杰工所属学科或专业领域: 材料组
杰工/杰青: 杰出工程师奖
杰工评选届别: 第三届杰出工程师奖

刘起英,女,中国玻璃控股有限公司技术中心主任,教授级高级工程师,中国材料与试验团体标准委员会委员、全国建筑用玻璃标准化委员会委员、国家科技专家库专家,“十三五”国家重点研发项目“智能玻璃与高安全功能玻璃关键技术开发”项目评审专家组专家,国家建材行业烟气污染物全过程减排及节能耦合技术研究与示范项目评审专家组专家,中国建筑材料联合会科技教育委员会副主任等。她从事浮法玻璃新技术,新产品研发工作三十六年,作为研发团队主要负责人,在浮法在线镀膜技术领域付出了巨大的努力。她先后承担完成了国家“六五”“七五”863 计划 “十二五”等计划项目,获得国家科学技术进步奖二等奖和建材行业科技进步一等奖、二等奖。她所研发的在线阳光控制镀膜玻璃,打破了西方厂商的垄断,引领市场二十余年。创造性地开发退火窑内镀低辐射膜(Low-E) 玻璃的生产方法和装备,成为世界在线Low-E玻璃三大技术之一,填补国内技术和产品空白。

   

浮法在线CVD膜层,看似平整光滑,实际蕴含精细的微结构。在近千度的高温下,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膜层,还要完全均匀一致,难度可想而知!多年的浮法表面改性和在线镀膜经验无数次证明,要想完成这艺术般的作品,镀膜反应器的高度调节精度必须达到0.1 毫米,生产线动辄几百米,要达到这个精度无疑是很苛刻的。同一个研究方向,三十六年力行不辍,时光如水,悄然流逝,生命如歌,催人奋进,刘起英的梦想和青春也浓缩在这微不足道的0.1 毫米。

 

结缘玻璃
 

   “好一群马房山上的千里驹。学的是玻璃,爱的是玻璃,玻璃像我们, 我们像玻璃……”1982 年7 月,武汉建筑材料工业学院(武汉理工大学前身) 的毕业生们,唱着自创的歌曲开启了人生的追梦之旅,刘起英就是其中一员。毕业后,她来到秦皇岛玻璃研究院,师从行业著名专家、全国五一劳动奖章获得者刁铁伕,从此和晶莹剔透的玻璃结下了不解之缘。

   当时秦皇岛玻璃研究院正在承担国家“六五”“七五”科技攻关项目 “浮法玻璃的技术开发”“电浮法玻璃的试制”刘起英作为主研人员参加了这一课题。“这项研究是在浮法线锡槽内,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。”刘起英回忆说,“为了能看住有色金属电极与低熔点金属形成的合金液体,稳定的控制在电极与玻璃板之间不外溢,以保证稳定生产,那时经常不分昼夜连轴转,没有休息时间。浮法生产线条件艰苦,困了就在木椅上打盹,冬季的通辽玻璃厂气温低,就裹个军大衣,在锡槽边上看着生产电浮法玻璃。经过十年的努力,终于完成了电浮法玻璃的实验室研究和中间试验研制,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”。中国最早的在 线阳光控制镀膜玻璃由此诞生,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,并于1995 年获建材优秀科技成果三等奖。

   1996—2001 年,由刘起英主持的将电浮法的离子渗透与CVD技术结合开发多彩色的阳光控制镀膜玻璃的研究课题,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。在此期间,她还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,率先推出了自然绿、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。她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。

   浮法玻璃是生产平板玻璃的主要工艺,因玻璃液漂浮在熔融的金属锡表面获得抛光成型而得名。在浮法玻璃的生产过程中,利用新鲜的浮法玻璃热能优势,在玻璃表面进行镀膜,赋予玻璃新的功能,如隔热保温、光电变色、自洁净、环境友好,导电等功能,称之为在线镀膜。因是高温成膜,膜层与玻璃基体形成化学键结合,具有优异的理化性能和耐久性,称为“硬镀膜”。这一层薄膜,凝聚了刘起英三十六年的心血与汗水。

  

携手共进
 

   为发挥团体技术优势,赶超世界先进水平,2001 年汪建勋教授带领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,与威海蓝星玻璃股份有限公司、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,主要从事浮法在线镀膜技术及玻璃新产品开发的研究。刘起英任技术总监,主管研发工作,由此开启了新的玻璃征程。

