2024年最具發(fā)展?jié)摿Φ钠叽笮虏牧袭a(chǎn)業(yè)
來源: 發(fā)表日期:2024-07-12
一、新材料方向之輕量化材料
(一)碳纖維
碳纖維材料以其出色的性能被用于航空航天、風(fēng)電、體育休閑、汽車等多個領(lǐng)域,是新材料領(lǐng)域用途最廣泛、市場化最高的材料,被譽(yù)為“新材料之王”。全球碳纖維市場需求近年快速增長,我國也抓住機(jī)遇,發(fā)展成為全球第二大碳纖維生產(chǎn)國。但是,我國碳纖維產(chǎn)業(yè)相比國外還存在企業(yè)產(chǎn)能利用低、高端產(chǎn)品少、應(yīng)用開發(fā)難的問題,下游行業(yè)還是嚴(yán)重依賴進(jìn)口碳纖維產(chǎn)品。在當(dāng)前國際環(huán)境下,實現(xiàn)碳纖維規(guī)模生產(chǎn)和應(yīng)用開發(fā)的雙自主化,是提升我國國防和制造業(yè)實力,保障供應(yīng)鏈穩(wěn)定的關(guān)鍵。
1.技術(shù)概述:碳纖維(Carbon Fiber)是由聚丙烯腈(PAN)(或瀝青、粘膠)等有機(jī)纖維在高溫環(huán)境下裂解碳化形成的含碳量高于90%的碳主鏈結(jié)構(gòu)無機(jī)纖維,作為高性能材料產(chǎn)于上世紀(jì)60年代。碳纖維具備出色的力學(xué)性能和化學(xué)穩(wěn)定性,作為目前實現(xiàn)大批量生產(chǎn)的高性能纖維中具有最高比強(qiáng)度(強(qiáng)度比密度)和最高比剛度(模度比密度)的纖維,碳纖維是航空航天、風(fēng)電葉片、新能源汽車等具有輕量化需求領(lǐng)域的理想材料。耐腐蝕、耐高溫、膨脹系數(shù)小的特點使其得以作為惡劣環(huán)境下金屬材料的替代;另外,導(dǎo)電導(dǎo)熱特性拓展了其在通訊電子領(lǐng)域的應(yīng)用。按照每束碳纖維中單絲根數(shù),碳纖維一般分為小絲束和大絲束兩個類別。小絲束性能更優(yōu)但價格較高,一般用于航天軍工等高科技領(lǐng)域,以及高端體育用品;大絲束成本較低,往往應(yīng)用于基礎(chǔ)工業(yè)領(lǐng)域,包括土木建筑、交通運(yùn)輸和能源設(shè)備等。
2.全球產(chǎn)能規(guī)模以及需求預(yù)期:2020年,全球碳纖維運(yùn)行產(chǎn)能為171650噸,相比2019年增加了16750噸,增長率10.8%。美國、中國、日本承擔(dān)了主要的產(chǎn)能,分別占據(jù) 21.7%、21.1%、17.0%。當(dāng)前各大生產(chǎn)商大約還有8萬噸/年未建設(shè)完成的擴(kuò)產(chǎn)計劃,這也體現(xiàn)了廠家對行業(yè)前景的樂觀預(yù)期。需求層面,碳纖維市場的四大應(yīng)用行業(yè)是航空航天、風(fēng)電葉片、體育休閑、汽車,2020年四大下游行業(yè)碳纖維需求量的占比超過70%,產(chǎn)值占比超過76%。自2015年來,行業(yè)估計世界碳纖維需求量一直保持約12%的增長,風(fēng)電領(lǐng)域成為行業(yè)維持增長的主要推動力,碳纖維需求在疫情下依然保持了20%的年增長。隨著各風(fēng)電企業(yè)對碳纖維復(fù)合材料的應(yīng)用開發(fā),風(fēng)電行業(yè)對碳纖維的需求可能會成倍增長。預(yù)計到2025年,世界碳纖維總需求量將超過20萬噸,折合年增長率13.3%。
此外,碳纖維在其他應(yīng)用領(lǐng)域還有很大潛力可以挖掘。以主要競爭對手鋁合金為例,碳纖維和鋁合金同屬替換鋼材的輕量化材料,碳纖維在強(qiáng)度、化學(xué)穩(wěn)定性等性能上都占優(yōu),并且在飛機(jī)部件、高性能汽車車架、自行車架等產(chǎn)品相比鋁合金都有更好的表現(xiàn)。但受累于高昂的價格,目前碳纖維應(yīng)用大多局限于高附加值產(chǎn)品。2016年世界鋁材年需求量約是碳纖維的500~600倍,行業(yè)產(chǎn)值約為50倍,且受益于汽車工業(yè)的發(fā)展鋁材需求近年也在快速增長。隨著技術(shù)的進(jìn)步壓低碳纖維的成本,未來碳纖維還有廣闊的市場空間。
