我国新材料产业正处于由中低端产品自给自足向中高端产品自主研发ღ✿ღ、进口替代的过渡阶段ღ✿ღ;国内高端新材料技术和生产偏弱ღ✿ღ,近年来产能虽有显著提高ღ✿ღ, 但未能满足国内高端产品需求ღ✿ღ,材料强国之路任重而道远ღ✿ღ。
碳纤维以其出色的性能被用于航空航天ღ✿ღ、汽车等多个领域ღ✿ღ。我国碳纤维产业存在产能利用低ღ✿ღ、高端产品少的问题ღ✿ღ。实现碳纤维规模生产和应用开发的双自主化ღ✿ღ,是提升我国国防实力和保障供应链稳定的关键ღ✿ღ。铝合金车身板应用在汽车最重的车身ღ✿ღ,是实现轻量化目标的关键材料ღ✿ღ。我国生产工艺复杂的铝合金车身板部分已经开始出口ღ✿ღ。铝合金车身板国产化是我国汽车产业提高竞争力ღ✿ღ,帮助国家实现节能减排目标的关键ღ✿ღ。
聚酰亚胺(PI)在航空航天ღ✿ღ、高端电子元器件ღ✿ღ、半导体等多个尖端领域有很高应用价值ღ✿ღ。我国在高端 PI 薄膜以及其他高端 PI 产品仍面临“卡脖子”问题ღ✿ღ。碳化硅纤维(SiC 纤维)是继碳纤维之后发展的又一种新型高性能纤维ღ✿ღ。全球来看碳化硅纤维技术仍在快速发展和迭代ღ✿ღ,中国企业有望迎来弯道超车的机遇ღ✿ღ。
硅片是半导体器件和太阳能电池的主要原材料ღ✿ღ。光伏用硅片产能大多集中在我国ღ✿ღ,生产技术水平全球领先ღ✿ღ。半导体硅片制作工艺更为复杂ღ✿ღ,部分国内企业正努力打破技术壁垒ღ✿ღ。碳化硅是功率器件的重要原材料ღ✿ღ,产业格局呈现美国独大的特点ღ✿ღ;近年来该材料不断在电动车ღ✿ღ、 光伏ღ✿ღ、智能电网等领域渗透ღ✿ღ,拥有强劲的下游需求ღ✿ღ。溅射靶材是集成电路的 核心材料之一ღ✿ღ;2013-2020 年全球靶材市场规模的复合增速达14%ღ✿ღ。
聚酰胺(PA)材料受制于国外企业对于原材料生产技术的技术壁垒ღ✿ღ。在“碳中和”及“以塑代钢”政策背景下ღ✿ღ,该材料国产替代对我国新能源产业ღ✿ღ、电子通信ღ✿ღ、交通运输等领域的发展进步具有重大意义ღ✿ღ。聚苯硫醚是一种具备优异的物理化学性质的特种工程塑料ღ✿ღ,对汽车轻量化ღ✿ღ、大气污染防治做出了重要的贡献ღ✿ღ。聚乳酸因其优异的机械性ღ✿ღ、环保性等特点而广泛应用于医药设备及 3D 打印等诸多领域ღ✿ღ,但进口依存度较大ღ✿ღ。
电子浆料是制造厚膜电阻等电子元件的关键ღ✿ღ,广泛应用于在光伏ღ✿ღ、航空ღ✿ღ、军事等领域ღ✿ღ;目前国内电子浆料龙头企业正致力于生产高质量ღ✿ღ、高性价比的电子浆料ღ✿ღ,市占率有较大提升空间ღ✿ღ。电子陶瓷可广泛应用于通信ღ✿ღ、工业ღ✿ღ、汽车等领域ღ✿ღ,其中 MLCC 作为产量和需求量最大的电子陶瓷ღ✿ღ,与电子元器件市场发展趋势和国家政策导向相匹配ღ✿ღ。
聚苯醚树脂被广泛用于电气机械ღ✿ღ、ITღ✿ღ、汽 车ღ✿ღ、军工等ღ✿ღ,改性聚苯醚在全球的市场需求和消费量逐年上升ღ✿ღ。对位芳纶产业集中程度较高ღ✿ღ,目前国内对位芳纶产能自给率约 20%左右ღ✿ღ,进口依赖严重ღ✿ღ。高吸水性树脂(SAP)具有吸水性好ღ✿ღ、价格适中ღ✿ღ、安全性好等特点ღ✿ღ,预计 2025 年全球 SAP 需求量将增长至 440 万吨ღ✿ღ。国内人口老龄化趋势加重ღ✿ღ,叠加生育政策放开ღ✿ღ,预计 2023 年中国 SAP 市场规模将达到 145.1 亿元ღ✿ღ。
光学膜广泛应用在电子显示ღ✿ღ、建筑ღ✿ღ、 汽车ღ✿ღ、新能源等ღ✿ღ,目前我国在中低端光学膜领域已经实现国产替代ღ✿ღ。在高端光学膜领域ღ✿ღ,我国企业正通过内生ღ✿ღ、外延两种方式寻求技术突破和产业升级ღ✿ღ。光刻胶是一种在半导体制造ღ✿ღ、PCBღ✿ღ、面板行业中使用的尖端材料ღ✿ღ。当前我国光刻胶国产化比例很低ღ✿ღ,高端半导体光刻胶基本完全依赖进口ღ✿ღ,突破光刻胶的海外技术垄断已经成为我国科技前沿攻关的关键环节ღ✿ღ。OLED是全球新一代显示技术的代表ღ✿ღ,有望在手机面板领域成为主流显示技术ღ✿ღ。我国生产商在OLED面板产业中积极扩产ღ✿ღ,未来产能增长较快ღ✿ღ,国产化OLED材料潜在需求旺盛木下亚由美ღ✿ღ。在高价值的发光材料成品领域中ღ✿ღ,我国已经初步实现国产替代ღ✿ღ,部分细分产品已实现向国内面板厂商的大批量供货ღ✿ღ,但在技术和产能上和国际领先水平仍有差距ღ✿ღ,国际竞争力仍有较大增强空间ღ✿ღ。
我国新材料产业正处于由中低端产品自给自足向中高端产品自主研发ღ✿ღ、进口替代的过渡阶段ღ✿ღ,位于全球新材料产业的第二梯队ღ✿ღ,与美ღ✿ღ、日等优势企业还有一定的差距ღ✿ღ。2020年 我国新材料总产值达到 5.3 万亿元ღ✿ღ,较上一年增长 15%ღ✿ღ,预计 2025 年新材料产业总产值增加至 10 万亿ღ✿ღ,年复合增长率约为 13.5%ღ✿ღ。产业结构呈以特种功能材料ღ✿ღ、现代高分子材料和高端金属结构材料为主要分布ღ✿ღ,分别占比 32%ღ✿ღ、24%和 19%ღ✿ღ。
新材料产业集聚效应显著ღ✿ღ,细分方向领域地理分布各有侧重ღ✿ღ。江苏ღ✿ღ、山东ღ✿ღ、浙江和广东四省新能源规模超过 10000 亿ღ✿ღ,福建ღ✿ღ、安徽ღ✿ღ、湖北次之ღ✿ღ,规模超 5000 亿ღ✿ღ。长三角新材料产业关注新能源汽车ღ✿ღ、生物ღ✿ღ、电子等领域ღ✿ღ,珠三角侧重于高性能复合材料等的研发ღ✿ღ, 环渤海地区则对特种材料ღ✿ღ、前沿材料较为重视ღ✿ღ。
