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“我們是國內(nèi)首家擁有自主知識產(chǎn)權(quán)、實現(xiàn)高性能空心玻璃微珠（以下簡稱‘空心微珠’）工業(yè)化生產(chǎn)的企業(yè)。獨創(chuàng)的制備工藝突破國際壟斷，空心微珠實現(xiàn)了國產(chǎn)化替代?！苯?，國家知識產(chǎn)權(quán)局公示“2025—2027年國家知識產(chǎn)權(quán)示范企業(yè)創(chuàng)建對象名單”，山西海諾科技股份有限公司（以下簡稱“山西海諾”）位列其中，該公司董事長申鵬展興奮地說。

空心微珠是以堿石灰硼硅酸鹽玻璃為原料制成的微米級中空球體，內(nèi)部填充惰性氣體，外壁極薄，重量極輕卻抗壓。3800萬顆空心微珠僅重1克，最大抗壓超過180兆帕。憑借輕質(zhì)高強、隔熱耐腐、低介電的核心特性，空心微珠是先進復合材料產(chǎn)業(yè)鏈中不可或缺的關(guān)鍵材料，應用場景十分廣泛。

“經(jīng)過10多年攻關(guān)，我們研制出空心微珠生產(chǎn)工藝，應用該工藝生產(chǎn)的空心微珠綜合性能達國際先進水平，部分型號的抗壓強度、粒徑分布等核心指標全球領先?！鄙犍i展向科技日報記者介紹。

海洋開采石油離不了的特殊材料

日前，在中國海洋石油集團南海東部海域某作業(yè)基地，鉆桿正向千米深海探進?，F(xiàn)場操作人員介紹，鉆井完成后，將添加了空心微珠的水泥漿注入井筒與地層之間的環(huán)形空間，可形成低密度高抗壓的水泥環(huán)，提升固井質(zhì)量，保障油氣開發(fā)安全。

“這是深海油氣勘探開發(fā)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。深水固井中，使用密度高的常規(guī)水泥漿，易壓裂脆弱海底地層，導致鉆井液漏失?！鄙犍i展說，“在水泥漿中添加一定比例的空心微珠，可使其具備低密度和高抗壓強度，滿足海洋深水井固井的技術(shù)需求。”

長期以來，我國石油開采所用的空心微珠需從國外進口?！皣鴥?nèi)75%以上的市場份額被外國產(chǎn)品壟斷，外國公司還進行嚴苛技術(shù)封鎖，監(jiān)控產(chǎn)品使用過程，強制回收未用完材料及邊角料?！鄙轿骱ＶZ董事會秘書趙慧龍?zhí)寡浴?/p>

2015年，山西海諾空心微珠量產(chǎn)實現(xiàn)突破，隨即供應至中國海洋石油集團淺水海域的海洋石油作業(yè)基地。供應量從試用時的80噸逐年增長至數(shù)百噸、上千噸，并擴展到所有水深作業(yè)區(qū)間。至今，山西海諾累計供應空心微珠超萬噸，實現(xiàn)了對中國海洋石油集團固井專用空心玻璃微珠的100%供應。

“我們生產(chǎn)的空心微珠性能媲美國外產(chǎn)品，但價格僅為進口的1/3?！鄙犍i展說，“更重要的是，我們在海洋石油固井材料領域?qū)崿F(xiàn)了關(guān)鍵技術(shù)自主?！?/p>

2023年10月，中國石油和化學工業(yè)聯(lián)合會鑒定，山西海諾的“海洋石油固井專用空心玻璃微球工程化技術(shù)及應用”技術(shù)水平國際領先。

上萬次試驗破解了工業(yè)化難題

空心微珠作為海洋石油固井高性能材料，工業(yè)化生產(chǎn)并非易事?！拔覀冞M入這個領域時，面臨國外技術(shù)封鎖、國內(nèi)無產(chǎn)業(yè)化先例的困境，處于無技術(shù)圖紙、無現(xiàn)成設備、無專業(yè)人才的‘三無’狀態(tài)?！鄙犍i展回憶說。他出資組建研發(fā)團隊，從5公斤試驗入手，摸索工業(yè)化生產(chǎn)工藝。