3.全球市場份額及其產(chǎn)能:碳纖維產(chǎn)業(yè)作為資本密集型和技術(shù)密集型產(chǎn)業(yè),全球碳纖維核心生產(chǎn)技術(shù)集中在日本、美國和歐洲。中國、韓國屬于近年來快速增長的產(chǎn)業(yè)區(qū)域。中國作為世界第二大碳纖維生產(chǎn)國,多年來一直有“企業(yè)多,需求大,高產(chǎn)能,低產(chǎn)量”的特點,主要原因在于與國外產(chǎn)品的競爭劣勢導(dǎo)致國產(chǎn)碳纖維需求低,再加上企業(yè)技術(shù)的落后導(dǎo)致無法充分釋放產(chǎn)能。在產(chǎn)品研發(fā)應(yīng)用方面,長期“摸著日本東麗過河”,以仿制為主,比較缺乏創(chuàng)新性。碳纖維作為國家重點關(guān)注的戰(zhàn)略物資,其產(chǎn)業(yè)發(fā)展直接關(guān)系到我國國防和制造業(yè)的穩(wěn)定。雖然我國碳纖維產(chǎn)業(yè)發(fā)展態(tài)勢喜人,但從產(chǎn)業(yè)綜合發(fā)展角度看,我國依然只能處于世界中游水平,主要體現(xiàn)在我國的碳纖維應(yīng)用市場與國際市場有較大不同。
目前,我國有望在風(fēng)電領(lǐng)域碳纖維應(yīng)用開拓取得較大進(jìn)步,2018年我國生產(chǎn)風(fēng)電葉片用碳纖維所用8000噸全部依賴進(jìn)口,且客戶大多在國外,2019年則有1000噸來自國內(nèi)供應(yīng)商,實現(xiàn)了零的突破。風(fēng)電葉片碳纖維當(dāng)前已經(jīng)成長為數(shù)萬噸級別的市場,如果國內(nèi)企業(yè)能夠在生產(chǎn)上突破對外國原材料的依賴,并在應(yīng)用上完成突破,能夠大大改善國內(nèi)碳纖維企業(yè)的盈利空間,提高中國碳纖維產(chǎn)業(yè)在國際上的地位,對中國碳纖維產(chǎn)業(yè)是一次極大提振。
(二)鋁合金汽車車身板
鋁合金是工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的合金,在航空、航天、汽車、機(jī)械制造、船舶及化學(xué)工業(yè)中已大量應(yīng)用。在國家節(jié)能減排的政策導(dǎo)向下,汽車行業(yè)僅僅通過設(shè)計優(yōu)化汽車能耗已 很難達(dá)到國家越來越嚴(yán)格的燃油排放標(biāo)準(zhǔn),因此汽車的輕質(zhì)化是行業(yè)確定的發(fā)展方向。鋁合金是汽車行業(yè)輕量化的主力材料,其中鋁合金車身板(ABS)應(yīng)用在汽車最重的車身,是實現(xiàn)輕量化目標(biāo)的關(guān)鍵材料。目前我國已逐漸打開國產(chǎn)車用鋁合金市場甚至部分企業(yè)已經(jīng)開始出口,其中國內(nèi)企業(yè)和外企在國內(nèi)工廠均有生產(chǎn)。鋁合金車身板的國產(chǎn)化是我國汽車產(chǎn)業(yè)提高競爭力、幫助國家實現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo)的關(guān)鍵。
1.技術(shù)概述:鋁合金是鋁和鎂、銅、硅、錳各種金屬元素的產(chǎn)物,在和鋼結(jié)構(gòu)保持相同強(qiáng)度的條件下,依舊比鋼結(jié)構(gòu)輕50%。鋁合金塑性好,可加工成各種型材,且具有優(yōu)良的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和抗蝕性。鋁是自然界含量最多的金屬元素,原材料礦物方便取得。目前鋁材工業(yè)上廣泛使用,使用量僅次于鋼。且鋁合金的回收率達(dá)到80%,對環(huán)境的破壞較小,是理想的輕量化材料,被廣泛應(yīng)用于飛機(jī)、汽車、火車、船舶等制造工業(yè)。以中國為例,中國規(guī)劃2035年國內(nèi)乘用車平均油耗由2019年的5.6L/km 下降到2L/km,汽車碳排放總量減少20%。汽車輕量化作為有效優(yōu)化汽車能耗的方法,成為行業(yè)節(jié)能減排的重點發(fā)展方向。