随着国家政策对航天航空ღ✿ღ、军事ღ✿ღ、光伏电子ღ✿ღ、生物医疗领域新材料及其下游产品的支持ღ✿ღ, 市场需求不断扩大ღ✿ღ,同时对产品性能的要求持续提升ღ✿ღ,新材料企业产业规模急剧扩大ღ✿ღ、 对企业ღ✿ღ、科研人员研发能力的要求不断提高ღ✿ღ。下游消费电子ღ✿ღ、新能源ღ✿ღ、半导体ღ✿ღ、碳纤维等行业加速向国内转移ღ✿ღ,新材料国产化需求迫切ღ✿ღ,进口替代仍将继续推动我国新材料产业投资的未来发展ღ✿ღ。我国新材料领域投资在 2013-2017 年间显著增加ღ✿ღ,之后有所回落ღ✿ღ,其原因是高端材料的开发技术壁垒高ღ✿ღ、研发周期长ღ✿ღ、资本需求大ღ✿ღ、较难凸显成本优势ღ✿ღ。科创板的推出正扶持着一批初创期新材料企业ღ✿ღ,打通其融资渠道ღ✿ღ,鼓励企业加大研发创新ღ✿ღ,从而促进整体行业转型升级ღ✿ღ。
碳纤维材料以其出色的性能被用于航空航天ღ✿ღ、风电ღ✿ღ、体育休闲ღ✿ღ、汽车等多个领域ღ✿ღ,是新材料领域用途最广泛ღ✿ღ、市场化最高的材料ღ✿ღ,被誉为“新材料之王”ღ✿ღ。全球碳纤维市场需求近年快速增长ღ✿ღ,我国也抓住机遇ღ✿ღ,发展成为全球第二大碳纤维生产国ღ✿ღ。但是ღ✿ღ,我国碳纤维产业相比起国外还存在企业产能利用低ღ✿ღ、高端产品少ღ✿ღ、应用开发难的问题ღ✿ღ,下游行业还是严重依赖进口碳纤维产品ღ✿ღ。在当前国际环境下ღ✿ღ,实现碳纤维规模生产和应用开发的双自主化ღ✿ღ,是提升我国国防和制造业实力ღ✿ღ,保障供应链稳定的关键ღ✿ღ。
碳纤维(Carbon Fiber)是由聚丙烯腈(PAN)(或沥青ღ✿ღ、粘胶)等有机纤维在高温环境下裂解碳化形成的含碳量高于 90%的碳主链结构无机纤维ღ✿ღ,作为高性能材料产于上世纪 60 年代ღ✿ღ。碳纤维具备出色的力学性能和化学稳定性ღ✿ღ:作为目前实现大批量生产的高性能纤维中具有最高比强度(强度比密度)和最高比刚度(模度比密度)的纤维ღ✿ღ,碳纤维是航空航天ღ✿ღ、风电叶片ღ✿ღ、新能源汽车等具有轻量化需求领域的理想材料ღ✿ღ。耐腐蚀ღ✿ღ、耐高温ღ✿ღ、膨胀系数小的特点使其得以作为恶劣环境下金属材料的替代ღ✿ღ;另外ღ✿ღ,导电导热特性拓展了 其在通讯电子领域的应用ღ✿ღ。
按照每束碳纤维中单丝根数ღ✿ღ,碳纤维一般分为小丝束和大丝束两个类别ღ✿ღ。小丝束性能更优但价格较高ღ✿ღ,一般用于航天军工等高科技领域ღ✿ღ,以及高端体育用品ღ✿ღ;大丝束成本较低ღ✿ღ, 往往应用于基础工业领域ღ✿ღ,包括土木建筑ღ✿ღ、交通运输和能源设备等ღ✿ღ。
2020 年ღ✿ღ,全球碳纤维运行产能为 171650 吨ღ✿ღ,相比 2019 年增加了 16750 吨ღ✿ღ,增长率 10.8%ღ✿ღ。美国ღ✿ღ、中国ღ✿ღ、日本承担了主要的产能ღ✿ღ,分别占据 21.7%ღ✿ღ、21.1%ღ✿ღ、17.0%ღ✿ღ。当前各大生产商大约还有 8 万吨/年未建设完成的扩产计划ღ✿ღ,这也体现了厂家对行业前景 的乐观预期ღ✿ღ。
需求层面ღ✿ღ,碳纤维市场的四大应用行业是航空航天ღ✿ღ、风电叶片ღ✿ღ、体育休闲ღ✿ღ、汽车ღ✿ღ,2020 年四大下游行业碳纤维需求量的占比超过 70%ღ✿ღ,产值占比超过 76%ღ✿ღ。
自 2015 年来ღ✿ღ,行业估计世界碳纤维需求量一直保持约 12%的增长ღ✿ღ,但受疫情影响 2020 年全球对碳纤维需求量总计 10.7 万吨ღ✿ღ,相比 2019 年仅增长 3%ღ✿ღ。总销售金额约 26.15 亿美元ღ✿ღ,同比下降 8.8%ღ✿ღ,主要原因在于疫情导致航空业重挫影响了高价值的高性能碳 纤维销售ღ✿ღ。风电领域则成为行业维持增长的主要推动力ღ✿ღ,碳纤维需求量在疫情下依然保持了 20%的年增长ღ✿ღ。
短期来看ღ✿ღ,2021 年世界航空业的恢复和风电设备的大量铺设能够让碳纤维市场回到快速增长的通道ღ✿ღ。长期来看ღ✿ღ,航空业需要消化 2020 年多余的产能ღ✿ღ,风电将继续作为未来碳纤维市场增长的主推动力ღ✿ღ。2020 年 10 月ღ✿ღ,全球 400 余家风能企业代表共同发布《风能北京宣言》ღ✿ღ,规划 2020-2025 年年度新增装机 5000 万千瓦以上ღ✿ღ。在各大风电厂家都扩产的背景下ღ✿ღ,目前碳纤维在风电机中的应用还未大规模铺开ღ✿ღ,仅世界风电巨头维斯塔斯一家形成了规模化应用ღ✿ღ。随着其他风电企业对碳纤维符合材料的应用开发ღ✿ღ,风电行业对碳纤维的需求可能会成倍增长ღ✿ღ。预计到 2025 年ღ✿ღ,世界碳纤维总需求量将超过 20 万 吨ღ✿ღ,折合年增长率 13.3%ღ✿ღ。
此外ღ✿ღ,碳纤维在其他应用领域还有很大潜力可以挖掘ღ✿ღ。以主要竞争对手铝合金为例ღ✿ღ,碳纤维和铝合金同属替换钢材的轻量化材料ღ✿ღ,碳纤维在强度ღ✿ღ、化学稳定性等性能上都占优ღ✿ღ, 并且在飞机部件ღ✿ღ、高性能汽车车架ღ✿ღ、自行车架等产品相比铝合金都有更好的表现ღ✿ღ。但受累于高昂的价格ღ✿ღ,目前碳纤维应用大多局限于高附加值产品ღ✿ღ。2016 年世界铝材年需求量约是碳纤维的 500-600 倍ღ✿ღ,行业产值约为 50 倍ღ✿ღ,且受益于汽车工业的发展铝材需求近年也在快速增长ღ✿ღ。随着技术的进步压低碳纤维的成本ღ✿ღ,未来碳纤维还有广阔的市场空间ღ✿ღ。
碳纤维产业作为资本密集型和技术密集型产业ღ✿ღ,全球碳纤维核心生产技术集中在日本ღ✿ღ、美国和欧洲ღ✿ღ。中国ღ✿ღ、韩国属于近年来快速增长的产业区域ღ✿ღ。
