紅外光學(xué)晶體的產(chǎn)業(yè)化可行性研究報(bào)告(編輯修改稿)
2025-04-05 00:01 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 套、真空手套箱 1 臺(tái)等科研生產(chǎn)設(shè)備，已經(jīng) 紫外分光光度計(jì)、雙折射應(yīng)力儀、閃速 γ 能譜儀系統(tǒng)、光學(xué)比較測(cè)角儀等檢測(cè)儀器。園區(qū)內(nèi)的公用工程可以滿足生產(chǎn)線的建設(shè)需要。 三、 項(xiàng)目建設(shè)的必要性 市場(chǎng)分析及需求預(yù)測(cè) 我院研制開發(fā)的氟化物系列光學(xué)晶體是重要的光學(xué)透鏡和窗口材料，包括氟化鈣、氟化鋇、氟化鎂等。例如， 氟化鈣晶體具有非常優(yōu)異的光學(xué)透過性能，它的透過波段范圍寬，覆蓋了紫外、可見和紅外波段，在 — 10μ m的范圍內(nèi)都有非常高的透過率。而且熱機(jī)械性能良好，物化性能穩(wěn)定，不潮解，抗輻射損傷能力強(qiáng)，在 200nm以上的波段內(nèi)無明顯雙折射，是非常重要的 光學(xué)透鏡窗口材料，廣泛應(yīng)用在高壓電力設(shè)備、醫(yī)療器械、高級(jí)照相機(jī)、攝像機(jī)、顯微鏡、望遠(yuǎn)鏡、光譜分光系統(tǒng)、準(zhǔn)分子激光器、光刻機(jī)等光學(xué)儀器上，用作棱鏡、透鏡和窗口等。 在電力系統(tǒng)，早期診斷電網(wǎng)帶電運(yùn)行設(shè)備的故障隱患十分重要，以前通常是采取定期檢查的辦法。自從紅外熱像儀問世，由于其對(duì)故障點(diǎn)的檢測(cè)可帶電進(jìn)行，并且采取非接觸手段，從而大大方便了使用者，使電力設(shè)備的早期故障診斷 電力設(shè)備的熱故障隱患具有效率高、判斷準(zhǔn)確、圖像直觀 、安全可靠、不接觸測(cè)溫、不受電磁干擾和檢測(cè)速度快等特點(diǎn)，因此，更具有突出使用優(yōu)點(diǎn)，是目前在 預(yù)知檢修領(lǐng)域中普遍推廣的一種手段，可防止電力設(shè)備損壞和由于這些設(shè)備損壞而導(dǎo)致的電網(wǎng)大面積事故發(fā)生。 在高壓電力設(shè)備中， 60%的故障和事故是由部分電氣元件的異常發(fā)熱引起的，由此造成的經(jīng)濟(jì)損失是巨大的，僅北京市 2021 年由于這類事故造成的經(jīng)濟(jì)損失約為 10 億元，全國的損失超過 100 億元。絕緣破壞和發(fā)熱異常等隱患是可以用紅外檢測(cè)設(shè)備及早發(fā)現(xiàn)的，從而可避免故障或事故的發(fā)生。在電力系統(tǒng)運(yùn)行中，高壓開關(guān)柜（ 4kv 以上的）是必要、普遍使用的器件之一，有 五防連鎖要求，正常使用時(shí)不允許開門，要進(jìn)行帶電檢測(cè)，必須在高壓柜柜 門或觸頭盒內(nèi)安裝紅外視窗。多數(shù)城市用開關(guān)柜限制在 35kv 開關(guān)電壓等級(jí)，在北京電網(wǎng)系統(tǒng)中， 12kv開關(guān)柜約占 92%。全國每年僅 12kv 開關(guān)柜的用量約為 10 萬臺(tái)， 10kv 以上的高壓電力設(shè)備的用量超過 50 萬臺(tái)。根據(jù)電力工業(yè)技術(shù)的發(fā)展要求和發(fā)展趨勢(shì)，電網(wǎng)中的配套設(shè)備（ 10kv 以上的高壓開關(guān)設(shè)備）的發(fā)展方向是自診斷、智能化、高壓配電室無人值守、從定期檢修轉(zhuǎn)為狀態(tài)檢修。狀態(tài)檢修就是通過紅外探測(cè)、傳感和成像技術(shù)，實(shí)現(xiàn)非接觸式的熱測(cè)量，判斷系統(tǒng)是否正常。在電力設(shè)備上安裝可視的光學(xué)窗口，利用紅外探測(cè)和成像技術(shù)對(duì)帶電設(shè)備進(jìn)行狀 態(tài) 檢修，在國外已經(jīng)得到廣泛的使用，而在國產(chǎn)電力的應(yīng)用上還是空白，但發(fā)展動(dòng)向和趨勢(shì)也已經(jīng)非常明顯了。 