依照世界鋁業(yè)協(xié)會的數(shù)據(jù),汽車每減少10%的重量,可減少6%-8%的排放;每減少100kg重量,汽車百公里燃油消耗量能減少0.4-0.5升,鋁合金成了各國汽車制造商滿足環(huán)保政策采用的主要減重手段之一。汽車用鋁合金主要分為四種:鑄造鋁材、鍛造鋁材、擠壓鋁材和壓延鋁材。使用最多的是鑄造鋁材,占比超過70%。鋁合金車身板屬于壓延鋁材,約占汽車用鋁量的10%-15%,可用于生產(chǎn)如引擎蓋等多個汽車車身的大型部件。中國是世界上最大的原鋁和鋁合金生產(chǎn)國。目前我國在汽車鋁合金零部件的生產(chǎn)使用上已經(jīng)形成規(guī)模,但鋁合金車身板的研發(fā)生產(chǎn)進(jìn)步緩慢,嚴(yán)重依賴進(jìn)口。汽車車身約占汽車總重量的30%,是汽車中重量最大的部件,使用鋁合金板代替?zhèn)鹘y(tǒng)使用的鋼板生產(chǎn)汽車內(nèi)外板最多可使整車減重10%左右,可見鋁合金車身板是汽車輕量化重要的部件。
2.全球產(chǎn)能規(guī)模以及需求預(yù)期:2020年全球汽車鋁板帶年產(chǎn)能約在390萬噸附近,集中在北美洲、歐洲和亞洲地區(qū),中國產(chǎn)能占全球比重約26.2%,年產(chǎn)能約102萬噸,居于世界第二,產(chǎn)能多為淘汰產(chǎn)能和落后產(chǎn)能。從產(chǎn)量和排產(chǎn)計劃看,訂單少,需求量低,產(chǎn)品也大多處于研發(fā)和驗證階段(部分產(chǎn)品不達(dá)標(biāo)因此接單量較低),2020年綜合開工率僅20%,產(chǎn)能利用率嚴(yán)重偏低。在汽車輕量化需求增長的大趨勢下,汽車用鋁需求有很大增長空間。目前汽車產(chǎn)業(yè)用鋁 量在整車重量占比 20%-40%,單車耗鋁量120-200公斤。當(dāng)前燃油車銷量占據(jù)市場超過90%的份額,是汽車鋁材消耗的主力。未來新能源車市場將成為汽車用鋁的主要增量市場:多國政府表示希望在2025年將新能源車市場占有率提升至20%及以上,而純電動車作為主力新能源車品種,平均單車耗鋁量比燃油車高約30kg。從2018年到2020年,全球新能源車銷量從約200萬輛躍升至331萬輛,預(yù)計到2025年能夠增長至千萬輛級別。
汽車鋁板是汽車用鋁部件中增長最快的部分:依據(jù)DuckerWorldWide的估計,2015至2020年,北美汽車平均用鋁量增長了約18%,期間汽車“四門兩蓋”平均用鋁量增長高達(dá)163%。其中,北美汽車引擎蓋鋁化率從2015年的50%升至2020年的63%,2025年鋁化率可能超過80%;車門的鋁化率從2015年的5%升至2020年的21%,至2025年可能超過30%。在需求端的良好預(yù)期下,預(yù)計至2025年世界車用鋁板需求能夠從現(xiàn)在的250萬噸增至超過400萬噸。
3.全球市場份額及其產(chǎn)能:目前全球范圍內(nèi)汽車鋁板有效產(chǎn)能主要分布在歐洲,北美和日本。美國企業(yè)經(jīng)過多年發(fā)展和全球化布局的優(yōu)勢,逐漸在市場取得領(lǐng)先地位。美國幾大公司在世界各大汽車產(chǎn)地投資開設(shè)汽車鋁板工廠,利用供應(yīng)鏈優(yōu)勢占領(lǐng)市場。歐洲企業(yè)在市場競爭中舉步維艱;日本企業(yè)則選擇了擁抱美國企業(yè),合作建立工廠,市場地位進(jìn)一步下降。中國企業(yè)自2013年來陸續(xù)開始對汽車鋁板進(jìn)行研發(fā),目前已小范圍供貨國內(nèi)外車企。但目前國內(nèi)生產(chǎn)廠家90%的產(chǎn)量為內(nèi)板,生產(chǎn)技術(shù)較為復(fù)雜的外板產(chǎn)能以合資廠商為主。高性能汽車鋁板產(chǎn)能的提升是增強(qiáng)我國企業(yè)競爭力的關(guān)鍵。