企业方面ღ✿ღ,日本东丽(Toray)在收购美国卓尔泰克后从技术和产能上都明显领跑业界ღ✿ღ,拥有世界约 30%的产能ღ✿ღ,是绝对的龙头企业ღ✿ღ。其他主要的海外厂商包括日本东邦 (Toho/Teijin)ღ✿ღ、日本三菱丽阳(MCCFC)ღ✿ღ、美国赫氏(Hexcel)ღ✿ღ、德国西德里(SGL)ღ✿ღ、 台塑(FPC)等ღ✿ღ。中国作为世界第二大碳纤维生产国ღ✿ღ,也涌现了诸如吉林碳谷ღ✿ღ、中复神鹰ღ✿ღ、光威复材等碳纤维生产企业ღ✿ღ,但总体来说低端产品较多ღ✿ღ,产能较为分散ღ✿ღ,在高性能碳纤维领域少有建树ღ✿ღ,离行业巨头们都还有较大距离ღ✿ღ。
(4)我国的发展水平ღ✿ღ、技术壁垒ღ✿ღ、需求缺口ღ✿ღ、进口依存度我国国产碳纤维产业多年来一直有“企业多ღ✿ღ,需求大ღ✿ღ,高产能ღ✿ღ,低产量”的特点ღ✿ღ,主要原因在于与国外产品的竞争劣势导致国产碳纤维需求低ღ✿ღ,再加上企业技术的落后导致无 法充分释放产能ღ✿ღ。在产品研发应用方面ღ✿ღ,长期“摸着日本东丽过河”ღ✿ღ,以仿制为主ღ✿ღ,比较缺乏创新性ღ✿ღ。碳纤维作为国家重点关注的战略物资ღ✿ღ,其产业发展直接关系到我国国防和制造业的稳定ღ✿ღ。
虽然我国碳纤维产业发展态势喜人ღ✿ღ,但从产业综合发展角度看ღ✿ღ,我国依然只能处于世界中游水平ღ✿ღ,主要体现在我国的碳纤维应用市场与国际市场有较大不同ღ✿ღ。
目前ღ✿ღ,我国有望在风电领域碳纤维应用开拓取得较大进步ღ✿ღ,2018 年我国生产风电叶片用碳纤维所用 8000 吨全部依赖进口ღ✿ღ,且客户大多在国外ღ✿ღ,2019 年则有 1000 吨来自国内供应商ღ✿ღ,实现了零的突破ღ✿ღ。风电叶片碳纤维当前已经成长为数万吨级别的市场ღ✿ღ,如果国内企业能够在生产上突破对外国原材料的依赖ღ✿ღ,并在应用上完成突破ღ✿ღ,能够大大改善国内碳纤维企业的盈利空间ღ✿ღ,提高中国碳纤维产业在国际上的地位ღ✿ღ,对中国碳纤维产业是一次极大提振ღ✿ღ。
铝合金是工业中应用最广泛的合金ღ✿ღ,在航空ღ✿ღ、航天ღ✿ღ、汽车ღ✿ღ、机械制造ღ✿ღ、船舶及化学工业中已大量应用ღ✿ღ。在国家节能减排的政策导向下ღ✿ღ,汽车行业仅仅通过设计优化汽车能耗已 很难达到国家越来越严格的燃油排放标准ღ✿ღ,因此汽车的轻质化是行业确定的发展方向ღ✿ღ。铝合金是汽车行业轻量化的主力材料ღ✿ღ,其中铝合金车身板(Automotive body sheet, ABS)应用在汽车最重的车身ღ✿ღ,是实现轻量化目标的关键材料ღ✿ღ。目前我国已逐渐打开国产车用铝合金市场甚至部分企业已经开始出口ღ✿ღ,其中国内企业和外企在国内工厂均有生产ღ✿ღ。铝合金车身板的国产化是我国汽车产业提高竞争力ღ✿ღ,帮助国家实现节能减排目标的关键ღ✿ღ。(1)技术概述铝合金是铝和镁ღ✿ღ、铜ღ✿ღ、硅ღ✿ღ、锰各种金属元素的产物ღ✿ღ,在和钢结构保持相同强度的条件下ღ✿ღ, 依旧比钢架构 50%ღ✿ღ。铝合金塑性好ღ✿ღ,可加工成各种型材ღ✿ღ,且具有优良的导电性ღ✿ღ、导热性和抗蚀性ღ✿ღ。铝是自然界含量最多的金属元素ღ✿ღ,原材料矿物方便取得ღ✿ღ。目前铝材工业上广泛使用ღ✿ღ,使用量仅次于钢ღ✿ღ。且铝合金的回收率达到 80%ღ✿ღ,对环境的破坏较小ღ✿ღ,是理想的轻量化材料ღ✿ღ,被广泛应用于飞机ღ✿ღ、汽车ღ✿ღ、火车ღ✿ღ、船舶等制造工业ღ✿ღ。以中国为例ღ✿ღ,中国规划 2035 年国内乘用车平均油耗由 2019 年的 5.6L/km 下降到 2L/kmღ✿ღ,汽车碳排放总量减少 20%ღ✿ღ。
汽车轻量化作为有效优化汽车能耗的方法ღ✿ღ,成为了行业节能减排的重点发展方向ღ✿ღ。依照世界铝业协会的数据ღ✿ღ,汽车每减少10%的重量ღ✿ღ,可减少 6%-8%的排放ღ✿ღ;每减少 100kg 重量ღ✿ღ,汽车百公里燃油消耗量能减少 0.4-0.5 升ღ✿ღ,铝合金成了各国汽车制造商满足环保政策采用的主要减重手段之一ღ✿ღ。
汽车用铝合金主要分为四种ღ✿ღ:铸造铝材ღ✿ღ、锻造铝材ღ✿ღ、挤压铝材和压延铝材ღ✿ღ。使用最多的是铸造铝材ღ✿ღ,占比超过 70%ღ✿ღ。铝合金车身板属于压延铝材ღ✿ღ,约占汽车用铝量的 10%- 15% ღ✿ღ,可用于生产如引擎盖等多个汽车车身的大型部件ღ✿ღ。
中国是世界上最大的原铝和铝合金生产国ღ✿ღ。目前我国在汽车铝合金零部件的生产使用上已经形成规模ღ✿ღ,但铝合金车身板的研发生产进步缓慢ღ✿ღ,严重依赖进口ღ✿ღ。汽车车身约占汽车总重量的 30%ღ✿ღ,是汽车中重量最大的部件ღ✿ღ,使用铝合金板代替传统使用的钢板生产汽车内外板最多可使整车减重 10% 左右ღ✿ღ,可见铝合金车身板是汽车轻量化重要的部件ღ✿ღ。
2020 年全球汽车铝板带年产能约在 390 万吨附近ღ✿ღ,集中在北美洲ღ✿ღ、欧洲和亚洲地区ღ✿ღ, 中国产能占全球比重约 26.2%ღ✿ღ,年产能约 102 万吨ღ✿ღ,居于世界第二ღ✿ღ,产能多为淘汰产能和落后产能ღ✿ღ。从产量和排产计划看ღ✿ღ,订单少ღ✿ღ,需求量低ღ✿ღ,产品也大多处于研发和验证阶段(部分产品不达标因此接单量较低)ღ✿ღ,2020 年综合开工率仅 20%尊凯实业ღ✿ღ,产能利用率严重偏低ღ✿ღ。
