、首创热锻卤化物晶体、国际上第一块采用熔剂法生长的倍频用磷酸氧钛钾（KTP）单晶、第一块直径1.5米以上微纳晶反射镜材料……先后获国家科技进步奖一等奖2项、二等奖5项、全国科学大会奖8项，为中国载人航天工程、探月工程、神光工程、EAST大科学装置、高分系列卫星、“墨子号”量子通信卫星等大国重器提供了关键材料支撑。

1964年，第一任所长张志远（前排右六）与大学生在非矿所办公大楼合影

筚路之行

非金属矿研究所成立后，国家下达的第一个人工晶体项目是合成云母，其后又列入了人造水晶和人造红宝石等项目。一批上世纪五六十年代新中国培养的大学生，在没有系统资料、没有经验、没有现成设备的情况下，开始了艰难的创业。他们从基础研究着手，自行设计制造设备，于1963年底用内热法试制出合成云母样品，1964年制出32c㎡云母片，用维纳尔法生长出了φ16mm×120mm的白、红宝石，水热法生长出了重达540g的压电水晶，在200吨材料试验机及“61型”两面顶年轮模具中合成出了人造金刚石。

晶体院研制发展了两面顶超高压高温合成高、中档金刚石成套装备和技术，设计研制了10MN、25MN、60MN合成金刚石专用压机以及具有自主知识产权的10MN和25MN级钢丝缠绕超高压模具。25MN两面顶合成金刚石成套装备和技术于1991年实现工业化生产，走出了全部采用国产原材料和国产装备合成高档金刚石的道路，打破了国外的技术垄断。

早在上世纪七八十年代，用两面顶装备先后研制成功φ3mm金刚石聚晶、2mm人造金刚石大单晶、φ10×1mm³金刚石高导热陶瓷，分别用于加工导弹外壳、大功率微波管和集成电路获得成功，受到国防科工委多次表彰；发明了焊接型合成金刚石聚晶复合体制造方法和直接合成微粉级金刚石方法。

晶体院是国内最早研究金刚石工具的单位之一，上世纪70年代全面开始锯、切、钻、铣、磨等工具的研制，1980年引进制作金刚石圆锯片的成套生长设备，带动了石材加工和其他加工工业的技术革命；先后研制成几十个品种、数百种规格的金刚石工具，推动了我国金刚石制品业的发展。金刚石及其制品共获6项专利、10项国家级新产品、部级以上科技进步奖15项。

作为我国最早研究CVD金刚石膜的单位之一，晶体院独立开发了热丝直流等离子体CVD金刚石膜生长方法，并在膜的切割、抛光、焊接等加工技术上形成系列成果，率先在国内实现产业化，进而制备出高质量透明金刚石膜，成功合成出平均粒度为100纳米、生长表面光洁度为Ra25nm的纳米金刚石膜。

晶体院还是国内最早系统研究合成云母的单位。1975年建成年产500吨合成云母晶块生产车间，1995年制出770c㎡合成云母片，为世界之最。内热法合成云母工业化技术及晶种法合成云母大单晶生长技术形成了具有自主知识产权的独一无二的科技成果。

我国第一片“合成云母”完成人王国方教授手捧云母留念，他曾获1978年全国科学大会表彰和“庆祝中华人民共和国成立70周年”纪念章

人造水晶是当今世界应用量最大的压电晶体材料。晶体院用自行设计的φ250mm高压釜于1977年长出11.8kg全国最大的水晶，在国内首次突破高Q值压电水晶、高均匀性光学水晶和低应力大尺寸水晶生长技术，成功应用于高精度谐振器、紫外分光光度计棱镜、雷达用声表面波延迟线等；成功研制“耐辐照宇航级水晶”，其纯度、Q值、包裹体、腐蚀隧道密度等技术指标实现新的突破，满足了军工、航空、航天的苛刻要求。

晶体院是国内最早研究红外材料的单位之一，成立之初即开始系列氟化物光学晶体的研制，为光学仪器提供透镜、棱镜、窗口等元件。70年代，随着我国红外制导武器的研制需求，晶体院开始研制中波红外透波热压多晶材料，如多晶氟化镁、硫化锌等，开发的产品在多个型号中得到应用，多年来一直是国内最主要的热压氟化镁产品供货单位。到80年代后期，在大尺寸长波红外透过材料硒化锌、硫化锌受西方国家对我国禁运及国内急需的情况下，晶体院开始攻关研制，采用自主设计的核心关键设备和独特的工艺技术路线，成功研制出光吸收系数低、透射比高、透过波段宽的ZnSe、ZnS材料。此后，根据国家需求，又相继开展了宽波段光学透过材料镁铝尖晶石透明陶瓷、AlON透明陶瓷、蓝宝石、磷化镓等红外材料的研制，为我国国防建设提供了关键材料支撑。