中國汽車輕量化起步不足十年,對于汽車用鋁的研究較為滯后。在汽車鋁板的研發(fā)上,存在技術(shù)難度高、資金投入大、產(chǎn)品認(rèn)證緩慢的問題。國內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)大多都沒有技術(shù)基礎(chǔ),整條生產(chǎn)線生產(chǎn)設(shè)備均需進(jìn)口,生產(chǎn)工藝多處于仿制國外階段,目前國外產(chǎn)品依然有較大競爭優(yōu)勢。車用鋁板作為當(dāng)前汽車輕量化領(lǐng)域發(fā)展最快的方向。
新能源車的快速發(fā)展給予了國內(nèi)企業(yè)機(jī)遇。隨著國家對新能源車產(chǎn)業(yè)的大力支持,部分省市已開始制定禁售燃油車的時間表,新能源車銷量還會進(jìn)一步提升。2020年我國汽車平均單車用鋁量僅130公斤,國產(chǎn)新能源車用鋁量也只有160公斤,離歐洲的179公斤、北美的211公斤有較大差距,這提升了汽車銷量增長和汽車用鋁量預(yù)期,也表明國內(nèi)汽車用產(chǎn)業(yè)都還有很大增長潛力。
二、新材料方向之航空航天材料
(一)聚酰亞胺
聚酰亞胺(PI)材料在航空航天、高端電子元器件、半導(dǎo)體等多個尖端領(lǐng)域有著很高的 應(yīng)用價值,在材料更新迭代方面扮演著重要的角色。目前,全球聚酰亞胺市場需求不斷增長,但很多高端PI產(chǎn)品、特種功能PI產(chǎn)品的大批量生產(chǎn)仍被少數(shù)發(fā)達(dá)國家壟斷,相關(guān)生產(chǎn)技術(shù)被嚴(yán)格保護(hù)。目前,我國已在中低端PI薄膜、PI纖維領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn),并在電工級PI薄膜領(lǐng)域獲得全球競爭力。但是,高端PI薄膜以及其他高端PI產(chǎn)品仍面臨“卡脖子”或產(chǎn)能不足的問題,導(dǎo)致明顯的結(jié)構(gòu)性供需失衡。突破高端聚酰亞胺產(chǎn)品的大規(guī)模量產(chǎn)對我國制造業(yè)升級、軍備升級換代、自主可控有著重要意義。
1.技術(shù)概述:聚酰亞胺(PI)是綜合性能突出的有機(jī)高分子材料,被譽(yù)為“二十一世紀(jì)最有希望的工程塑料之一”。該材料的使用溫度范圍很廣,能在-200~300℃的環(huán)境下長期工作,短時間耐受400℃以上的高溫。聚酰亞胺沒有明顯熔點,是目前能夠?qū)嶋H應(yīng)用的最耐高溫的高分子材料。同時,該材料還具有高絕緣強(qiáng)度、耐溶、耐輻照、保溫絕熱、無毒、吸聲降噪、易安裝維護(hù)等特點。當(dāng)前,聚酰亞胺已廣泛應(yīng)用在航空航天、船舶制造、半導(dǎo)體、 電子工業(yè)、納米材料、柔性顯示、激光等領(lǐng)域。根據(jù)具體產(chǎn)品形式的不同,聚酰亞胺可以細(xì)分為PI泡沫、PI薄膜、PI纖維、PI基復(fù)合材料、PSPI等多種產(chǎn)品。
2.全球產(chǎn)能規(guī)模以及需求預(yù)期:2017年,全球聚酰亞胺總產(chǎn)量達(dá)14.9萬噸左右,2010-2017年間復(fù)合年增長率約 4.98%。同年,全球聚酰亞胺消費(fèi)量達(dá)14.7萬噸,2010-2017年間復(fù)合年增長率約4.92%。但是,由于各國技術(shù)水平、主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)等方面的差異,不同國家生產(chǎn)的聚酰亞胺產(chǎn)品結(jié)構(gòu)明顯不同。以美國、日本為代表的發(fā)達(dá)國家擁有比較完善的技術(shù)儲備和產(chǎn)業(yè)布局,具備大規(guī)模生產(chǎn)多種聚酰亞胺產(chǎn)品的能力。
