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最美建材人 石英院朱永昌:功能玻璃领域的“特种兵”


【介绍】

  1999年7月,朱永昌从山东轻工学院毕业后,在中国建材总院攻读了硕士、博士学位,毕业后一直在石英院从事特种功能玻璃材料的研究与开发工作。工作二十多年来,朱永昌主持国家重点科研项目十余项,成功研发出核废料固化玻璃、铍金属玻璃化反射镜、光敏玻璃、锂-6玻璃闪烁体、高性能防光晕玻璃窗等多种关键功能玻璃材料,填补多项国内空白,获得国家建材行业科技进步一等奖1项、二等奖2项,荣获全国 “讲理想、比贡献”科技标兵,是特种功能玻璃领域名副其实的“特种兵”。

  2021年9月11日,人民网报道国内首座高水平放射性废液玻璃固化设施正式投运,我国成为世界上少数几个具备高放废液玻璃固化技术的国家;这项技术突破也成为了当天中国建材集团官微头条,是因为我们建材人也为其做出了突出贡献。这就是今天要讲述的最美建材人之一,来自中国建材总院的朱永昌同志。

  说起核能,想必大家都知道这是一种高效、清洁、经济的能源。尤其是在碳达峰、碳中和目标提出后,核能在未来低碳经济、低碳社会中的作用不容忽视,也广泛应用于军工、航空航天等“大国重器”。在核能应用中为保证工作人员的人身安全和身体健康,需要对所处环境进行实时监测,其中必不可少的一块玻璃材料——热中子探测用锂-6闪烁体玻璃,便是朱永昌在功能玻璃领域的“成名处女作”。2005年刚参加工作不久的他作为项目负责人承担了一项紧急任务,为国家某工程中子探测器研制一种可用于探测中子的锂-6闪烁体玻璃。研制过程中,朱永昌独创性提出采用玻璃二次熔制的方案并发明了特殊的玻璃熔炼装置,突破了困扰行业已久的铂金坩埚无法在强还原气氛下使用难题,实现了低价态Ce3+激活剂离子在玻璃结构中的稳定存在,成功地研制出发光效率高、内在光学质量好的锂-6闪烁体玻璃,并完成该材料从理论探索、样品研制到实现批量生产,解决了我国重点工程对中子探测器的急需。为了攻克铂金坩埚在还原气氛下易“中毒”的技术难题,朱永昌吃住在实验室,经常整月不回家,在产品研制成功后,领导问他成功的那一瞬间最想干的是什么,他脱口而出,“终于能回家睡个好觉了”。

  2010年至2020年是朱永昌在特种功能玻璃领域深耕细作的十年,围绕国家战略需求先后承担了多项国家“卡脖子”工程项目。

  针对我国新一代微光像增强器用砷化镓阴极玻璃阴极匹配性差、刚度小、玻璃转变温度低等问题,朱永昌创新性提出从热力学及动力学角度研究该材料在玻璃态、高弹态与粘流态区域的热学与力学性能变化规律,成功研制出了与砷化镓阴极全温域匹配且刚度好的高性能阴极玻璃,大幅度提升了我国新一代微光像增强器性能与制管合格率。由于工程紧、任务重,研发过程中,朱永昌带领二十多人的团队不舍昼夜,加班加点连轴转,3个月内研制出满足性能要求的玻璃样品,6个月内建成年2万件以上的生产线并批量供货,有利保障了我国新一代微光夜视工程的顺利实施,受到用户单位的高度赞扬。针对我国航天遥感卫星红外相机对轻型反射镜的迫切需求,作为项目核心成员参与了“大口径超轻型铍金属表面玻璃化反射镜”科研任务,历经10年的刻苦攻关,相继攻克了米级大尺寸玻璃的制备与高精密光学加工、大尺寸玻璃与铍金属无缺陷高质量熔合等一系列技术难题,目前产品已多次在我国空间遥感、资源、高分等系列卫星获得型号应用。

  在“十三五”期间,面对西方国家对我国芯片的禁运和技术封锁,朱永昌教授带领团队开始研究芯片三维集成用低介电损耗光敏微晶玻璃,仅仅两年时间,成功制备出硼硅酸盐体系的光敏微晶玻璃,并突破光敏微晶玻璃转接板制备技术,为我国芯片的自主化设计与封装技术突破提供了更优的设计方案。

  当今,核科学技术已广泛应用于工业、农业、医学、军事等多个领域,核安全也成为人们普遍关注的话题,自切尔诺贝利事故、福岛核事故之后,有相当一部分人“谈核色变”。核科学技术开发利用过程中会产生大量的放射性废物,高放射性废水进入环境后会造成水和土壤污染并可能通过多种途径进入人体,对环境和人类造成危害。

  2020年以来,朱永昌面对国家重大战略工程项目的召唤,勇担重任,带领建材总院玻璃固化攻关团队,攻坚国家重要战略工程项目高放废液玻璃固化 “卡脖子”关键技术,积极与核工业相关单位密切合作,充分发挥了建材行业专家作用,为我国首座玻璃固化工程成功热试做出了重要贡献。在我国首座高放废液玻璃固化工程冷热调试过程中,朱永昌带领“建材总院玻璃固化突击队” 长期驻守玻璃固化生产一线,作为工程重要参研参试成员全程参与,协助中核集团解决了多项运行技术难题,助力该工程热试成功。该工程热试成功打通了我国核燃料闭式循环的最后一个环节,为我国核能可持续绿色发展,碳达峰、碳中和目标实现意义重大。

  在高放废液玻璃固化配方的研发中,朱永昌提出采用复相包容机理研发出新型玻璃陶瓷固化配方,包容量达到25%以上,较目前工程化应用的玻璃配方包容量提升了近10个百分点。此项突破可大幅提升高放废液玻璃固化效率,同时提高固化体长期存储稳定性,对后续节约高放废物储存空间,降低废物处置成本意义重大。

  在高放废液玻璃固化核心装备国产化研究过程中,朱永昌结合国内高放废液源项和实际工程需求进行玻璃固化技术路线论证,完成了玻璃固化核心工艺装备——陶瓷焦耳电熔炉(>50L/h废液处理能力)国产化结构设计,并结合技术经济性分析、设备国产化可行性分析提出了一套完整的玻璃固化工程化解决方案,为我国高放废液玻璃固化国产工程化发挥了重要推动作用。

  带领团队利用多年在高频等离子体装备领域研究经验和核心技术,自主研制的高放废液玻璃固化冷坩埚装备,实现一次启动成功,将玻璃珠熔制为高质量固化体,化废液为“墨玉”,制备出建材总院第一块玻璃固化体,为玻璃固化第四代冷坩埚技术开局布篇。朱永昌勇于担当“讲政治”,立足行业“讲大局”,开拓创新“讲奉献”。他常说,“祖国需要什么,我们就去攻克什么!”抱着这份家国情怀,朱永昌在特种功能玻璃领域,攻坚克难,开拓创新,用一项项成果报效祖国,展示了新时代建材人坚定的理想信念,深厚的爱国情怀,强烈的责任担当。