1983年，晶体院在国内首创离子晶体热锻技术，研制的热锻氟化钙和热锻碘化钠被广泛应用于环境监测、石油地质勘探、核医学、高能物理、安全检查以及国防工业等领域。

风骚独领

以中国工程院沈德忠院士领衔的磷酸氧钛钾（KTP）、铌酸钾（KN）、硼酸铯锂（CLBO）等非线性晶体的研制，取得了多项原创性科研成果，为保持我国在这一领域的世界前沿地位作出了卓越贡献。

KN晶体具有优异的非线性光学、光折变和压电性能，用于半导体激光倍频。沈德忠从1972年起，用了10余年时间采用独创的工艺技术，攻克了国外同行没有解决的KN晶体生长、极化等方面的一系列难关，解决了晶体带色、开裂、定向、极化等技术难题，制备出大尺寸、高光学质量的KN单畴晶体，并首次在国际上实现了掺铁KN晶体的室温自泵浦相位共轭效应，将KN晶体光折变响应时间加快到亚毫秒量级，为KN在光信息处理中获得应用创造了前提条件。

1983年起,沈德忠与其他科技人员合作，创造性地提出一种特殊的熔剂法生长KTP技术，成功地生长出大尺寸、高光学质量、低成本的KTP单晶，在国际上首次实现平均功率33W的绿光输出，打破了对我国的禁运。由于该技术能长出比水热法KTP大得多的单晶尺寸，特别是能获得大的Z切面，以致70年代就用水热法长出了KTP晶体的美国杜邦公司反而向晶体院订购大Z切面的KTP晶片，用于集成光学波导的研究。接着，他又研制出适用于高重复频率、高峰值功率激光系统电光调制的低电导率、高激光损伤阈值的电光KTP晶体，为激光技术的发展作出了重要贡献。

沈德忠院士还生长出用于激光核爆模拟驱动器谐波转换倍频晶体CLBO，实现Nd:YAG激光的二、三、四、五倍频激光输出，并可制成参量振荡器件和取代BBO用于固体紫外激光频率转换。由他带领的研究集体获得国家科技进步奖一等奖1项、二等奖1项，获发明专利4项。

三硼酸锂（LBO）是有“中国牌晶体”之称的优秀激光紫外倍频晶体，晶体院用顶部籽晶熔剂法生长出大尺寸、高光学质量的LBO单晶，并试制出φ0.5mm×15mm单晶纤维，研制出通光面积10mm×10mm军用倍频器，成功用于某型号激光致盲系统，该晶体生长技术具国际领先水平，获得1项国家科技进步奖一等奖和2项发明专利。

1983年，晶体院用高频冷坩埚法生长出熔点高达2750℃的氧化锆（ZrO2）宝石，用孤熔法制得用于超导基片的氧化镁（MgO）单晶（熔点2852℃）。相关技术分获国家科技进步奖二等奖和“首届北京发明展览会”金牌。

进入新世纪以来，晶体院着重开发了多种先进功能复合材料，采用高纯、超细的尖晶石粉末，通过压制、烧结工艺技术制备出可见光透过率大于80%的透明陶瓷，产品的光学性能达到国际先进水平。研制的高强度、可加工、高导热率的氮化铝基陶瓷复合材料，可用于制造捷联惯性系统的力矩器、高温绝缘件、耐高温及耐腐蚀结构件等。研制的超低膨胀微晶玻璃，解决了我国精确导航用激光陀螺仪、空间反射镜、天文望远镜等装备用关键材料的国产化。

求索奋进

推进技术研发的同时，人工晶体院从1971年开始科技成果转化，1972年建成金刚石工具、合成云母及制品两条中试线，人造水晶和氟化物两个中试车间，研制出数十种产品，解决了军工配套急需，并推广到其他工业应用领域。从1973年开始，晶体院创收每三年翻一番，到1978年已达228万元。

从1983年开始，根据市场需求，晶体院将原来以军品生产为主、民用品为辅的路子，逐步转变为军民结合、以民为主的轨道，1984年开始民用产品的销售值就超过了军工配套产品。在1980年国内首家引进金刚石圆锯片成套生产设备后，晶体院1984年引进金刚石复合片及刀头中试技术，1987年实施“金刚石工具新技术”项目，1989年“25MN压机建立年产200万克拉粗粒高强合成金刚石示范车间”列入“八五”技术攻关专项……这一系列措施，加快了产业化步伐。

根据1985年中共中央关于科技体制改革的决定，晶体院在原有办所方针的基础上，通过不同形式的经济承包制，加强创收和创汇工作，1987年全院小批量生产的产品有70种、400多个规格，产品出口到世界各地1500多家厂商，当年经济收入首次突破1000万元，1991年达2000万元，1993年成为首批100家具有进出口经营权的科研院所之一。

为进一步加速科技成果产业化进程，晶体院于1987年提出要快速发展成为“科技先导型企业集团”的目标，1990～1994年间向银行科技贷款近4000万元，在全国先后兴办了18家联营企业。与此同时，对外进行技术转让，计有熔铸合成云母、人造金刚石及工具、人造水晶、锆宝石等共25项，转让成果遍布10多个省市。因为没有把握住改革力度和节奏，负债过高，加之管理失控，效益下滑，改革遭遇重大挫折。