PI薄膜是市場規(guī)模最大的聚酰亞胺細(xì)分領(lǐng)域。2010年以來,智能手機(jī)、電子顯示、柔性電路板等領(lǐng)域快速發(fā)展,驅(qū)動PI薄膜產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展。在5G與消費(fèi)電子創(chuàng)新周期的驅(qū)動下,天線材料、電子元器件、柔性顯示等領(lǐng)域有望維持強(qiáng)勁的發(fā)展勢頭。另外,主要國家在航空航天領(lǐng)域加大投入,將會拉動高性能特種PI膜的需求。在PI泡沫領(lǐng)域,目前產(chǎn)品以滿足軍用艦船、航空器的需求為主,在民用航空業(yè)、豪華游輪、液化天然氣船方面也有一定使用價值。相比于聚酰亞胺薄膜,聚酰亞胺泡沫材料的軍事敏感度更高,發(fā)達(dá)國家技術(shù)封鎖力度更大。隨著全球主要國家軍費(fèi)開支的穩(wěn)步上升,聚酰亞胺泡沫材料在軍品更新?lián)Q代過程中的滲透率有望逐漸上升,驅(qū)動該領(lǐng)域市場 穩(wěn)步擴(kuò)容。
3.全球主要市場份額及其產(chǎn)能:PI薄膜是最主要的聚酰亞胺產(chǎn)品,目前這一領(lǐng)域呈現(xiàn)寡頭壟斷的競爭格局,90%以上的市場份額掌握在美國、日本、韓國生產(chǎn)商的手中。發(fā)達(dá)國家行業(yè)寡頭對PI薄膜生產(chǎn)技術(shù)、生產(chǎn)工藝進(jìn)行嚴(yán)格保護(hù)。生產(chǎn)高性能PI膜對設(shè)備定制、制作工藝、技術(shù)人才等方面要求苛刻,且產(chǎn)品具備定制化、差異化的特征。生產(chǎn)商需要豐富的經(jīng)驗積累和充足的研發(fā)投入才能產(chǎn)出高性能PI膜。因此,高性能、高價值量PI膜的進(jìn)入壁壘很高。其他聚酰亞胺產(chǎn)品市場與 PI 薄膜市場類似,主要市場份額掌握在少數(shù)企業(yè)手中,且以海外知名公司為主,呈現(xiàn)寡頭競爭的市場格局。其中,光敏型聚酰亞胺的生產(chǎn)基本被日本和美國企業(yè)壟斷。
(二)碳化硅纖維
碳化硅纖維(SiC纖維)是繼碳纖維之后發(fā)展的又一種新型高性能纖維,屬國家戰(zhàn)略性新興材料。當(dāng)前,采用碳化硅纖維制造的陶瓷基復(fù)合材料在航空發(fā)動機(jī)領(lǐng)域的應(yīng)用價值 非常顯著,西方發(fā)達(dá)國家已成功應(yīng)用此類產(chǎn)品改良航空發(fā)動機(jī)多個部件,提升了航空發(fā)動機(jī)的效率。隨著碳化硅纖維性能進(jìn)一步改善,生產(chǎn)工藝逐步優(yōu)化,未來該材料有望在更多航空發(fā)動機(jī)部件上應(yīng)用,并有望擴(kuò)展至其他高價值民用領(lǐng)域,潛在市場空間廣闊。
1.概述及應(yīng)用方向:SiC纖維是一種以有機(jī)硅化合物為原料,經(jīng)紡絲、碳化或氣相沉積而制得的具有β-碳化 硅結(jié)構(gòu)的無機(jī)纖維,屬于陶瓷纖維一類。自20世紀(jì)80年代問世以來,SiC纖維已有三次明顯的產(chǎn)品迭代,其耐熱性與強(qiáng)度都得到了明顯增強(qiáng)。目前,第三代碳化硅纖維的最高耐熱溫度達(dá)1800~1900℃,耐熱性和耐氧化性均優(yōu)于碳纖維。材料強(qiáng)度方面,第三代碳化硅纖維拉伸強(qiáng)度達(dá)2.5~4GPa,拉伸模量達(dá)290~400GPa,在最高使用溫度下強(qiáng)度保持率在80%以上。目前,碳化硅纖維的潛在應(yīng)用包括耐熱材料、耐腐蝕材料、纖維增強(qiáng)金屬、裝甲陶瓷、增強(qiáng)材料等方向,在航空航天、軍工裝備、民用航空器等領(lǐng)域有較高使用價值。SiC纖維的一個主要用途是制作SiC復(fù)合陶瓷基材料(CMC 材料)。這種材料是在SiC陶瓷基體的基礎(chǔ)上,將 SiC纖維作為增強(qiáng)材料引入基體中制作而成的,是一種尖端復(fù)合材料。CMC材料是高溫合金的替代品,相比于高溫合金具有更強(qiáng)的耐熱性、抗氧化性, 同時具有更低的密度。在航空發(fā)動機(jī)領(lǐng)域,應(yīng)用CMC材料可以進(jìn)一步提高渦輪進(jìn)氣溫度,進(jìn)而提升發(fā)動機(jī)效率。同時,CMC材料降低了結(jié)構(gòu)密度,實現(xiàn)了輕量化,提升了航空器的推重比。因此,SiC復(fù)合陶瓷基材料被認(rèn)為是臨近空間飛行器、可重復(fù)使用航天器的熱結(jié)構(gòu)部件的理想材料,其研發(fā)和應(yīng)用得到了主流機(jī)構(gòu)與航空發(fā)動機(jī)制造商的高度重視。目前,西方發(fā)達(dá)國家生產(chǎn)商已將CMC材料應(yīng)用于多個航空發(fā)動機(jī)熱端部件,主要包括發(fā)動機(jī)尾噴口、渦輪靜子葉片、噴管調(diào)節(jié)片、燃燒室火焰筒等部位。但是,由于CMC材料具有脆性易斷、加工性弱的缺點,其在渦輪轉(zhuǎn)子、高壓渦輪領(lǐng)域的運(yùn)用仍在探索中。
