突破“核”心技术 铸就国之重器——方大炭素核电用炭/石墨材料研发纪实
在当今世界能源格局深刻变革的背景下，核电作为清洁能源的重要组成部分，其关键材料的自主研发能力直接关系到国家能源安全与科技自立自强。作为拥有60年科研生产历史的国家高新技术企业，方大炭素公司凭借在核电用炭/石墨材料领域的持续突破，成功实现了从“跟跑者”到“领跑者”的跨越，为我国核电事业发展提供了坚实支撑。
创新引领：从传统制造到高端突破
方大炭素自2002年登陆上海证券交易所、2006年成功改制以来，通过持续的技术创新和产业升级，已发展成为全球炭素制品单体产量最大的现代化企业集团。在“科技强企”战略指引下，公司构建了完善的产学研协同创新体系，先后建立了国家级企业技术中心、博士后科研工作站等创新平台，为核电用炭/石墨材料的研发奠定了坚实基础。
2008年，公司承担国家科技重大专项“大型先进压水堆及高温气冷堆核电站”研究课题中的炭堆内构件制造技术研究，并承担起相应的生产供货任务，标志着正式进军核级炭素材料领域。作为当时项目的核心成员之一的梁峰（现任石墨烯新材料研究院副院长）回忆道：“当时国内核级炭素材料完全依赖进口，我们既没有现成经验可循，也缺乏相关技术标准，一切都要从零开始。”
攻坚克难：实现从0到1的突破
面对技术空白，方大炭素组建了技术研发联合攻关团队。在项目申报初期，梁峰带领项目组全体成员全身心投入到紧张的准备工作中。他们如同精密的工匠，仔细研读设备图纸，将每一个细节都铭记于心。通过归类、整理海量的数据反复核算，最终确定了产品的总重。在此基础上，他们精心设计毛坯产品的尺寸，规划生产工艺流程。这些细致入微的工作，为公司在炭堆内构件制造合同竞标中提供了坚实可靠的理论数据支撑，也为后续的成功中标奠定了坚实基础。
然而，中标仅仅是漫长征途的起点，更艰巨的挑战接踵而至。梁峰和同事们迅速进入战斗状态，厉兵秣马，日夜奋战。他们面临的首要任务，便是获取《中华人民共和国民用核安全设备制造许可证》。这一许可证的获取，对企业的技术水平、管理能力等方面都有着极高的要求。项目组查阅大量资料，对照标准逐条完善，经过无数次的整改与优化，终于顺利通过取证。同时，他们的项目还得到了甘肃省科技厅专家组的认可，获得了宝贵的支持性资金。
在技术研发过程中，抗压强度、抗拉强度等关键性能指标低的问题成为横亘在科研人员面前的“拦路虎”。为了解决这些难题，项目组开展了多批次试验。每一次试验，他们都详细记录数据，分析结果，根据试验反馈进行技术改进，再进行新一轮的试验对比。在这个过程中，他们不断摸索，逐步掌握了各向同性或近似各向同性原料焦的选择和评判方法。针对大尺寸含硼炭堆内构件成型、焙烧工艺的关键技术难题，他们深入分析项目特点，组织技术骨干开展联合攻关。通过无数次的尝试与创新，终于攻克了这一难关。此外，炭堆内构件机械加工精度和预组装方式以及预组装外形尺寸测量等技术难题，也在他们的不懈努力下被一一破解。
最终，项目组形成了一整套完善的制造炭堆内构件作业指导书。按照这份指导书生产出的产品，各项指标均符合《炭堆内构件制造技术研究》任务合同考核指标要求，并成功应用于华能山东石岛湾200MW高温气冷堆核电站示范工程。这一成果意义非凡，标志着公司核级炭材料在国内率先应用于全球首座第四代高温气冷堆，实现了核安全级炭材料从0到1的重大突破。
方大炭素在取得技术突破的同时，也积极推动行业标准的建设。公司主持起草并申报的《高温气冷堆用炭堆内构件》行业标准和《炭素材料静态弹性模量和泊松比试验方法》国家标准先后颁布实施，为行业的规范化发展提供了重要依据。其研发成果也屡获殊荣，2015年11月，高温气冷堆用炭堆内构件在甘肃首届“创新杯”工业设计大赛中获得优秀奖；2017年11月参加第十九届中国国际高新技术成果交易会获得了“优秀产品奖”；2018年12月，课题顺利通过国家能源局核电专项办公室组织的验收。
优质产品的生产离不开先进装备的保障。在高温气冷堆炭堆内构件研发期间，方大炭素大手笔投入，投资7000多万元新建了机械加工专用无尘恒温车间。同时，专门引进1台德国振动成型机，这台设备对产品均匀性和成型稳定性起到了关键的保障作用。如今，公司已形成了年产3万吨炭/石墨堆芯材料的产能和800吨炭/石墨堆内构件机械加工能力的产线基地，为后续的生产和研发提供了坚实的硬件基础。