1995年以后，新一届领导班子从管理入手，针对联营厂多而分散、管理混乱的问题，进行整顿、收缩、加强，通过加大管理力度，向管理要效益，迅速止住了收入下滑，稳定了局面。在进一步转变观念的基础上，建立新的约束和激励机制，加强资金流、物流的管理，晶体院进入恢复性增长阶段。

后续几任领导班子持续努力，在继续深化改革、加强内部管理的同时，从盘活良性资产、调整产业结构、优化资源配置入手，大力发展规模化产业，建设了红外窗口材料、陀螺仪骨架材料、闪烁晶体材料、高品质人造水晶、非线性光学晶体、金刚石刀具、CVD金刚石膜、透明陶瓷、合成金刚石用触媒粉等多品种小批量生产线，形成上亿元年生产能力和数百万美元的年创汇能力。

花开双城

时代在发展，晶体院周边的环境也在改变，院外曾经的田园荒地已悄然变成了繁华的市区，继续在原址发展晶体相关产业不再具备可行性，“走出去”就成了必然选择。

经过充分的思想博弈，时任领导班子终于达成共识：走出北京，发展产业，拥抱市场，构建“一院一基地”发展格局。经过对廊坊、保定、唐山等地的反复比选，最终选定济南章丘，创立人工晶体院济南公司。

晶体院山东公司成立

济南是著名的泉城，以“三面荷花一面柳，一城山色半城湖”名闻天下，章丘区是拥有国家级实验室的山东大学龙山校区所在地，有着良好的晶体材料工业基础。跟业界领先的山大晶体所做邻居，可以更好地发挥各自优势，此举得到了中国建材集团和中材高新的大力支持。当地政府也热烈欢迎晶体院入驻，在区属的产业园免费提供了独立办公楼、标准厂房和科研、人才、仪器设备专用的配套资金，并组建人工晶体专业基金供项目导入孵化。

经过短短几年的建设发展，“一院一基地”格局初步形成，京城、泉城遥相呼应，呈现出旺盛的生命力。“一院”指在北京建设人工晶体材料及器件创新平台，致力解决人工晶体材料“卡脖子”关键任务，打造国家级科技孵化平台；“一基地”指在济南建设人工晶体材料及器件产业化基地和“专精特新”的“双创”基地，加快科技成果转化和应用，形成人工晶体产业链聚集。

晶体院规划搭建“研究院＋产业园区＋基金＋创业公司”四位一体发展路径，探索“内生增长＋并购重组”相结合的发展模式，聚焦优势学科和主业，以科技成果转化和市场需求为牵引，整合产业链上下游资源，打造“政产学研金服用”创新创业共同体。2020年被集团认定为双创培育基地，济南公司所在园区已落实7.5万平方米的物理空间，入驻上下游企业20余家，形成了产业链协同发展体系；晶体院双创按照“政府引导、市场运作、社会参与”的模式，由济南市政府引导设立了人工晶体产业基金一期5亿元；晶体院迁建项目被列入山东省2022年省重大准备类项目名单。

晶体院六十周年庆典

进入新时代，开启新征程。晶体院践行中国建材集团“材料创造美好世界”使命，不忘初心，聚焦晶体，砥砺前行，在并入中国建筑材料科学研究总院有限公司后，充分发挥总院科研优势，不断加大产研融合，紧紧围绕新一代信息技术产业、高端装备制造业重大需求，按照“应用一代、研发一代、储备一代”的思路，重点推动优势领域特种功能晶体新材料研发及关键战略晶体材料产业发展，持续推进“一院一基地”建设，强化创新创业，加快产业转型升级，增强人才队伍建设，努力做人工晶体技术引领者、产业孵化者和行业服务者，彰显中央企业服务国家经济担当，为我国人工晶体事业谱写更为绚丽的篇章。

60年栉风沐雨，60年春花秋实。正如晶体院党委书记、院长訾蓬在六十周年庆典致辞中讲到的，晶体人扎根科研、硕果累累，造就了以沈德忠院士为代表的一批具有国际和行业影响力的科技人才队伍，他们是晶体院得以传承发展的中流砥柱和最为宝贵的财富。展望未来，新一代晶体人将在中国建材集团、中国建材总院和中材高新党委的关怀支持下继承和发扬晶体人的拼搏精神，努力把人工晶体院建设成为国家倚重、行业尊重、员工自豪的一流企业。

天地一甲子，人间六十年。筚路求索忆往事，花开双城看今朝。

采编：《中国建材》杂志

本刊记者：侯伟华　特约通讯员：杨志奇

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《中国建材》杂志始创于1957年，是由中国建筑材料联合会主管主办的、建材行业唯一国内外公开发行的国家级综合性月刊，中文核心期刊、中国期刊方阵双效期刊，大16开本，彩色精印，每月初出版。

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