   浙江大学蓝星新材料技术有限公司2007 年2 月被中国玻璃控股有限公司(中玻控股)并购,成为旗下的技术中心。作为中国领先的平板玻璃和国内最大的镀膜玻璃生产商,中玻控股在香港联交所主板上市(03300HK,简称:中国玻璃)。公司主要股东包括中国建材、联想控股,强大的股东背景是公司稳健发展的坚强后盾,为刘起英和她的技术团队开展创新研发工作提供了更高更广阔的平台。

   经历多年磨砺,刘起英也从当年的青春少女,成长为行业老大姐。但她始终是乐观的,阳光的。无论是公司内部,还是行业内的熟人,都习惯的称呼她为“刘姐”,哪怕年龄差了十几岁二十几岁,已经是明显的两代人。同行们戏称刘起英为我们玻璃界的“女神”。

   刘起英和她的团队几十年如一日,坚持研究新型功能玻璃材料及其产业应用,是国内唯一长期稳定从事浮法玻璃在线镀膜研发工作的团队,也是国际上在线玻璃镀膜技术三大团队之一。先后开发了阳光控制镀膜玻璃、自清洁玻璃、低辐射玻璃(Low-E)、阳光控制低辐射玻璃、薄膜电池用透明导电玻璃等系列在线镀膜产品,并成功实现产业化。

 

攀蜀道
 

   每年的国家科学技术奖励大会都会吸引无数科技工作者的目光。如果说自然科学奖和技术发明奖是瑰丽的皇冠,那么科学技术进步奖就是如何把皇冠制造出来。每一项技术,从科学家大脑里的抽象理论,直到变成我们身边的产品,有一个漫长的产业化过程,包括基础研究、实验室研究、生产线中试和规模化量产等阶段。如果说在线镀膜技术是令人瞩目的高峰,实际通往成功的道路则是峰回路转,令人不识庐山真面目,而路上的艰辛和挫折更如攀登难于上青天的蜀道。

   由于Low-E 玻璃具有很高的隔热保温节能效果,是世界公认的综合节能指标最高的建筑玻璃,颇受市场的青睐。而在线Low-E 生产技术和装置从20 世纪80 年代起就一直被国外垄断。为此刘起英作为项目负责人,带领研发团队决定尝试打破这一局面。她们先深入分析国内外已有在线Low-E   产品存在的视觉均匀度细微差异和产生原因,然后针对退火窑温度低、气流场紊乱等问题,创建了在线镀膜流体仿真数值模型,获得高效沉积的镀膜装置结构设计参数,最终发明了高效沉积线性多进多排镀膜装置,解决了在退火窑高效制备低辐射膜的难题。为消除影响镀膜均匀性的环境干扰因素,他们还发明了浮法玻璃生产线退火窑A0 区在线镀膜环境成套调节装置,获得了气流场和压力场稳定、温度场均匀的镀膜环境,解决了退火窑内大面积均匀制备低辐射膜的难点。为了消除膜层干涉呈现的反射色,发明了一种减弱低辐射镀膜玻璃反射色的设计方法以及多通道排气与稳定剂掺杂延长镀膜周期的方法。这样,不仅使得镀膜周期延长至12 小时以上,还开发了原料超薄液膜强制汽化、主原料回收与废气处理、产品光学性能与镀膜主要参数闭环控制在线实时监控等配套技术,进而形成了浮法玻璃退火窑内高效制备低辐射膜的创新方法及产业化成套技术。是世界在线Low-E 玻璃三大技术之一,这项研发成果使得中玻控股成为国内唯一拥有该技术全套自主知识产权的公司。

   创新驱动高质量发展,创新提升核心技术能力,创新之路是艰苦和漫长的。研发人员承担的压力也是常人无法想象的,刘起英对此深有体会。面临来自市场的压力,企业的渴盼,大量的试验分析研究任务,长期出差离家的牵挂等诸多困难,她始终保持乐观主义的情怀,带领大家,鼓励大家,齐心合力,不言放弃,相助相扶。项目研发成功的背后,汇集了不知多少的心血、汗水,展示了一个技术团队的凝聚力和素质,展现了团队带头人的魅力。2005 年威海遭遇多年不遇的雪灾,由于交通困难,刘起英团队被困在生产线上整整一个星期,靠啃馒头坚持了下来,反倒成了集中精力做实验, 摸工艺参数的好机会。多年后谈到这段经历,刘起英翻出当年的实验记录、会议纪要,想起当年看着雪景,看着一款款新产品下线,奋斗着,快乐着, 成为难得的回忆。在线Low-E 玻璃试产成功,大家在上海高高兴兴开了个新产品发布会,回来后却傻了眼,产品质量不稳定,存在色差,客户大量投诉和索赔。刘起英蹲在玻璃成品库里,默默地一遍遍看着存在问题的大片产品,泪水挂满了脸颊……