在汽车轻量化需求增长的大趋势下ღ✿ღ,汽车用铝需求有很大增长空间ღ✿ღ。目前汽车产业用铝 量在整车重量占比 20%-40%ღ✿ღ,单车耗铝量 120-200 公斤ღ✿ღ。当前燃油车销量占据市场超过 90%的份额ღ✿ღ,是汽车铝材消耗的主力ღ✿ღ。未来新能源车市场将成为汽车用铝的主要增量市场ღ✿ღ:多国政府表示希望在 2025 年将新能源车市场占有率提升至 20%及以上ღ✿ღ,而纯电动车作为主力新能源车品种ღ✿ღ,平均单车耗铝量比燃油车高约 30kgღ✿ღ。从 2018 年到 2020 年ღ✿ღ,全球新能源车销量从约 200 万辆跃升至 331 万辆ღ✿ღ,预计到 2025 年能够增长至千万辆级别ღ✿ღ。
汽车铝板是汽车用铝部件中增长最快的部分ღ✿ღ:依据 duckerworldwide 的估计ღ✿ღ,2015 至 2020 年ღ✿ღ,北美汽车平均用铝量增长了约 18%ღ✿ღ,期间汽车“四门两盖“平均用铝量增长高达 163%ღ✿ღ。其中ღ✿ღ,北美汽车引擎盖铝化率从 2015 年的 50%升至 2020 年的 63%ღ✿ღ, 2025 年铝化率可能超过 80%ღ✿ღ;车门的铝化率从 2015 年的 5%升至 2020 年的 21%ღ✿ღ,至 2025 年可能超过 30%ღ✿ღ。在需求端的良好预期下ღ✿ღ,预计至 2025 年世界车用铝板需求能 够从现在的 250 万吨增至超过 400 万吨ღ✿ღ。
目前全球范围内汽车铝板有效产能主要分布在欧洲ღ✿ღ,北美和日本ღ✿ღ。规模较大的公司主要 有ღ✿ღ:欧洲海德鲁铝业公司ღ✿ღ、年邦铝业(AMAG)ღ✿ღ;北美美国铝业公司ღ✿ღ、肯联铝业 (Constellium)ღ✿ღ、诺贝丽斯公司尊凯实业ღ✿ღ、特殊合金公司ღ✿ღ;日本神户钢铁ღ✿ღ、日本联合铝业(UACJ) 等公司ღ✿ღ。
美国企业经过多年发展和全球化布局的优势ღ✿ღ,逐渐在市场取得领先地位ღ✿ღ。美国几大公司在世界各大汽车产地投资开设汽车铝板工厂ღ✿ღ,利用供应链优势占领市场ღ✿ღ。欧洲企业在市场竞争中举步维艰ღ✿ღ,挪威海德鲁公司已宣布于今年 3 月份出售了自己的压延铝产线ღ✿ღ;日 本企业则选择了拥抱美国企业ღ✿ღ,合作建立工厂ღ✿ღ,2017 年神户钢铁还爆发了造假事件ღ✿ღ, 市场地位进一步下降ღ✿ღ。
中国企业自 2013 年来陆续开始对汽车铝板进行研发ღ✿ღ,目前已小范围供货国内外车企ღ✿ღ。但目前国内生产厂家 90%的产量为内板ღ✿ღ,生产技术较为复杂的外板产能以合资厂商诺 贝丽斯ღ✿ღ、神户钢铁为主ღ✿ღ。高性能汽车铝板产能的提升是增强我国企业竞争力的关键ღ✿ღ。
中国汽车轻量化起步不足十年ღ✿ღ,对于汽车用铝的研究较为滞后ღ✿ღ。在汽车铝板的研发上ღ✿ღ,存在技术难度高ღ✿ღ、资金投入大ღ✿ღ、产品认证缓慢的问题ღ✿ღ。国内生产企业大多都没有技术基础ღ✿ღ,整条生产线生产设备均需进口ღ✿ღ,生产工艺多处于仿制国外阶段ღ✿ღ,目前国外产品依然有较大竞争优势ღ✿ღ。车用铝板作为当前汽车轻量化领域发展最快的方向ღ✿ღ。
新能源车的快速发展给予了国内企业机遇ღ✿ღ:2020年新能源汽车年产量达到136.7万辆ღ✿ღ, 自 2018 年复合增长率 11.1%ღ✿ღ。随着国家对新能源车产业的大力支持ღ✿ღ,部分省市已开始 制定禁售燃油车的时间表ღ✿ღ,新能源车销量还会进一步提升ღ✿ღ。2020 年我国汽车平均单车用铝量仅 130 公斤ღ✿ღ,国产新能源车用铝量也只有 160 公斤ღ✿ღ,离欧洲的 179 公斤ღ✿ღ、北美 的 211 公斤有较大差距ღ✿ღ,这提升了汽车销量增长和汽车用铝量预期ღ✿ღ,也表明国内汽车用产业都还有很大增长潜力ღ✿ღ。
聚酰亚胺(PI)材料在航空航天ღ✿ღ、高端电子元器件ღ✿ღ、半导体等多个尖端领域有着很高的 应用价值ღ✿ღ,在材料更新迭代方面扮演着重要的角色ღ✿ღ。目前ღ✿ღ,全球聚酰亚胺市场需求不断增长ღ✿ღ,但很多高端 PI 产品ღ✿ღ、特种功能 PI 产品的大批量生产仍被少数发达国家垄断ღ✿ღ,相关生产技术被严格保护ღ✿ღ。目前ღ✿ღ,我国已在中低端 PI 薄膜ღ✿ღ、PI 纤维领域实现大规模生产ღ✿ღ, 并在电工级 PI 薄膜领域获得全球竞争力ღ✿ღ。但是ღ✿ღ,高端 PI 薄膜以及其他高端 PI 产品仍面临“卡脖子”或产能不足的问题ღ✿ღ,导致明显的结构性供需失衡ღ✿ღ。突破高端聚酰亚胺产品的大规模量产对我国制造业升级ღ✿ღ、军备升级换代ღ✿ღ、自主可控有着重要意义ღ✿ღ。
聚酰亚胺(PI)是综合性能突出的有机高分子材料ღ✿ღ, 被誉为“二十一世纪最有希望的工程塑料之一”尊凯实业ღ✿ღ。该材料的使用温度范围很广ღ✿ღ,能在-200~300℃的环境下长期工作ღ✿ღ,短时间耐受 400℃以上的高温ღ✿ღ。聚酰亚胺没有明显熔点ღ✿ღ,是目前能够实际应用的最耐高温的高分子材料ღ✿ღ。同时ღ✿ღ,该材料还具有高绝缘强度ღ✿ღ、耐溶ღ✿ღ、耐辐照ღ✿ღ、保温绝热ღ✿ღ、无毒ღ✿ღ、吸声 降噪ღ✿ღ、易安装维护等特点ღ✿ღ。当前ღ✿ღ,聚酰亚胺已广泛应用在航空航天ღ✿ღ、船舶制造ღ✿ღ、半导体ღ✿ღ、 电子工业ღ✿ღ、纳米材料ღ✿ღ、柔性显示ღ✿ღ、激光等领域ღ✿ღ。根据具体产品形式的不同木下亚由美ღ✿ღ,聚酰亚胺可以细分为 PI 泡沫ღ✿ღ、PI 薄膜ღ✿ღ、PI 纤维ღ✿ღ、PI 基复合材料ღ✿ღ、PSPI 等多种产品ღ✿ღ。