2021 年 11 月，我國發(fā)布了中華人民共和國電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T6642021《帶電設(shè)備紅外診斷應(yīng)用規(guī)范》， 2021 年 2 月 20 國網(wǎng)公司首次用直升飛機(jī)帶電巡航 1000 千伏特高壓輸電線路，就是利用紅外熱像儀系統(tǒng)來巡視的。目前，中國電力科學(xué)研究院正在會(huì)同相關(guān)單位制定高壓電器設(shè)備觀察窗的國家標(biāo)準(zhǔn)，用立法的方式加強(qiáng)電力系統(tǒng)的安全生產(chǎn)監(jiān)控。國家電力系統(tǒng)對(duì)電器設(shè)備紅外監(jiān)測(cè)及診斷用的光學(xué)窗口的需求是國家維護(hù)輸電安全，降低運(yùn)行成 本，保穩(wěn)定、求發(fā)展的重要舉措。 在此需求的推動(dòng)下，從 2021 年開始，對(duì)作為上述電力設(shè)備關(guān)鍵測(cè)溫元件的氟化物紅外今天窗口的需求數(shù)量急劇增長，逐年大幅度增加。據(jù)預(yù)測(cè)，用于紅外光學(xué)窗口用途的氟化物晶體每年總的市場(chǎng)需求量約為 810 億元。隨著這種紅外窗口的材料在國內(nèi)消防、電力等行業(yè)的大力推廣，兩刀三年內(nèi)國內(nèi)對(duì)紅外光學(xué)晶體的年需求量將到達(dá) 5000 萬元以上。 全國每年 12kv 開關(guān)柜的用量約為 10 萬臺(tái)， 10kv 以上的高壓電力設(shè)備用量超過 50 萬臺(tái)，如果其中的 30%（ 15 萬臺(tái)）安裝紅外視窗，每個(gè)窗口的價(jià)值按 1000元計(jì)算，則光學(xué)窗口的年產(chǎn)值約為 億元。每臺(tái)電力設(shè)備平均價(jià)格按 15 萬元計(jì)算（ 12kv 開關(guān)柜約為 10 萬元， 35kv 開關(guān)柜超過 20 萬元），則帶動(dòng)的電力設(shè)備年產(chǎn)值約為 225 億元 。還可帶動(dòng)其他的設(shè)備制造、材料制造、軟件開發(fā)、光纖系統(tǒng)集成等方面的產(chǎn)業(yè)發(fā)展。 同時(shí)氟化物晶體也是非常重要的軍工配套光學(xué)功能材料，作為紅外夜視、機(jī)載紅外前視、紅外偵察、各類戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈的關(guān)鍵光學(xué)元件，廣泛地應(yīng)用在坦克、超音速飛機(jī)、導(dǎo)彈、衛(wèi)星以及各種跟蹤、遙測(cè)裝置等軍事和研究領(lǐng)域。此外，其在強(qiáng)激光和深紫外激光武器、激光吊倉以及其它紅外光學(xué) 系統(tǒng)中也有廣泛應(yīng)用。 表 2 列出了我院已掌握的 2021 年及未來三年內(nèi)氟化物紅外光學(xué)晶體的需求量，在 2021 年將達(dá)到 130 萬片， 2021 年將達(dá)到 200 萬片。 表 2 已知的紅外氟化物晶體產(chǎn)品需求量預(yù)測(cè)（萬片 /年） 時(shí)間（年） 2021 2021 2021 2021 數(shù)量（萬片） 130 150 180 200 目前生產(chǎn)中存在的問題 通過前期的技術(shù)攻關(guān)和試驗(yàn)研究，系列紅外光學(xué)氟化物產(chǎn)品的生長及加工技術(shù)都取得了較大突破，單晶體生長及光學(xué) 加工設(shè)備狀況 遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足大批量生產(chǎn)的需求，制約瓶頸主要表現(xiàn)在以 下幾個(gè)方面： （ 1） 晶體生長設(shè)備尺寸小，數(shù)量較少。目前我院僅有 4 臺(tái)真空下降單晶爐適合用于紅外光學(xué)氟化物晶體的生長，但生長的晶體尺寸較小，與現(xiàn)有市場(chǎng)需求的尺寸差別較大。所以，為了保證單晶爐晶體產(chǎn)量，必須采用 φ 200mm 以上的坩堝內(nèi)徑，通過徹底改造現(xiàn)有設(shè)備和添置新的大直徑晶體爐來滿足批量生產(chǎn)的需求。 （ 2） 晶體加工設(shè)備落后，加工效率低。目前我院能用于紅外氟化物晶體的內(nèi)圓切割機(jī)有
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