   刘起英从小生长于军营里,父亲是一位参加过解放战争、抗美援朝的老兵,她从小听惯了嘹亮的军号,养成了不屈不挠的作风。哪里跌倒就在哪里爬起来,在线Low-E 转战到东台中玻特种玻璃有限公司,她顶着巨大的压力,又开始再攻关。经过不分白天和黑夜,寝不安、食无味的整整三年,在线Low-E 玻璃2013 年终于量产成功,如今已发展成为中玻控股的拳头产品。在线Low-E 玻璃从研发立项,实验室试制出1 厘米宽的玻璃样品,到3.6 米宽的在建筑上大面积应用的玻璃,其节能指标和视觉舒适度满足建筑使用标准要求。产品市场应用,研发历程十二年,其中的艰苦和酸甜苦辣,成功的同时更见证了工程师们的不言放弃,不服输的顽强创新精神。 

 

耕耘不辍
 

   长期以来,刘起英瞄准镀膜建筑玻璃、节能环保与新能源玻璃,在该领域占据着国内玻璃行业高端技术地位,顺应国家发展低碳经济,节能减排的政策,促进企业全面调整产品结构和实施产业升级战略,不断拓展节能玻璃和可再生能源领域。

   2001 年刘起英团队与浙江大学合作承担了国家863 计划课题“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”。成功开发出在线制备硅和碳化硅纳米复合的无光污染彩色阳光控制镀膜玻璃,达到国际先进水平;解决了原料汽化和镀膜系统中关键设备设计的难题;完成了低辐射镀膜玻璃工业化生产技术的开发;培养出一支高素质、稳定的研发生产队伍。

   2011 年她又与浙江大学、燕山大学合作承担了国家“十二五”科技支撑计划课题“在线低辐射(Low-E)玻璃低成本制造及多功能复合关键技术研究”。针对浮法在线低辐射节能镀膜玻璃生产技术中存在的大面积均匀稳定镀膜困难、多层膜结构匹配技术缺乏、镀膜成本较高等问题,研究了高效节能镀膜玻璃的膜系设计、多层匹配和微纳结构调控技术,开发了浮法在线多层复合功能薄膜的大面积制备技术、线性多进多排高效镀膜反应器、实时控制与镀膜原料回收等关键产业化设备,提高了原料的利用率,大幅度降低了镀膜玻璃生产成本,建成了具有自主知识产权的示范线并推广应用。她设计了净色和遮阳型Low-E 玻璃,发明了氧化物薄膜微纳结构的可控制备技术,实现了微纳结构SnO2 掺杂薄膜的稳定可控制备;发明了在浮法玻璃退火窑和锡槽内移动玻璃表面高效沉积微纳结构氧化物薄膜的关键工艺技术和装备。

   2016 年刘起英开始与浙江大学、燕山大学合作承担“十三五”国家重点研发计划专项课题“全光谱多功能镀膜玻璃研究与浮法在线产业化示范”,致力于将在线Low-E 玻璃的辐射率降到0.1 以下,满足节能率75% 以上的需求;开发浮法在线APCVD 镀膜用高温玻璃带激光辅助加热技术;开发节能易洁镀膜玻璃产品。

   在线Low-E 玻璃是目前最主要的节能镀膜玻璃产品类型,成套生产技术的开发2001 年立项,2013 年实现稳定的产业化生产、产品商品化应用, 历时十二年之久。刘起英和技术团队一起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,是材料与工程技术的结合,难度大、集成度高、创新性极强。随着这些技术与产品的开发成功,突破了国外技术封锁,使我国成为世界上少数拥有完全自主知识产权的浮法在线镀低辐射膜技术的国家。迫使国外公司改变经营与竞争策略,打破了他们长期高价垄断市场的局面,或是同类产品逐步撤出市场,转为在中国境内控股公司生产,或是从完全技术封锁转为苛刻条件的高价转让,或是不得不降低价格销售。