2.全球產(chǎn)能規(guī)模以及需求預(yù)期:據(jù)不完全統(tǒng)計,2015年全球連續(xù)碳化硅纖維的總產(chǎn)量達(dá)300噸。未來幾年,隨著美日主要生產(chǎn)商進(jìn)一步擴(kuò)產(chǎn),中國、中東生產(chǎn)商入局,預(yù)計世界碳化硅纖維總產(chǎn)量至2025年有望增長至500噸左右。隨著SiC纖維的研究工作不斷深入、使用場景逐步增加,其市場需求有望快速擴(kuò)大。
預(yù)計到2026年SiC纖維的市場規(guī)模將增長至35.87億美元,復(fù)合年增 長率將達(dá)到34.4%。SiC下游最主要的應(yīng)用之一是CMC材料,未來十年,伴隨著綜合國力的增強(qiáng)以及國際形勢的不確定性,以中國為代表的主要發(fā)展中國家有望加大航空航天領(lǐng)域的投入力度,對新一代的航空器及航空發(fā)動機(jī)的需求有望大幅提升。在此背景下,憑借輕量化、高耐熱、抗氧化的顯著優(yōu)勢,SiC纖維復(fù)合陶瓷基材料(CMC 材料)的使用率有望大幅增長。
3.全球主要市場份額及其產(chǎn)能:1975年,日本東北大學(xué)Yajima 教授使用聚碳硅烷作為原材料,利用先驅(qū)體轉(zhuǎn)化法,成功制作出連續(xù)的無機(jī)SiC纖維。20世紀(jì)80年代末,宇部興產(chǎn)公司(Ube Industries)和日本碳素公司(Nippon Carbon)先后實現(xiàn)了SiC纖維的工業(yè)化生產(chǎn),SiC纖維的大規(guī)模生產(chǎn)在日本率先展開。經(jīng)歷了幾十年的發(fā)展,美日等發(fā)達(dá)國家已經(jīng)形成了多個代際的SiC纖維產(chǎn)品體系,并推出了高性能、高純度、高價值的第三代SiC纖維產(chǎn)品。連續(xù)碳化硅纖維在航空航天、國防軍工等領(lǐng)域有極高的應(yīng)用價值,屬于軍事敏感物資。因此,西方發(fā)達(dá)國家對碳化硅纖維產(chǎn)品、技術(shù)實施嚴(yán)格的保密封鎖,中國只能依靠自主研發(fā)實現(xiàn)高性能碳化硅纖維的國產(chǎn)化。突破碳化硅纖維新材料的大規(guī)模量產(chǎn),是我國實現(xiàn)空軍現(xiàn)代化、高性能航空發(fā)動機(jī)國產(chǎn)化的重要一環(huán)??紤]到國防安全、自主可控的戰(zhàn)略意義,以及我國航空制造、空軍裝備的廣闊升級空間,國產(chǎn)高性能碳化硅纖維的潛在需求巨大。當(dāng)前,在建軍百年奮斗目標(biāo)的指引下,國防、軍隊現(xiàn)代化進(jìn)程有望加速推進(jìn), 我國碳化硅纖維行業(yè)將迎來歷史性的發(fā)展機(jī)遇。
我國對高性能連續(xù)SiC纖維產(chǎn)品的研究始于上世紀(jì)80年代,經(jīng)過30余年的發(fā)展,目前已經(jīng)實現(xiàn)了多項關(guān)鍵技術(shù)的實質(zhì)性突破。截至目前,中國國產(chǎn)SiC纖維產(chǎn)品性能已接近國外第二代SiC纖維產(chǎn)品。
三、新材料方向之半導(dǎo)體材料
(一)硅片
硅片位于半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈上游,是半導(dǎo)體器件和太陽能電池的主要原材料,主要應(yīng)用于光伏和半導(dǎo)體兩個領(lǐng)域,下游需求近年來不斷增長。分領(lǐng)域來看,光伏用硅片的產(chǎn)能大多集中在我國,生產(chǎn)技術(shù)水平全球領(lǐng)先;半導(dǎo)體硅片相對于光伏用硅片而言制作工藝更為復(fù)雜,應(yīng)用場景也更多,市場價值更高,然而我國的半導(dǎo)體硅片產(chǎn)業(yè)起步晚,發(fā)展水平較為落后,全球市場被日本廠家壟斷,市場主流的12寸硅片在我國仍未達(dá)到規(guī)?;a(chǎn),嚴(yán)重依賴進(jìn)口,以滬硅產(chǎn)業(yè)為代表的國內(nèi)企業(yè)正努力打破技術(shù)壁壘,國產(chǎn)化替代的空間廣闊。
