在高平市的山西海诺科技生产车间，内壁仅2微米的空心玻璃微珠如银色粉末般流动，这些比发丝直径还要细小的球体，却能承受深海万米的高压、抵御航空航天的极端温差。山西海诺科技股份有限公司科研团队历经10多年试验，成功研发出空心玻璃微珠工业化制备工艺和设备，打破了国外垄断，实现了空心玻璃微珠的国产化替代。运用该技术生产的空心玻璃微珠，各项技术参数均达到国际先进水平。近日，山西海诺的“一种空心玻璃微珠的制备方法”发明专利荣获第二十五届中国专利奖优秀奖，这枚中国专利界的“皇冠明珠”，不仅见证着一项“卡脖子”技术的国产化突破，更勾勒出中国空心玻璃微珠产业从跟跑到领跑的创新轨迹。

　　3800万颗重量仅1克，誓要突破“卡脖子”之痛

　　空心玻璃微珠，一种内部封存稀有气体的薄壁封闭球体，看似微不足道，却是现代工业的“隐形基石”。

　　金秋时节，记者走进位于晋城市高平马村工业园区的山西海诺，探寻这颗神奇的空心玻璃微珠。在电子显微镜数百倍放大后，空心玻璃微珠呈现出完美的球形结构，外壁薄如蝉翼，内部中空填充惰性气体，3800万颗重量仅1克。山西海诺董事会秘书赵慧龙介绍，独特的中空球形结构赋予它非凡的特性，不仅具有密度低、导热系数低、抗压强度高、耐高温、稳定性好的优点，还具备绝缘、自润滑、隔音、耐火、耐腐蚀、防辐射、无毒以及表面易改性等特殊性能。

　　空心玻璃微珠是微米级的非金属轻质无机材料，既可单独使用，也可作为轻质填料制备复合材料，被广泛应用，是当之无愧的战略新材料。“当我首次接触空心玻璃微珠，就被它的奇异性能和广泛用途震惊。”山西海诺董事长申鹏展回忆道。这样的关键材料，生产技术一直被国外垄断。“空心玻璃微珠对咱们来说是‘卡脖子’产品。”神奇的微珠，让他萌发启动技术研发的念头，此时的他已在煤炭领域深耕多年，成功赚取了人生第一桶金，正思谋二次创业，投身更有前景的科技产业。“我认定空心玻璃微珠产业前景广阔。”申鹏展说，“特别是空心玻璃微珠大规模工业化生产，既能摆脱受制于人的局面，解决战略新材料需求，还能实现转型发展，这不是利国利民的好事吗？”2008年起，他邀请中国科学院研究所、中北大学等专家参与，组织科研团队开展空心玻璃微珠产业化试验，研发其工业化生产工艺和设备。

　　万次试验破解“微小世界”的制造密码

　　空心玻璃微珠的研发，堪称“于细微处见真章”的系统工程。“当时连参考的资料都寥寥无几，我们只能从基础原理开始探索。”赵慧龙说，空心玻璃微珠制备如同在微米尺度上“吹玻璃”。工业化生产，需从小试做起。科研团队决定从5公斤小试入手，验证工艺可行性，锁定关键参数。在太行山上的山西海诺厂房里，高温成球炉首次点燃时，团队成员满怀期待。他们依据理论认知，将二氧化硅、金属原料按一定比例配制成浆料，经过磨浆、均质化、烧制等工序，期待首批空心玻璃微珠诞生。然而，成球炉冷却后，一堆次品浇灭了所有热情，空心微珠要么变成了实心玻璃球，要么粘成了一团。

　　团队调整原料比例、增加磨浆细腻度、加大均质化压力、优化烧结温度……经过百十次试验，数据记录本摞得老高，但成功仍遥不可及。申鹏展感慨道：“空心玻璃微珠生产理论看似简单，背后却藏着无数待解的技术密码。原料比例稍有偏差，成品就可能面目全非；烧结温度多升几度，空心结构就可能坍塌；就连均质化时的压力波动，都可能导致微珠粘黏。从论文到工厂生产线，确实难如西天取经。一次试验成本近千元，投入似无底洞。我心里也没底，望着一堆堆次品，经常整夜失眠。”

　　2010年起，申鹏展和科研团队干脆吃住在实验室，一起寻找问题症结，紧盯每一道工序。反复配比、调整数值、不断实验……“那段时间，实验室的灯彻夜通明，团队成员轮流值守，记录着每一组试验数据。”功夫不负有心人，他们终于找到关键技术突破口，探明了空心玻璃微珠工业化生产的原料配方、研磨细度、均质化程度、喷雾造粒粒径控制、烧结火焰温度等关键数据，迈出了微珠工业化制备的重要一步。