通过承接高温气冷堆炭堆内构件制造技术研究课题和保障生产供货，方大炭素培养了一大批专业人才，涵盖研发人员、工艺和技术人员、核质保管理人员、核安全级炭素制品机械加工人员和测试人员等多个领域。这些人才具备研究和生产高温气冷堆用炭堆内构件产品等高性能特种炭素制品的能力，为国家重大科技专项高温气冷堆炭的发展提供了强有力的技术保障。
持续突破：迈向核级石墨国产化
在炭堆内构件取得突破后，方大炭素将目光投向了更前沿的核级石墨领域。2016年，方大炭素子公司成都炭材自筹资金启动“高温气冷堆用核级石墨国产化技术研究”项目。
“核级石墨的研发难度远超预期。”项目负责人表示：“我们不仅要解决材料纯度问题，还要确保其在强辐射环境下的稳定性。”经过3年的刻苦钻研，科研人员成功制备出达到日本东洋IG110产品水平的核级石墨。这一成果打破了国外技术垄断，实现了核级石墨国产化的重要突破。
2019年，公司与俄罗斯国家科学技术中心反应堆研究院签订了《石墨辐照及辐照后测试》合同，利用其BOR-60反应堆，对方大炭素全资子公司成都炭材生产的CT-10石墨材料进行不同温度点、不同中子剂量下的全辐照试验。2024年3月公布的试验结果显示，样品在最高剂量、最高温度辐照后仍保持优异性能，标志着我国核级石墨研发跻身世界前列。
布局未来：开拓快堆用含硼石墨新领域
基于在核级材料领域的技术积累，2019年方大炭素敏锐地捕捉到国家核电工程项目600MW示范快堆工程用含硼石墨及后续商业化快堆用含硼石墨的广阔市场前景，果断着手立项研发快堆用含硼石墨。同时，公司向兰州市科技局申报了《600MW示范快堆用含硼石墨研究及其产业化》项目，该项目凭借其创新性和重要性，被兰州市科技局评为2019年兰州市十大科技项目。
公司副总工程师李长平对研发含硼石墨的过程记忆犹新。从开始设计方案到投入生产工序的3个月时间里，他和团队面临着重重困难。他们查阅了大量国内外资料，试图从浩如烟海的信息中寻找灵感和突破点。在实验过程中，方案一次次被推翻，实验一次次重来，但他们始终没有气馁。凭借着坚韧不拔的毅力和对科技创新的执着追求，经过无数次的探索、尝试，他们终于找到了关键技术的突破口。
从2019年到2024年，快堆用含硼石墨经历了从实验室试验到生产线试制，从用户参加的工艺评定到产业化批量生产的全过程。在这个过程中，团队成功突破了成型工序毛坯中碳化硼均匀分布及产品在热处理过程中因热应力分布不均匀造成产品出现裂纹的关键技术难题。快堆用含硼石墨成功应用于我国核电重点工程600MW示范快堆工程1#、2#堆项目，并顺利通过了工程验证。
2021年5月，该产品经甘肃省工信委专家组评审达国内先进水平，先后荣获“第二十五届中国国际高新技术成果交易会优秀产品奖、2023年度甘肃省优秀新产品三等奖、第二届甘肃省企业科技创新大赛科技创新成果二等奖、甘肃省第五届“创新杯”工业设计大赛“产品设计优秀奖”。如今，快堆用含硼石墨制造工艺成熟，产品性能可靠，为后续我国商业快堆建设用含硼石墨供货奠定了坚实基础。
在核安全级炭/石墨材料制造资质方面，方大炭素同样成绩斐然。2011年3月，公司在国内炭素业界率先取得炭堆内构件《民用核安全设备制造许可证》。2024年4月17日，全资子公司成都炭材也取得石墨堆内构件用《民用核安全设备制造许可证》，至此，方大炭素在民用核安全级炭/石墨材料制造领域独占鳌头。
创新启示：科技自立自强的生动实践
方大炭素在核电材料领域的突破，不仅实现了关键材料的自主可控，更探索出了一条产学研用协同创新的成功路径，为我国高端材料研发提供了宝贵经验：
一是坚持需求导向。公司始终围绕国家重大战略需求布局创新，集中解决“卡脖子”问题。二是注重体系建设。构建了“基础研究-应用研发-工程化-产业化”全链条创新体系，实现了从实验室到工程应用的快速转化。三是强化人才支撑。通过“项目+人才”培养模式，打造了一支核级材料研发团队。
展望未来，方大集团副总裁、方大炭素董事长马卓表示：“我们将继续聚焦国家战略需求，在核电用炭/石墨材料研发等高端领域持续创新，为保障国家能源安全作出新的更大贡献。”
从高温气冷堆到快中子堆，方大炭素用十六年的坚守与创新，书写了中国炭素工业从“跟跑”到“领跑”的精彩篇章。这条创新之路，不仅彰显了新时代中国企业的科技担当，更为实现高水平科技自立自强提供了生动注脚。（罗永岗赵成林）