2009年，在太行山深處的山西海諾廠房里，研發(fā)團隊將二氧化硅等原料配制成漿料，經(jīng)磨漿、均質(zhì)、燒制等工序，期待空心微珠誕生。當高溫成球爐首次點燃又冷卻后，產(chǎn)出的卻是一堆實心或粘連的玻璃微球?！皬膶嶒灥焦I(yè)化生產(chǎn)，成果轉(zhuǎn)化一點不比理論研發(fā)容易?！鄙犍i展說，空心微珠的原料比例稍有偏差，成品就大不相同；燒結(jié)溫度多幾度，空心結(jié)構(gòu)就可能坍塌。

泛黃的實驗數(shù)據(jù)記錄本摞得很高，一堆堆殘次品讓人心情沉重。反復試驗、修正參數(shù)，經(jīng)過小量到大量的遞進式試驗和上萬次摸索，研發(fā)團隊通過“笨功夫”，在2012年探明了空心微珠工業(yè)化的所有關(guān)鍵數(shù)據(jù)和工藝：配制多組分原料漿、精密噴霧造粒形成坯體，再經(jīng)高溫火焰瞬間強化成珠。

然而，生產(chǎn)工藝突破只是第一步?？招奈⒅樯a(chǎn)所需的幾十臺專用設備，當時在國內(nèi)是空白，從烘干設備到核心的成球爐，都需自行研制。為了一臺特制烘干機，研發(fā)團隊遠赴江蘇，與廠家技術(shù)員修改六七次樣品才成功。“成球爐作為核心設備，要求能在600℃—1000℃區(qū)間精準調(diào)控火焰，確?？招奈⒅榫鶆蜻^火。”趙慧龍說，“我們設計圖紙，指導南方企業(yè)加工，來回修改幾十遍，才造出匹配的爐子?！?/p>

從無到有、從小到大，山西海諾從5公斤試驗，到百公斤級小試，再到噸級的中試，創(chuàng)新性采用“逐級放大法”，逐一破解空心微珠適配設備、穩(wěn)定工藝等難題。2015年建成國內(nèi)第一條工業(yè)化生產(chǎn)線，2023年建成國內(nèi)唯一的萬噸級生產(chǎn)線。

向空心微珠應用藍海挺進

“我們在山西高平經(jīng)濟開發(fā)區(qū)建設的海諾高性能空心微珠新材料產(chǎn)業(yè)園，已列入山西今年省級重點工程項目。在有關(guān)部門幫助下，建設用地已落實。當下正辦理環(huán)評、節(jié)能評價等前期手續(xù)，很快就能開工?！?月16日，趙慧龍說，“空心微珠不僅要用在石油開采，還要進軍航天、電子等領域。”

今年，山西海諾投資7.5億元建設產(chǎn)業(yè)園，設計產(chǎn)能3萬噸，預計明年完工投產(chǎn)。“現(xiàn)在年產(chǎn)能為1.5萬噸，再加上這3萬噸，屆時會成為全球最大的空心微珠智能生產(chǎn)基地。這不僅能提升國產(chǎn)空心微珠在國內(nèi)細分市場的占有率，更能強化其國產(chǎn)替代地位。”趙慧龍說。

為此，山西海諾搭建了“聯(lián)盟—研究院—工程中心—工作站”研發(fā)架構(gòu)，形成涵蓋基礎研發(fā)、工程轉(zhuǎn)化、產(chǎn)業(yè)配套的完整產(chǎn)學研用矩陣，持續(xù)推進空心微珠研發(fā)創(chuàng)新。

山西海諾的空心微珠正向人工智能、半導體、低空經(jīng)濟、現(xiàn)代建筑等領域拓展。“我們還開發(fā)了空心微珠固體浮力材料、可機加工聚氨酯仿木復合材料、5G專用低粒徑低介電高性能空心玻璃微珠等9款首發(fā)新產(chǎn)品?！鄙犍i展說，多個產(chǎn)品已通過多領域龍頭企業(yè)規(guī)?；瘧抿炞C，直接配套比亞迪、航天科工集團等客戶，還間接服務華為、寧德時代等客戶。

山西海諾是生產(chǎn)空心微珠的國家級專精特新“小巨人”企業(yè)，以“成為世界領先的微球新材料企業(yè)”為目標。申鵬展表示：“我們要在空心微珠新材料領域持續(xù)深耕，為國家戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)安全筑牢新材料根基！”

（山西海諾供圖）