   Low-E 节能玻璃性能优异、技术成熟、质量可靠,是目前国内外公认的节能性能最好的窗用材料。但在我国总体使用率偏低,建筑门窗节能改造使用任务还很艰巨。因此中国建筑材料联合会成立了Low-E 节能玻璃普及应用工作领导小组,组建Low-E 节能玻璃推广应用联盟,刘起英成为联盟专家委员会主任,并担任《Low-E 成品玻璃建筑应用质量检验标准》的主起草人,致力加快Low-E 节能玻璃推广应用,提升建筑门窗节能水平,促进绿色建筑发展,推进生态文明建设。

   我国是玻璃生产第一大国,世界三大浮法工艺技术之一的中国“洛阳浮法”,产量占全球60% 以上。但产品品质不高,低端产能过剩,一直是困扰我国玻璃产业发展的尴尬局面。中国建材联合会发起的第二代中国浮法玻璃技术装备创新(简称二代浮法),就是通过对洛阳浮法玻璃技术装备全面升级,使玻璃质量、品种功能、深加工率、能耗等各项技术经济指标达到或超越国际领先水平。刘起英积极参与其中,承担的“浮法在线Low-E 玻璃及TCO玻璃产品质量及性能的优化提升及生产工艺过程的智能化控制”和“浮法在线制备阳光控制低辐射复合的双效节能玻璃的工艺技术研究”两个项目于2016 年在所有承担单位里第一个通过项目验收,受到了中国建材联合会和行业的高度认可,确立了中玻控股在玻璃表面镀膜改性领域的领先地位。刘起英也连续三年荣获“突出贡献先进个人”称号,并荣获2017 年度建材行业科技创新十大人物。

 

路在脚下
 

   着色玻璃、热反射玻璃、镀膜玻璃、被动式低能耗建筑透明部分用玻璃、建筑用保温隔热玻璃技术条件、建筑玻璃颜色及色差的测量方法、建筑用节能玻璃光学及热工参数现场检测技术规范,一项项国家和行业标准的制定都凝结着刘起英几十年的经验与智慧,几十篇论文、二十余项专利,见证了行业的不断前行。

   刘起英研发的玻璃产品已经全面应用于建筑门窗、建筑幕墙、光伏发电工程、生态农业大棚、家电门体等领域。其中利用其节能镀膜玻璃技术,累计生产镀膜玻璃2 亿平方米,在国内外上万个建筑上使用。根据国际通用评估标准,每平方米镀膜玻璃每年节电约50 度,累计产品应用可节约标准煤约320 万吨/ 年。

   辛勤的努力换来丰硕的成果,刘起英负责的“浮法在线镀制低辐射、TiO2 系列复合薄膜玻璃成套技术与设备开发”于2008 年获得建筑材料科学技术进步一等奖,“太阳能薄膜电池用在线透明导电膜玻璃成套制备技术和设备开发”于2012 年获得建筑材料科学技术进步二等奖。刘起英先后被聘为国家科技专家库专家、中国材料与试验团体标准委员会委员、全国建筑用玻璃标准化委员会委员、山东省建筑门窗标准化技术委员会委员、全国性建材科技期刊《玻璃》编委、中国建筑玻璃与工业玻璃协会光伏玻璃专家委员会专家、镀膜玻璃专家委员会专家、真空玻璃专家委员会专家等。

   随着玻璃行业的不断发展,提升创新模式,打造国家级的浮法玻璃功能薄膜研发中心提上了日程。刘起英和她的研发团队,在创新体制上进行探索,注册成立了山东省法人实体化企业技术中心,提升技术贡献度,建设开放平台,依托中国建材集团平台实现新旧动能转换,山东省省级企业技术中心、山东省工程技术研究中心;与浙江大学、燕山大学、山东大学等高校合作共建实验室等科技创新平台……创新无止境,永远在路上。

   砥砺前行36 年,一片晶莹的玻璃似乎有着神奇的魔力,不思量,自难忘。也正是带着这一份难忘初心的执念,刘起英风采依旧地奔波在创新的征程上,玻璃行业之“花”绽放正璀璨。

 

(本文节选自中华国际科学交流基金会编写、高等教育出版社出版的《当代杰出工程师(第一辑)》一书,未经许可,不得转载或引用)