2017 年ღ✿ღ,全球聚酰亚胺总产量达 14.9 万吨左右ღ✿ღ,2010-2017 年间复合年增长率约 4.98%ღ✿ღ。同年ღ✿ღ,全球聚酰亚胺消费量达 14.7 万吨ღ✿ღ,2010-2017 年间复合年增长率约 4.92%ღ✿ღ。但是ღ✿ღ,由于各国技术水平ღ✿ღ、主导产业等方面的差异ღ✿ღ,不同国家生产的聚酰亚胺产品结构明显不同ღ✿ღ。以美国ღ✿ღ、日本为代表的发达国家拥有比较完善的技术储备和产业布局ღ✿ღ,具备大规模生产多种聚酰亚胺产品的能力ღ✿ღ。
PI 薄膜是市场规模最大的聚酰亚胺细分领域ღ✿ღ。2010年以来ღ✿ღ,智能手机ღ✿ღ、电子显示ღ✿ღ、柔性电路板等领域快速发展ღ✿ღ,驱动 PI 薄膜产业快速发展尊凯实业ღ✿ღ。在 5G 与消费电子创新周期的驱动下ღ✿ღ,天线材料ღ✿ღ、电子元器件ღ✿ღ、柔性显示等领域有望维持强劲的发展势头ღ✿ღ。另外ღ✿ღ,主要国家在航空航天领域加大投入ღ✿ღ,将会拉动高性能特种 PI 膜的需求ღ✿ღ。
在 PI 泡沫领域ღ✿ღ,目前产品以满足军用舰船ღ✿ღ、航空器的需求为主ღ✿ღ,在民用航空业ღ✿ღ、豪华 游轮ღ✿ღ、液化天然气船方面也有一定使用价值ღ✿ღ。相比于聚酰亚胺薄膜ღ✿ღ,聚酰亚胺泡沫材料的军事敏感度更高ღ✿ღ,发达国家技术封锁力度更大ღ✿ღ。随着全球主要国家军费开支的稳步上升ღ✿ღ,聚酰亚胺泡沫材料在军品更新换代过程中的渗透率有望逐渐上升ღ✿ღ,驱动该领域市场 稳步扩容ღ✿ღ。
PI 薄膜是最主要的聚酰亚胺产品ღ✿ღ,目前这一领域呈现寡头垄断的竞争格局ღ✿ღ,90%以上 的市场份额掌握在美国ღ✿ღ、日本ღ✿ღ、韩国生产商的手中ღ✿ღ。发达国家行业寡头对 PI 薄膜生产技术ღ✿ღ、生产工艺进行严格保护ღ✿ღ。杜邦(Dupont)ღ✿ღ、日本宇部兴产(Ube)ღ✿ღ、钟渊化学(Kaneka)ღ✿ღ、 日本三菱瓦斯 MGCღ✿ღ、韩国PI尖端素材(原 SKPI)以及中国台湾地区达迈科技(Taimide) 是当前全球聚酰亚胺薄膜的主要生产商ღ✿ღ。生产高性能 PI 膜对设备定制ღ✿ღ、制作工艺ღ✿ღ、技 术人才等方面要求苛刻ღ✿ღ,且产品具备定制化ღ✿ღ、差异化的特征ღ✿ღ。生产商需要丰富的经验积 累和充足的研发投入才能产出高性能 PI 膜ღ✿ღ。因此ღ✿ღ,高性能ღ✿ღ、高价值量 PI 膜的进入壁垒很高ღ✿ღ。
其他聚酰亚胺产品市场与 PI 薄膜市场类似ღ✿ღ,主要市场份额掌握在少数企业手中ღ✿ღ,且以海外知名公司为主ღ✿ღ,呈现寡头竞争的市场格局ღ✿ღ。其中ღ✿ღ,光敏型聚酰亚胺的生产基本被日本和美国企业垄断ღ✿ღ。
碳化硅纤维(SiC 纤维)是继碳纤维之后发展的又一种新型高性能纤维ღ✿ღ,属国家战略性新兴材料ღ✿ღ。当前ღ✿ღ,采用碳化硅纤维制造的陶瓷基复合材料在航空发动机领域的应用价值 非常显著ღ✿ღ,西方发达国家已成功应用此类产品改良航空发动机多个部件ღ✿ღ,提升了航空发动机的效率木下亚由美ღ✿ღ。随着碳化硅纤维性能进一步改善ღ✿ღ,生产工艺逐步优化ღ✿ღ,未来该材料有望在更多航空发动机部件上应用ღ✿ღ,并有望扩展至其他高价值民用领域ღ✿ღ,潜在市场空间广阔ღ✿ღ。
SiC 纤维是一种以有机硅化合物为原料ღ✿ღ,经纺丝ღ✿ღ、碳化或气相沉积而制得的具有β-碳化 硅结构的无机纤维ღ✿ღ,属于陶瓷纤维一类ღ✿ღ。自 20 世纪 80 年代 SiC 纤维问世以来ღ✿ღ,SiC 纤维已有三次明显的产品迭代ღ✿ღ,其耐热性与强度都得到了明显增强ღ✿ღ。目前ღ✿ღ,第三代碳化硅纤维的最高耐热温度达 1800-1900℃ღ✿ღ,耐热性和耐氧化性均优于碳纤维ღ✿ღ。材料强度方面ღ✿ღ, 第三代碳化硅纤维拉伸强度达 2.5~4GPaღ✿ღ,拉伸模量达 290~400GPaღ✿ღ,在最高使用温度下强度保持率在 80%以上ღ✿ღ。目前ღ✿ღ,碳化硅纤维的潜在应用包括耐热材料ღ✿ღ、耐腐蚀材料ღ✿ღ、纤维增强金属ღ✿ღ、装甲陶瓷ღ✿ღ、增强材料等方向ღ✿ღ,在航空航天ღ✿ღ、军工装备ღ✿ღ、民用航空器等领域有较高使用价值ღ✿ღ。
SiC 纤维的一个主要用途是制作 SiC 复合陶瓷基材料(CMC 材料)ღ✿ღ。这种材料是在 SiC 陶瓷基体的基础上ღ✿ღ,将 SiC 纤维作为增强材料引入基体中制作而成的ღ✿ღ,是一种尖端复合材料ღ✿ღ。CMC 材料是高温合金的替代品ღ✿ღ,相比于高温合金具有更强的耐热性ღ✿ღ、抗氧化性ღ✿ღ, 同时具有更低的密度ღ✿ღ。在航空发动机领域ღ✿ღ,应用 CMC 材料可以进一步提高涡轮进气温度ღ✿ღ,进而提升发动机效率ღ✿ღ。同时ღ✿ღ,CMC 材料降低了结构密度ღ✿ღ,实现了轻量化ღ✿ღ,提升了航空器的推重比ღ✿ღ。因此ღ✿ღ,SiC 复合陶瓷基材料被认为是临近空间飞行器ღ✿ღ、可重复使用航天器的热结构部件的理想材料ღ✿ღ,其研发和应用得到了主流机构与航空发动机制造商的高度重视ღ✿ღ。
目前ღ✿ღ,西方发达国家生产商已将 CMC 材料应用于多个航空发动机热端部件ღ✿ღ,主要包括发动机尾喷口ღ✿ღ、涡轮静子叶片ღ✿ღ、喷管调节片ღ✿ღ、燃烧室火焰筒等部位ღ✿ღ。但是ღ✿ღ,由于 CMC 材料具有脆性易断ღ✿ღ、加工性弱的缺点ღ✿ღ,其在涡轮转子ღ✿ღ、高压涡轮领域的运用仍在探索中ღ✿ღ。
