砂里淘金 出奇迹
——南大陈培荣教授等联手民企打破超纯石英沙国际垄断
罗 静 齐 琦/文
国际垄断常常让人愤而无奈。
超纯石英砂就是这样。这种半导体及光伏产业的基础材料，广泛应用于光通信、电子信息技术与航空航天领域的生产制造。由于石英提纯技术落后，我国从上世纪七十年代后期开始，超纯石英砂只能长期依赖进口，一直要看别人眼色。
但是，2009年，这一受制于人的历史有了新的选择：
这一年，南京大学联合东海县太平洋石英制品有限公司通过自主研发和创新，形成了一套具有国际先进水平的石英砂生产工艺和装备，填补了国内空白。
这一年，南京大学和东海县太平洋石英制品有限公司合作将当地丰富的石英资源价值提升了百倍以上。
这一年，在南京大学的技术支撑下，太平洋石英公司生产的超纯石英砂，质量优于进口产品，部分产品纯度超过国际最高纯度标准，价格同比低20%左右，东海县太平洋石英制品有限公司因此一跃成为全球第二家能批量生产超纯石英砂的供货商。
这不能不算奇迹。
“高水平”与“创新意识”联姻
南京大学和东海县太平洋石英制品有限公司的结缘，源自两个关键人物：地科系教授、博士生导师陈培荣和东海县太平洋石英制品有限公司董事长陈士斌。
2003年，连云港市政府为建硅工业园召集专家调研。一路考察中，当地石英粉生产企业简陋的环境、粗糙的工艺，让陈培荣感慨不已。他当即向地方政府建言要改进工艺、建设专门生产超纯石英砂的工厂。同年，陈培荣教授去东海县太平洋石英制品有限公司采样，凭着一双多年在研究领域练就的“火眼金睛”，他立刻发现了公司在提纯、制造等工艺上的弊端，在热心地向厂长传授了他的锦囊妙计之后，陈教授又提出可以合作研发超纯石英砂的设想。但不巧的是，虽然陈培荣一腔热情，其建议也得到包括厂长在内所有技术人员的称道，但他连公司董事长陈士斌的面都没见上。后来陈士斌坦言，他之前和国内好几家高校有过此类项目的合作，但都以失败告终，这不能不让他对同样身为高校教师的陈培荣心存怀疑。但是，出于对创新和发展的强烈渴求，陈士斌在听完下属转述的陈教授对公司产品的种种改进建议后非常重视，第二天就组织了试验，结果发现很有效果。陈士斌大喜过望，不日便亲自赶到南大拜访陈培荣，诚邀合作。
石英砂看着很干净，其实杂质很多。没有高超与创新的提纯技术，很难达到理想中的纯度。正是这个承载着国家利益的“纯净理想”，将双方紧密联系到了一起。双方的正式合作开始于2003年。当时，陈培荣教授申请到了江苏省“石英中杂质分布与去除技术研究”项目专项资助，由于非常看好这个项目的前景，创新意识很强的陈士斌给予该项目每年追加30万元的投入，并与陈培荣教授签订了三年的合作协议，共同研发超纯玻璃原料提纯技术。双方合作非常顺利，原定三年结题的项目两年便完成了成果鉴定。在此基础上，以我校地球科学系为技术依托单位、东海县太平洋石英制品有限公司承担的“半导体及光通讯用超纯石英砂产业化”项目顺利获得2005年江苏省科技成果转化专项资助，陈培荣成为该项目的技术主持。陈教授笑着告诉记者，高校与企业合作的光明前景以及该项目的国家目标导向与需求让他对项目研发信心满满，同时也感到肩负的巨大责任和压力，“只能做好，不能做砸，身为技术主持，没有退路可言”。
陈培荣教授真正着手项目研发时，发现自己处于一个极为尴尬的局面：没有专门的生产厂房，缺少精确的生产工艺，急需相应的生产设备。厂房好建，可是生产超纯石英砂的工艺和装备，国内没有任何参照，一切都要从零开始。
要提炼超纯石英砂，就必须查清石英中的杂质性质，找到分离杂质的方法。研究铀矿出身的陈教授面对新的研究领域，非但没有退缩，而是更加全身心投入。有挑战就有动力，那段时间，走路、吃饭、睡觉的时间全用上了，他的脑子几乎24小时都在运转，常常一觉醒来，原本梗阻的思路突然冒出灵感的火花。就这样，他不断构思，不断修改，终于构建了一套工艺创新体系，打通了项目研发的突破口。
这才是第一步，更难的挑战是装备创新。当时国内没有现成可供高度提纯的设备，陈教授就带领团队自己设计、加工。陈教授读高中时就自己动手做过电动机，高中毕业后，还在校办工厂干了两年，各个工种都摸过。生疏多年的技术一旦拾起还真有了用武之地。