1.硅片下游應(yīng)用廣泛,是半導(dǎo)體器件和光伏電池的重要材料。硅是一種良好的半導(dǎo)體材料,耐高溫、抗輻射性能較好,特別適宜制作大功率器件。以硅為原材料,通過拉單晶制作成硅棒,然后進(jìn)行切割就形成了硅片。硅片主要用于半導(dǎo)體、光伏兩大領(lǐng)域,半導(dǎo)體硅片在晶體、形狀、尺寸大小、純度等方面要比光伏用晶片要求更高,光伏用硅片的純度要求硅含量為4N-6N之間( 99.99%-99.9999% ) , 半導(dǎo)體用硅片在9N-11N
(99.9999999%-99.999999999%)左右,制作工藝更加復(fù)雜,下游應(yīng)用也更為廣泛。半導(dǎo)體用硅片位于產(chǎn)業(yè)鏈的最上游,主要應(yīng)用于集成電路、分立器件及傳感器,是制造芯片的關(guān)鍵材料,影響著更下游的汽車、計算機(jī)等產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈的基石。
2.光伏用硅片我國產(chǎn)能領(lǐng)先,龍頭企業(yè)實力強(qiáng)勁。光伏產(chǎn)業(yè)是國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)之一,光伏用硅片位于光伏產(chǎn)業(yè)鏈的上游,近年來其需求在不斷上升,具有廣闊的市場和發(fā)展前景。我國是世界上最大的光伏用單晶硅片的生產(chǎn)國,據(jù)中國有色金屬工業(yè)協(xié)會硅業(yè)分會統(tǒng)計,截至2019年底,我國單晶硅片產(chǎn)能為115GW,占全球的97.6%。
3.半導(dǎo)體硅片嚴(yán)重依賴進(jìn)口,國產(chǎn)替代空間廣闊。受益于半導(dǎo)體產(chǎn)品的技術(shù)進(jìn)步和下游相關(guān)電子消費(fèi)品的品類增加,半導(dǎo)體硅片的需求量逐年上升,規(guī)模不斷增長。由于半導(dǎo)體硅片行業(yè)技術(shù)壁壘較高,當(dāng)今全球半導(dǎo)體硅片行業(yè)被巨頭壟斷,集中度高。2020年全球前五大硅片提供商日本信越化學(xué)、日本勝高、中國臺灣環(huán)球晶圓、德國世創(chuàng)、韓國鮮京矽特隆的市占率合計超過80%,我國大陸本土廠商滬硅產(chǎn)業(yè)市占率約2.2%,體量較小。
硅片尺寸越大,單位晶圓生產(chǎn)效率越高。從20世紀(jì)70年代開始硅片就朝著大尺寸方向發(fā)展,當(dāng)今全球最大尺寸的量產(chǎn)型硅片尺寸為300 mm,也就是12英寸硅片。制作大硅片對硅的純度要求很高,對倒角、精密磨削的加工工藝也有非常高的要求,我國的工藝水平落后,尚未實現(xiàn)12英寸硅片的規(guī)?;a(chǎn)。滬硅產(chǎn)業(yè)在2018年實現(xiàn)了12英寸硅片規(guī)模化銷售,打破了大尺寸硅片國產(chǎn)率為0的局面。12英寸硅片仍然是當(dāng)今硅片市場的主流,國內(nèi)廠商具備追趕機(jī)會,大尺寸硅片的國產(chǎn)替代仍然具有較大的空間。為推動半導(dǎo)體硅片這一重要材料的國產(chǎn)化進(jìn)程,我國政府也出臺了一系列政策來支持產(chǎn)業(yè)發(fā)展,推動大尺寸硅片的研發(fā)制造,促進(jìn)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
(二)碳化硅