(2)全球产能规模以及未来对该材料的需求预期据不完全统计ღ✿ღ,2015 年全球连续碳化硅纤维的总产量达 300 吨ღ✿ღ。未来几年ღ✿ღ,随着美日主要生产商进一步扩产ღ✿ღ,中国ღ✿ღ、中东生产商入局ღ✿ღ,预计世界碳化硅纤维总产量至 2025 年有望增长至 500 吨左右ღ✿ღ。根据 Stratistics MRC 预测ღ✿ღ,SiC 纤维市场 2017 年的估值为 2.5 亿美元左右ღ✿ღ。随着 SiC 纤维的研究工作不断深入ღ✿ღ、使用场景逐步增加ღ✿ღ,其市场需求有望快速扩大木下亚由美ღ✿ღ。预计到 2026 年 SiC 纤维的市场规模将增长至 35.87 亿美元ღ✿ღ,复合年增 长率将达到 34.4%ღ✿ღ。SiC 下游最主要的应用之一是 CMC 材料ღ✿ღ,根据 MarketsandMarkets 预测ღ✿ღ,2021 年全球 CMC 材料市场的市场规模达到 88 亿美元ღ✿ღ。未来十年ღ✿ღ,伴随着综合国力的增强以及国际形势的不确定性ღ✿ღ,以中国为代表的主要发展中国家有望加大航空航天领域的投入力度ღ✿ღ,对新一代的航空器及航空发动机的需求有望大幅提升ღ✿ღ。在此背景下ღ✿ღ,凭借轻量化ღ✿ღ、 高耐热ღ✿ღ、抗氧化的显著优势ღ✿ღ,SiC 纤维复合陶瓷基材料(CMC 材料)的使用率有望大幅增长ღ✿ღ。
1975 年ღ✿ღ,日本东北大学 Yajima(矢岛圣使)教授使用聚碳硅烷作为原材料ღ✿ღ,利用先驱体转化法ღ✿ღ,成功制作出连续的无机 SiC 纤维ღ✿ღ。20 世纪 80 年代末ღ✿ღ,宇部兴产公司(Ube Industries)和日本碳素公司(Nippon Carbon)先后实现了 SiC 纤维的工业化生产ღ✿ღ,SiC 纤维的大规模生产在日本率先展开ღ✿ღ。经历了几十年的发展ღ✿ღ,美日等发达国家已经形成了多个代际的 SiC 纤维产品体系ღ✿ღ,并推出了高性能ღ✿ღ、高纯度ღ✿ღ、高价值的第三代 SiC 纤维产品ღ✿ღ。目前ღ✿ღ,日本碳素公司(Nippon Carbon)和宇部兴产公司(Ube Industries)的 SiC 纤维产品产量最大ღ✿ღ,能达到百吨级ღ✿ღ。(4)我国的发展水平ღ✿ღ、技术壁垒ღ✿ღ、需求缺口ღ✿ღ、进口依存度连续碳化硅纤维在航空航天ღ✿ღ、国防军工等领域有极高的应用价值ღ✿ღ,属于军事敏感物资ღ✿ღ。因此ღ✿ღ,西方发达国家对碳化硅纤维产品ღ✿ღ、技术实施严格的保密封锁ღ✿ღ,中国只能依靠自主研发实现高性能碳化硅纤维的国产化ღ✿ღ。突破碳化硅纤维新材料的大规模量产ღ✿ღ,是我国实现空军现代化ღ✿ღ、高性能航空发动机国产化的重要一环ღ✿ღ。考虑到国防安全ღ✿ღ、自主可控的战略意义ღ✿ღ,以及我国航空制造ღ✿ღ、空军装备的广阔升级空间ღ✿ღ,国产高性能碳化硅纤维的潜在需求巨大ღ✿ღ。当前ღ✿ღ,在建军百年奋斗目标的指引下ღ✿ღ,国防ღ✿ღ、军队现代化进程有望加速推进ღ✿ღ, 我国碳化硅纤维行业将迎来历史性的发展机遇ღ✿ღ。我国对高性能连续 SiC 纤维产品的研究始于上世纪 80 年代ღ✿ღ,经过 30 余年的发展ღ✿ღ,目前已经实现了多项关键技术的实质性突破ღ✿ღ。截至目前ღ✿ღ,中国国产 SiC 纤维产品性能已接近国外第二代 SiC 纤维产品ღ✿ღ。
硅片位于半导体产业链上游ღ✿ღ,是半导体器件和太阳能电池的主要原材料ღ✿ღ,主要应用于光伏和半导体两个领域ღ✿ღ,下游需求近年来不断增长ღ✿ღ。分领域来看ღ✿ღ,光伏用硅片的产能大多集中在我国ღ✿ღ,中环ღ✿ღ、隆基等龙头公司实力强劲ღ✿ღ,生产技术水平全球领先ღ✿ღ;半导体硅片相对于光伏用硅片而言制作工艺更为复杂ღ✿ღ,应用场景也更多ღ✿ღ,市场价值更高ღ✿ღ,然而我国的半导体硅片产业起步晚ღ✿ღ,发展水平较为落后ღ✿ღ,全球市场被日本厂家垄断ღ✿ღ,市场主流的 12 寸硅片在我国仍未达到规模化生产ღ✿ღ,严重依赖进口ღ✿ღ,以沪硅产业为代表的国内企业正努力打破技术壁垒ღ✿ღ,国产化替代的空间广阔ღ✿ღ。
(1)硅片下游应用广泛ღ✿ღ,是半导体器件和光伏电池的重要材料硅是一种良好的半导体材料ღ✿ღ,耐高温ღ✿ღ、抗辐射性能较好ღ✿ღ,特别适宜制作大功率器件ღ✿ღ。以硅为原材料ღ✿ღ,通过拉单晶制作成硅棒ღ✿ღ,然后进行切割就形成了硅片ღ✿ღ。硅片主要用于半导体ღ✿ღ、光伏两大领域ღ✿ღ,半导体硅片在晶体ღ✿ღ、形状ღ✿ღ、尺寸大小ღ✿ღ、纯度等方面要比光伏用晶片要求更高ღ✿ღ,光伏用硅片的纯度要求硅含量为 4N-6N 之间(99.99%-99.9999%)ღ✿ღ,半导体用硅片在 9N-11N(99.9999999%-99.999999999%)左右ღ✿ღ,制作工艺更加复杂ღ✿ღ,下游应用也更为广泛ღ✿ღ。半导体用硅片位于产业链的最上游ღ✿ღ,主要应用于集成电路ღ✿ღ、分立器件及传感器ღ✿ღ,是制造芯片的关键材料ღ✿ღ,影响着更下游的汽车ღ✿ღ、计算机等产业的发展ღ✿ღ,是半导 体产业链的基石ღ✿ღ。(2)光伏用硅片ღ✿ღ:我国产能领先ღ✿ღ,龙头企业实力强劲光伏产业是国家战略新兴产业之一ღ✿ღ,光伏用硅片位于光伏产业链的上游ღ✿ღ,近年来其需求在不断上升ღ✿ღ,据 CPIA 预测ღ✿ღ,全球光伏市场的年装机量在 2021 年将会达到 150GWღ✿ღ, 具有广阔的市场和发展前景ღ✿ღ。我国是世界上最大的光伏用单晶硅片的生产国ღ✿ღ,据中国有色金属工业协会硅业分会统计ღ✿ღ,截至 2019 年底ღ✿ღ,我国单晶硅片产能为 115GWღ✿ღ,占全球的 97.6%ღ✿ღ。