至今让陈教授记忆犹新的是制作化学处理设备的经历。由于国内生产水平的限制，该设备的最后一道工序需要送到国外完成。然而，外国加工商百般刁难，从索要核心图纸到以装备焊接不达要求为由，拒绝施工。那是2007年国庆长假期间，陈培荣的母亲凌晨去世，几小时后，心情沉痛的他又接到被外商无情地告知“不行”的越洋长途，遭遇了双重打击的陈培荣当时心境可想而知。然而，肩负众望的他知道不能够就这样放弃。于是，陈教授一边料理母亲的后事，一边不断同外商交涉。就当一切水到渠成之时，外商却在最后一道程序出现差错，需要处理掉已经加工好的部分，重新再来，这样反复折腾了好几个月。“那几个月里，我的心天天都悬着，年都没过好。”陈教授感叹道。
五年来，陈培荣教授每周都有一半以上时间往返于宁连之间，往返一次车程就达六百多公里。身为学科带头人的他老本行是铀矿研究，同时还是国家重点课题铀矿项目的负责人。为了尽可能挤出时间，他总是在忙完了学校的事情、上完课后就匆匆赶往公司，一头扎进车间。在厂里，他这个技术主持和团队成员一起亲力亲为，他已经记不清鞋子被砂浆湿了多少双、裤子被酸液烧坏了多少条。在学校党委书记洪银兴、中科院院士王德滋等领导和院系同事的关心支持下，陈教授和他的团队自主研发了一套独特的选矿工艺与装备，集破碎、筛分、磁选、浮选和脱水于一体的自动化生产线，他设计研发的化学和物理—化学提纯设备填补了国内空白，在国内石英行业属于首创。
合作渐入佳境
终于自主生产出超纯石英砂了！但是陈培荣和陈士斌却笑不出来，因为以超纯石英砂为生产原料的厂家根本不相信他们的产品能替代美国进口。
那么多的困难都闯过来了，这个问题自然吓不倒陈教授。于是，博导主动和公司的销售人员一起南上北下，推广这项高技术产品。在吃了数次闭门羹之后，终于有了收获。2008年，陈教授拜访了扬州高邮一家光伏生产企业。公司经理虽然不相信产品质量，但还是同意用它来打制5个坩埚做试验。坩埚做出来后，无气泡和黑点，这和以美国超纯石英砂原料制造出的坩埚在表面质量上并无差别，在公司董事长的要求下，又做了干烧试验，结果坩埚没有变形或出现析晶。接下来在常州所做的拉单晶硅试验结果更是让厂家大吃一惊：陈教授的超纯石英砂质量完全可与进口产品媲美，为此，厂家还出具了一份《关于超纯石英砂质量的证明》。打赢了头一仗，陈教授和销售人员更加有了干劲。法资圣戈班石英（锦州）有限公司在获知陈教授的研发成果后，主动将产品送至国外做数据检测，并做了批量试验，结果更加确证了陈教授研发的超纯石英砂品质。
目前，包括飞利浦公司在内的多家企业已开始使用东海县太平洋石英制品有限公司生产的超纯石英砂。2009年，美国生产超纯石英砂的公司突然减产，导致出口产品供不应求，我国很多依靠超纯石英砂制品为原料的企业面临原料短缺，甚至停产的危险。然而，这恰好也给我国自主研发的超纯石英砂产品全面推广提供了大好机遇。
东海太平洋石英制品有限公司和南京大学的合作已进入了全面深化的阶段。超纯石英砂项目已获得国家授权发明专利一项和实用新型专利八项。公司用自主研发的超纯石英砂生产出的石英玻璃制品远销海外，同进口美国原材料相比，每年可节省费用达5000万元。这不能不说是我校在产学研合作方面的一个成功典范。进入2010年来，美国的超纯石英砂日益短缺，我国多数生产石英玻璃坩埚的厂家几乎处于无米之炊境地。石英玻璃坩埚是拉制单晶硅的必不可少的工具，我国太阳光伏产业的发展岌岌可危。公司自主研发生产的超纯石英砂起到了雪中送炭的作用，供不应求，目前正在扩大生产规模，以满足市场需求。
南大和东海县太平洋石英制品有限公司之间的成功合作，只是我校主动面向经济建设主战场、服务地方与社会发展的一个缩影。政产学研合作的创新模式，为我校闯出一片新天地。目前，我校已经与省内10个地级市签订全面合作协议，近五年来与江苏企事业单位开展科技合作1400项，合同总额3.6亿元，申请发明专利1594件，授权731件，初步形成了服务江苏的战略布局。
“我相信，通过社会各界投入‘真金白银’，大学拿出‘真枪实弹’，双方怀着‘真心实意’，一定能够携手实现‘真赢共享’”，在2010年2月4日召开的南大政产学研合作论坛上，党委书记洪银兴掷地有声的话语让人们看到了一片更宏阔光明的前景。
（原载2010年4月20日《南京大学报》