　　从小试到中试，经过5公斤、50公斤、100公斤、500公斤的递进式试验和上万次实验，2012年，山西海诺科研团队终于研发出能耗小、成球率高的空心玻璃微珠生产工艺：将二氧化硅等多组分原料配制，磨成原料浆，再均质化，喷雾造粒得到空心玻璃微珠坯体，坯体经高温强化成球，获得最终产品。在我国自主研发的万米级潜水器“奋斗者”号，其浮力材料采用了山西海诺生产的高性能空心玻璃微珠，在万米深海环境下保持了稳定支撑。

　　产研融合为高端制造产业发展注入“微动力”

　　在有关部门支持下，2015年，山西海诺建成国内首条拥有高性能空心玻璃微珠制备技术自主知识产权的工业化生产线，实现了空心玻璃微珠从实验室到规模化生产的跨越，能够量产微珠低、中、高全密度系列产品。2021年，又建成国内唯一万吨级空心玻璃微珠智能产线。经权威部门检验，生产的多数型号产品抗压强度、粒径分布等核心指标处于国际领先水平，让国产空心玻璃微珠价格降至进口产品的三分之一，打通了“研发—中试—量产”的绿色通道。“微球代木复材制备”项目列入省级专利转化推广项目，并通过了“专利密集型产品”认证。

　　“实验室里我们可以精雕细琢，但工业化生产要求每一粒空心玻璃微珠的性能都要保持一致，这对设备和工艺的要求提升了不止一个档次。”申鹏展说：“产业化的第一个难题就是设备研发，空心玻璃微珠一条生产线有几十台大大小小的设备，这些设备都是我们自主研制。”在研制过程中，没有成熟设备可供参考，从第一道工序到最后一道工序的每台设备，都靠团队自己摸索和完善。小试时，其中一道工艺是烘干喷雾造粒后的空心玻璃微珠坯体，这需要特制烘干设备。研发团队成员回忆说：“微珠粒直径不到100微米，壁厚只有1-2微米，质量特别轻，对生产设备要求非常高。”市场上买不到现成设备，跑遍全国各地，对方听说技术参数介绍后都连连摇头。“我们本地工业制造基础薄弱，没有配套科研服务机构提供技术支撑，还缺少懂行的专业人才把控细节。从小试到中试，再到规模化生产，制备微珠的一台台设备，每一步都很艰辛，每一个环节都困难重重。”

　　无论是空心玻璃微珠量产的一次次跨越，还是生产工艺的一次次修改完善，都对设备提出了更高要求。实验团队必须对一台台设备进行更新优化，有时还得“推倒重来”。赵慧龙说：“每提升一个产能量级，原有的设备就难以适配，必须重新设计、重新研制，没有任何捷径可走。”如今从微珠生产中必需的除尘设备、搅拌式反应釜，到核心的空心玻璃微珠成球炉、分级设备，再到收集装置、烘干装置、表面处理装置，乃至最后的包装机，微珠工业化生产的全流程设备都烙着山西海诺自主研发的印记。研制的这些设备已获得了11项实用新型专利，正在申请和准备申请的还有好几十项，这也让企业有底气制备中国自己的高性能空心玻璃微珠。如今，在山西海诺的带动下，国内形成了多点突破的研发新格局，企业也形成了从原料供应、设备制造到产品生产、应用开发的完整产业链。

　　科技创新不仅提升了空心玻璃微珠的性能，更打破了产业边界，推动其与千行百业深度融合，从单一辅料升级为多领域不可或缺的关键材料，应用场景持续扩容。山西海诺以1.5万吨产能，成为国内微珠生产规模最大的企业、国家级专精特新“小巨人”企业。其产品已应用于油田固井、改性塑料、胶粘剂、涂料、橡胶、代木、PCB等领域。仅中国海洋石油集团就累计使用1.5万多吨，替代了进口产品，节省石油开采成本约6亿元。从“跟跑”到“并跑”再到“领跑”，中国空心玻璃微珠的研发之路，见证了中国制造业的崛起。申鹏展自豪地说：“我们牢记‘做世界领先的高性能空心玻璃微珠新材料企业’的初衷，让中国企业用上世界最好的空心玻璃微珠。”