龙头企业隆基和中环占据国内单晶硅片 50%以上的市场份额ღ✿ღ,并在持续扩张产能的进程之中ღ✿ღ,新势力公司上机数控和京运通也在加速扩产ღ✿ღ。(3)半导体硅片ღ✿ღ:严重依赖进口ღ✿ღ,国产替代空间广阔受益于半导体产品的技术进步和下游相关电子消费品的品类增加ღ✿ღ,半导体硅片的需求量逐年上升ღ✿ღ,规模不断增长ღ✿ღ,2020 年全球半导体硅片的出货量达到 12.41 亿平方英寸ღ✿ღ,根据 Gartner 的预测ღ✿ღ,2020年全球硅片市场的规模将达到 110 亿美元左右ღ✿ღ,半导体硅片的市场前景广阔ღ✿ღ。由于半导体硅片行业技术壁垒较高ღ✿ღ,当今全球半导体硅片行业被巨头垄断ღ✿ღ,集中度高ღ✿ღ, 中国大陆地区厂商体量小ღ✿ღ。2020 年全球前五大硅片提供商日本信越化学(Shin-Etsu)ღ✿ღ、 日本胜高(SUMCO)ღ✿ღ、中国台湾环球晶圆(GlobalWafers)ღ✿ღ、德国世创(Silitronic)ღ✿ღ、韩 国鲜京矽特隆(SKSiltron)市占率合计超过 80%ღ✿ღ,我国大陆本土厂商沪硅产业市占率 约 2.2%ღ✿ღ,体量较小ღ✿ღ。
硅片尺寸越大ღ✿ღ,单位晶圆生产效率越高ღ✿ღ。从 20 世纪 70 年代开始硅片就朝着大尺寸方向发展ღ✿ღ,当今全球最大尺寸的量产型硅片尺寸为 300mmღ✿ღ,也就是 12 英寸硅片ღ✿ღ。12 英寸晶圆的需求近年来不断上升ღ✿ღ,据日本胜高预测ღ✿ღ,12 英寸晶圆 2020-2024 年的 CAGR 可达 5.1%ღ✿ღ。全球的半导体硅片产能主要集中在行业巨头ღ✿ღ,我国半导体硅片起步晚ღ✿ღ,发展较为落后ღ✿ღ,仅有少数几家企业具有 200mm(8 英寸)硅片的生产力ღ✿ღ,我国的 12 英寸 硅片在 2017 年以前全部依赖进口ღ✿ღ。
制作大硅片对硅的纯度要求很高ღ✿ღ,对倒角ღ✿ღ、精密磨削的加工工艺也有非常高的要求ღ✿ღ,我国的工艺水平落后ღ✿ღ,尚未实现 12 英寸硅片的规模化生产ღ✿ღ。沪硅产业在 2018 年实现了 12 寸硅片规模化销售ღ✿ღ,打破了大尺寸硅片国产率为 0 的局面ღ✿ღ。12 英寸硅片仍然是当今硅片市场的主流ღ✿ღ,国内厂商具备追赶机会ღ✿ღ,大尺寸硅片的国产替代仍然具有较大的空间ღ✿ღ。为推动半导体硅片这一重要材料的国产化进程ღ✿ღ,我国政府也出台了一系列政策来支持产业发展ღ✿ღ,推动大尺寸硅片的研发制造ღ✿ღ,促进半导体产业的发展ღ✿ღ。
碳化硅是第三代半导体材料ღ✿ღ,具有非常优越的性能ღ✿ღ,是功率器件的重要原材料ღ✿ღ,近年来 各国都投入大量人力物力发展相关产业ღ✿ღ。碳化硅行业门槛比较高ღ✿ღ,我国生产技术水平及 较为落后ღ✿ღ,目前产业格局呈现美国独大的特点ღ✿ღ,仅Cree 一家公司就占据导电型碳化硅 晶片全球 62%的份额ღ✿ღ。碳化硅市场的发展前景广阔ღ✿ღ,近年来不断在电动车ღ✿ღ、光伏尊凯实业ღ✿ღ、轨道 交通ღ✿ღ、智能电网等领域渗透ღ✿ღ,拥有强劲的下游需求ღ✿ღ,市场规模不断扩大木下亚由美ღ✿ღ。我国也在对碳化硅全产业链进行布局ღ✿ღ,今年来相关专利数量不断上升ღ✿ღ,以天科合达为代表的晶片生产 厂商的市占率也在逐年提高ღ✿ღ,我国的碳化硅产业的未来发展空间较大ღ✿ღ。
碳化硅是目前发展最成熟的宽禁带半导体材料ღ✿ღ,也是第三代半导体材料的代表材料ღ✿ღ。碳化硅材料具有很多优点ღ✿ღ:化学性能稳定ღ✿ღ、导热系数高ღ✿ღ、热膨胀系数小ღ✿ღ、耐磨耐高压ღ✿ღ。采用碳化硅材料的产品ღ✿ღ,与相同电气参数的产品比较ღ✿ღ,可缩小 50%体积ღ✿ღ,降低 80%能量 损耗ღ✿ღ,由于这些特性ღ✿ღ,世界各国对碳化硅材料非常重视ღ✿ღ,纷纷投入大量精力促进相关产业发展ღ✿ღ,国际上的各大半导体巨头也都投入巨资发展碳化硅器件ღ✿ღ。随着技术工艺的成熟ღ✿ღ、 制备成本的下降ღ✿ღ,应用在各类功率器件上ღ✿ღ,近年来碳化硅功率器件在新能源汽车领域渗 透率持续上升ღ✿ღ,是未来新能源ღ✿ღ、5G 通信领域中 SiCღ✿ღ、GaN 器件的重要原材料ღ✿ღ。
碳化硅生产过程分为单晶生长ღ✿ღ、外延层生长及器件制造三大步骤ღ✿ღ,对应的是产业链衬底ღ✿ღ、 外延ღ✿ღ、器件与模组三大环节ღ✿ღ。碳化硅行业存在较高的技术门槛ღ✿ღ,研发时间长ღ✿ღ,美国ღ✿ღ、欧洲ღ✿ღ、日本等国家与地区多年来不断改良碳化硅单晶的制备技术ღ✿ღ、研发制造相关设备ღ✿ღ,在碳化硅产业链各环节都具有较大优势ღ✿ღ。行业巨头 CREE 实力强劲ღ✿ღ,其旗下的 Wolfspeed 拥有垂直一体化的生产能力ღ✿ღ,在功率和射频器件市场具有领导地位ღ✿ღ;欧洲的英飞凌ღ✿ღ、意法半导体等公司拥有完整的碳化硅生产以及应用产业链;日本的罗姆半导体ღ✿ღ、三菱电机 等在碳化硅功率模块开发方面领先ღ✿ღ;近年来代工企业也在增多ღ✿ღ,大陆与中国台湾地区企业逐步进入ღ✿ღ,代工企业包括大陆的三安集成ღ✿ღ、中国台湾地区的汉磊科技等ღ✿ღ。
目前ღ✿ღ,碳化硅产业格局呈现美国独大的特点ღ✿ღ。以重要产品导电型碳化硅晶片为例ღ✿ღ,2018 年美国占有全球产量的 70%以上ღ✿ღ,仅 CREE 一家公司就占据 62%的市场份额ღ✿ღ,剩余份额大部分被日本和欧洲的其他企业占据ღ✿ღ,中国企业仅占 1.7%的份额ღ✿ღ。
碳化硅是极限功率器件的理想材料ღ✿ღ,耐高温高压ღ✿ღ,能源转换效率高ღ✿ღ,应用领域广阔ღ✿ღ。目前碳化硅功率器件有四个主要应用场景ღ✿ღ:
