作品聲明：內(nèi)容取材于網(wǎng)絡(luò)

在芯片光刻機動輒納米級的精度要求里，藏著一種看似普通卻堪稱“工業(yè)維生素”的關(guān)鍵材料，那就是超純鐵。

它的純度每提升0.0001%，都可能改寫高端制造的性能極限，而誰掌握了它的核心技術(shù)，就等于捏住了下游產(chǎn)業(yè)的命脈。

過去數(shù)十年，這個命脈一直被美日兩國死死攥在手中，2022年日本的出口限制，就曾讓華為部分芯片生產(chǎn)線陷入停擺風(fēng)險。

但如今，一組震撼數(shù)據(jù)打破了這份壟斷神話，中國科研團隊煉出的超純鐵純度達99.9992%，十萬噸鐵水凝固后，雜質(zhì)總量僅8公斤。

這樣的“極致純凈”是如何被創(chuàng)造出來的，那些藏在純度數(shù)據(jù)背后的日夜攻關(guān)，究竟藏著怎樣的創(chuàng)新密碼？

從"卡脖子"到八公斤雜質(zhì)

在鋼鐵行業(yè)，純度每多一個"9"，就意味著技術(shù)難度的指數(shù)級提升。

5N級超純鐵即純度達到99.999%以上，長期以來被美日兩國死死攥在手中。

他們不僅壟斷了全球90%以上的市場份額，連4N級的中端產(chǎn)品都對中國限制出口，核心工藝更是半個字都不外泄。

中國作為鋼鐵產(chǎn)量全球第一的國家，此前能穩(wěn)定生產(chǎn)的工業(yè)純鐵純度多在99.8%左右，與5N級之間隔著難以逾越的技術(shù)鴻溝。

2020年1月，上海大學(xué)聯(lián)合河北龍鳳山鑄業(yè)等機構(gòu)成立鐵基新材料研究院，正式向這一"卡脖子"難題宣戰(zhàn)。

硬仗在5N級超純鐵的研發(fā)，由于近鐵元素的物理化學(xué)性質(zhì)與鐵極為相似，常規(guī)冶煉手段根本無法精準分離。

而鐵中含有的73種雜質(zhì)元素，每種都需要針對性的去除方案。

2022年4月，上海大學(xué)王林軍教授提出關(guān)鍵思路，將半導(dǎo)體領(lǐng)域成熟的區(qū)熔提純技術(shù)遷移到鐵的超純化中。

這一跨界想法看似簡單，實則要攻克一系列難題，鐵的熔點高、易氧化，常規(guī)區(qū)熔爐根本無法適配。

徐閏教授率領(lǐng)團隊接下了這個任務(wù)，他們用兩年時間反復(fù)設(shè)計調(diào)試，終于造出國內(nèi)首臺超高真空垂直浮區(qū)感應(yīng)區(qū)熔爐。

2023年9月，團隊通過"電解-真空熔煉-真空垂直區(qū)熔"的組合工藝，首次制備出5N級超純鐵樣品。

而后經(jīng)過半年優(yōu)化，2024年3月工藝穩(wěn)定性得到驗證。

第三方檢測數(shù)據(jù)顯示，這批超純鐵的純度達到99.9992%，其中氣體雜質(zhì)含量僅4.5ppm，其余73種金屬雜質(zhì)總和為3.2ppm，雜質(zhì)總量僅7.7ppm。

換算下來，十萬噸這樣的超純鐵中，雜質(zhì)總量還不到8公斤，這一指標甚至超過了美日同類產(chǎn)品。

2024年11月，上海國際特殊鋼工業(yè)展覽會上，這項成果的公布讓全球同行驚嘆不已，中國正式躋身超純鐵頂尖生產(chǎn)國行列。

這樣的技術(shù)突破絕非偶然，每一個"9"的提升背后，都是科研人員無數(shù)個日夜的鉆研與試錯。

中國的攻堅時刻

整個攻關(guān)過程中，團隊面臨的難題遠超預(yù)期，從原料篩選到設(shè)備調(diào)試，幾乎每一步都要從零開始摸索。

原料控制是提純的第一道關(guān)卡，要生產(chǎn)超純鐵，必須從源頭減少雜質(zhì)引入，但不同礦石的雜質(zhì)含量差異巨大，需要精準的分析檢測和調(diào)配能力。