4)智能电网ღ✿ღ:固态变压器ღ✿ღ、 柔性交流输电ღ✿ღ、柔性直流输电ღ✿ღ、高压直流输电及配电系统ღ✿ღ。随着碳化硅功率器件的进一步发展ღ✿ღ,其在各个领域的渗透率不断提高ღ✿ღ,据 Yoleღ✿ღ,全球车载 SiC 功率器件的市场空间 为预计到 2024 年可以达到 19.3 亿美金ღ✿ღ,对应 2018-2024 年复合增速达到 29%ღ✿ღ。据天 科合达招股说明书预测ღ✿ღ,碳化硅功率器件在光伏逆变器中的占比在2025年将达到50%ღ✿ღ, 轨道交通中碳化硅器件应用占比也将逐步上升ღ✿ღ。
在电动车和光伏逆变器需求的拉动下ღ✿ღ,根据 Omdia 预测ღ✿ღ,碳化硅和氮化镓功率半导体 的新兴市场预计在 2021 年突破 10 亿美元ღ✿ღ;根据 IHS Markit 数据ღ✿ღ,2018 年碳化硅功率器件市场规模约 3.9 亿美元ღ✿ღ,受益于新能源汽车需求增长以及光伏产业的发展ღ✿ღ,预计到 2027 年碳化硅功率器件的市场规模将超过 100 亿美元ღ✿ღ,碳化硅行业的成长动力充足ღ✿ღ。
溅射靶材是集成电路的核心材料之一ღ✿ღ,近年来向着高溅射率ღ✿ღ、高纯金属的方向发展ღ✿ღ。其下游应用场景主要包括半导体ღ✿ღ、面板ღ✿ღ、太阳能电池木下亚由美ღ✿ღ,随着消费电子终端市场的发展与完善ღ✿ღ,高纯金属溅射靶材的下游需求不断上升ღ✿ღ,2013-2020 年全球靶材市场规模的复合增速达 14%ღ✿ღ,市场规模逐渐扩大ღ✿ღ。溅射靶材的行业壁垒较高ღ✿ღ,美国与日本企业掌握核心技术ღ✿ღ,垄断全球市场ღ✿ღ。我国的溅射靶材行业起步较晚ღ✿ღ,较为落后ღ✿ღ,但市场需求全球领先ღ✿ღ, 国产替代空间大ღ✿ღ。国内企业正在逐渐突破技术瓶颈ღ✿ღ,为打破美日垄断高端靶材市场的不 利局面而努力ღ✿ღ。
溅射是制备薄膜材料的重要技术之一ღ✿ღ,溅射是指利用离子源产生的离子ღ✿ღ,在真空中经过加速聚集而形成高速度能的离子束流ღ✿ღ,轰击固体表面ღ✿ღ,离子和固体表面原子发生动能交换ღ✿ღ,使固体表面的原子离开固体并沉积在基底表面ღ✿ღ,被轰击的固体是用溅射法沉积薄膜的原材料ღ✿ღ,称为溅射靶材ღ✿ღ。集成电路中单元器件内部的介质层ღ✿ღ、导体层甚至保护层都要 用到溅射镀膜工艺ღ✿ღ。
超高纯金属及溅射靶材是电子材料的重要组成部分ღ✿ღ,溅射靶材产业链主要包括金属提纯ღ✿ღ、 靶材制造ღ✿ღ、溅射镀膜和终端应用等环节ღ✿ღ。靶材制造和溅射镀膜环节是整个溅射靶材产业链中的关键环节ღ✿ღ,对工艺水平要求高ღ✿ღ,存在较高的进入壁垒ღ✿ღ。靶材如今向着高溅射率ღ✿ღ、 晶粒晶向控制ღ✿ღ、大尺寸ღ✿ღ、高纯金属的方向发展ღ✿ღ。现在主要的高纯金属溅射靶材包括铝靶ღ✿ღ、 钛靶ღ✿ღ、钽靶ღ✿ღ、钨钛靶等ღ✿ღ,是制备集成电路的核心材料ღ✿ღ。
1)半导体产业ღ✿ღ:随着智能 手机ღ✿ღ、平板电脑等终端消费领域对半导体需求的持续增长ღ✿ღ,半导体市场容量进一步提升ღ✿ღ, 半导体行业所需溅射靶材品种繁多ღ✿ღ,需求量大ღ✿ღ,稳定的下游市场增速将有力地促进溅射 靶材销售规模的增长ღ✿ღ;
2)平板显示器产业ღ✿ღ:近年来ღ✿ღ,液晶显示器逐渐成为全球主流的显示技术ღ✿ღ,在平面显示市场中得到了广泛的应用ღ✿ღ。为了保证平板显示器大面积膜层的均匀性ღ✿ღ,溅射技术越来越多地被用来制备这些膜层ღ✿ღ。
20 世纪 90 年代以来ღ✿ღ,消费电子等终端应用市场的飞速发展推动高纯溅射靶材产业的发展ღ✿ღ,市场规模高速增长ღ✿ღ。2013-2020 年ღ✿ღ,全球溅射靶材市场规模预计将从 75.6 亿美元上升至 195.63 亿美元木下亚由美ღ✿ღ,复合增速为 14.42%ღ✿ღ。
国外知名靶材公司在靶材研发生产方面已有几十年的沉淀ღ✿ღ。全球范围内ღ✿ღ,溅射靶材产业链各环节参与企业数量基本呈金字塔型分布ღ✿ღ,高纯溅射靶材制造环节技术门槛高ღ✿ღ、设备投资大ღ✿ღ,具有规模化生产能力的企业数量相对较少ღ✿ღ,主要分布在美国ღ✿ღ、日本等国家和地区ღ✿ღ。目前全球溅射靶材市场内主要有四家企业ღ✿ღ,分别是 JX 日矿金属ღ✿ღ、霍尼韦尔ღ✿ღ、东曹和普莱克斯ღ✿ღ,市场份额占比分别为 30%ღ✿ღ、20%ღ✿ღ、20%和 10%ღ✿ღ,合计垄断了全球 80%的 市场份额ღ✿ღ。其中最高端的晶圆制造靶材市场基本被这四家公司所垄断ღ✿ღ,合计约占全球晶圆制造靶材市场份额的 90%ღ✿ღ,JX 日矿金属规模最大ღ✿ღ,占全球晶圆制造靶材市场份额比例为 30%ღ✿ღ。
据测算 2019 年国内需求占全球靶材市场规模超过 30%ღ✿ღ,而本土厂商供给约占国内市场的 30%ღ✿ღ,高端靶材主要从美日韩进口ღ✿ღ,国内靶材市场至少有十倍的进口替代空间ღ✿ღ。仅就半导体用户靶材而言ღ✿ღ,据中国电子材料行业协会统计ღ✿ღ,2020 年国内半导体领域用溅射靶材市场规模 16.15 亿元人民币ღ✿ღ。预计到 2025 年ღ✿ღ,国内晶圆制造用溅射靶材市场规模将增长至 2.17 亿美元ღ✿ღ,封装领域用溅射靶材将增长至 1.18 亿美元ღ✿ღ,合计 3.35 亿美 元ღ✿ღ,大约是人民币 23.45 亿元人民币左右ღ✿ღ。
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