山西的鐵礦企業(yè)專門升級了選礦工藝，為項目供應(yīng)高純度鐵精粉。

而龍鳳山的技術(shù)人員則建立了一套嚴苛的原料檢測標準，每一批礦石都要經(jīng)過上百項指標篩查，確保初始雜質(zhì)含量控制在最低水平。

深脫硫工序曾一度卡殼，既要將硫含量降到百萬分之二以下，又不能引入新的雜質(zhì)。

團隊嘗試了十幾種脫硫劑和工藝組合，做了300多次實驗，才最終找到"鎂基脫硫劑+真空攪拌"的最佳方案。

董瀚教授作為項目帶頭人，從2019年就牽頭布局超純鐵研發(fā)，帶領(lǐng)團隊系統(tǒng)研究火法冶金、濕法電解、真空區(qū)熔等多種工藝的雜質(zhì)去除機理。

在他的協(xié)調(diào)下，上海大學(xué)的實驗室研究與龍鳳山的工業(yè)化試驗緊密銜接，避免了"實驗室成果無法落地"的常見困境。

徐閏教授團隊在設(shè)計區(qū)熔爐時，幾乎沒有可借鑒的資料。

有團隊成員回憶，2023年夏天為了趕進度，大家在高溫的實驗室里連續(xù)工作兩個月，每天休息時間不足五小時，終于解決了熔區(qū)不穩(wěn)定的關(guān)鍵問題。

產(chǎn)學(xué)研的深度協(xié)作成為攻關(guān)的關(guān)鍵支撐。

河北省相關(guān)部門提供政策和資金支持，龍鳳山投入巨資建設(shè)中試生產(chǎn)線，上海大學(xué)負責技術(shù)研發(fā)，冶金經(jīng)濟研究發(fā)展中心提供行業(yè)指導(dǎo)。

這種多方聯(lián)動的模式，讓實驗室的技術(shù)成果快速轉(zhuǎn)化為工業(yè)化產(chǎn)能，僅用兩年就實現(xiàn)了從樣品到量產(chǎn)的跨越。

從被動到掌握話語權(quán)

科研人員的汗水換來了技術(shù)的飛躍，而這場飛躍帶來的，遠不止一份成績單，更是對全球超純鐵壟斷格局的徹底沖擊。

長期以來，美日企業(yè)憑借技術(shù)優(yōu)勢，將5N級超純鐵打造成"天價材料"，按克計價，每克售價高達數(shù)百元，相當于黃金的價格水平。

中國實現(xiàn)5N級超純鐵量產(chǎn)後，首先打破了價格壟斷。

河北龍鳳山的200噸級生產(chǎn)線投產(chǎn)后，國產(chǎn)超純鐵價格直接降至進口產(chǎn)品的五分之一，部分規(guī)格甚至降到每公斤80元，讓國內(nèi)企業(yè)的原材料成本下降了八成。

供應(yīng)格局的改變更具戰(zhàn)略意義，此前全球能穩(wěn)定制備5N級超純鐵的只有美日兩家實驗室，年產(chǎn)量僅以公斤計，根本無法滿足市場需求。

中國建成產(chǎn)業(yè)化工廠后，年產(chǎn)量達到噸級，不僅能滿足國內(nèi)需求，還開始向東南亞、中東等地出口。

2024年中國高純鐵類產(chǎn)品出口量同比增長180%，總金額翻了四倍。

全球超純鐵市場從"賣方市場"徹底轉(zhuǎn)向"買方市場"，中國企業(yè)也終于擺脫了"有錢買不到"的困境。

對國家科技安全而言，這場突破的意義更為深遠。

超純鐵是半導(dǎo)體、航空航天、核工業(yè)等領(lǐng)域的關(guān)鍵原料，光刻機的雙工件臺、航空發(fā)動機的熱端部件、聚變堆的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)，都離不開它。

以前受材料限制，國內(nèi)28納米芯片良品率上不去，7納米制程研發(fā)受阻。

現(xiàn)在用國產(chǎn)超純鐵制造光刻機部件，磁性干擾降至0.5高斯以下，為3納米制程研發(fā)掃清了障礙。

航空發(fā)動機葉片用超純鐵做基材后，壽命延長了30%，戰(zhàn)機在極端環(huán)境下的可靠性顯著提升。

結(jié)語

這場技術(shù)突破，不僅打破了美日數(shù)十年的壟斷，更讓中國從超純鐵的凈進口國變成凈出口國，在全球高端制造產(chǎn)業(yè)鏈中牢牢掌握了主動權(quán)。

從"鋼鐵大國"到"材料強國"，超純鐵技術(shù)的突破證明了基礎(chǔ)研究的價值，也展現(xiàn)了中國制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級的決心。

當更多這樣的"卡脖子"技術(shù)被攻克，中國不僅能在全球產(chǎn)業(yè)鏈中占據(jù)更高位置，更能為世界提供更優(yōu)質(zhì)、更經(jīng)濟的選擇。