碳化硅是第三代半導(dǎo)體材料,具有非常優(yōu)越的性能,是功率器件的重要原材料,近年來 各國都投入大量人力物力發(fā)展相關(guān)產(chǎn)業(yè)。碳化硅行業(yè)門檻比較高,我國生產(chǎn)技術(shù)水平較為落后,目前產(chǎn)業(yè)格局呈現(xiàn)美國獨大的特點。碳化硅市場的發(fā)展前景廣闊,近年來不斷在電動車、光伏、軌道交通、智能電網(wǎng)等領(lǐng)域滲透,擁有強(qiáng)勁的下游需求,市場規(guī)模不斷擴(kuò)大。我國也在對碳化硅全產(chǎn)業(yè)鏈進(jìn)行布局,近年來相關(guān)專利數(shù)量不斷上升,未來發(fā)展空間較大。
1.第三代半導(dǎo)體材料,新能源與 5G 的基石碳化硅是目前發(fā)展最成熟的寬禁帶半導(dǎo)體材料,也是第三代半導(dǎo)體材料的代表材料。碳化硅材料具有很多優(yōu)點:化學(xué)性能穩(wěn)定、導(dǎo)熱系數(shù)高、熱膨脹系數(shù)小、耐磨耐高壓。由于這些特性,世界各國對碳化硅材料非常重視,紛紛投入大量精力促進(jìn)相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展,國際上的各大半導(dǎo)體巨頭也都投入巨資發(fā)展碳化硅器件。隨著技術(shù)工藝的成熟、制備成本的下降,應(yīng)用在各類功率器件上,近年來碳化硅功率器件在新能源汽車領(lǐng)域滲透率持續(xù)上升,是未來新能源、5G通信領(lǐng)域中 SiC、GaN器件的重要原材料。
2.歐美占據(jù)SiC產(chǎn)業(yè)鏈的關(guān)鍵位置碳化硅生產(chǎn)過程分為單晶生長、外延層生長及器件制造三大步驟,對應(yīng)的是產(chǎn)業(yè)鏈襯底、外延、器件與模組三大環(huán)節(jié)。碳化硅行業(yè)存在較高的技術(shù)門檻,研發(fā)時間長,美國、歐洲、日本等國家與地區(qū)多年來不斷改良碳化硅單晶的制備技術(shù)、研發(fā)制造相關(guān)設(shè)備,在碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)都具有較大優(yōu)勢。目前,碳化硅產(chǎn)業(yè)格局呈現(xiàn)美國獨大的特點,剩余份額大部分被日本和歐洲占據(jù),中國企業(yè)僅占1.7%的份額。
3.新能源汽車、光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展促進(jìn)碳化硅市場成長。碳化硅是極限功率器件的理想材料,耐高溫高壓,能源轉(zhuǎn)換效率高,應(yīng)用領(lǐng)域廣闊。目前碳化硅功率器件有四個主要應(yīng)用場景:新能源汽車(電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)中的主逆變器)、光伏(光伏逆變器)、軌道交通(功率半導(dǎo)體器件)、智能電網(wǎng)(固態(tài)變壓器、 柔性交流輸電、柔性直流輸電、高壓直流輸電及配電系統(tǒng))。隨著碳化硅功率器件的進(jìn)一步發(fā)展,其在各個領(lǐng)域的滲透率不斷提高,碳化硅行業(yè)的成長動力充足。
(三)高純金屬濺射靶材
濺射靶材是集成電路的核心材料之一,近年來向著高濺射率、高純金屬的方向發(fā)展。其下游應(yīng)用場景主要包括半導(dǎo)體、面板、太陽能電池,隨著消費(fèi)電子終端市場的發(fā)展與完善,高純金屬濺射靶材的下游需求不斷上升,2013-2020 年全球靶材市場規(guī)模的復(fù)合增速達(dá)14%,市場規(guī)模逐漸擴(kuò)大。濺射靶材的行業(yè)壁壘較高,美國與日本企業(yè)掌握核心技術(shù),壟斷全球市場。我國的濺射靶材行業(yè)起步較晚,較為落后,但市場需求全球領(lǐng)先國產(chǎn)替代空間大。國內(nèi)企業(yè)正在逐漸突破技術(shù)瓶頸,為打破美日壟斷高端靶材市場的不利局面而努力。
1.集成電路的核心材料濺射是制備薄膜材料的重要技術(shù)之一。濺射是指利用離子源產(chǎn)生的離子,在真空中經(jīng)過加速聚集而形成高速度能的離子束流,轟擊固體表面,離子和固體表面原子發(fā)生動能交換,使固體表面的原子離開固體并沉積在基底表面,被轟擊的固體是用濺射法沉積薄膜的原材料,稱為濺射靶材。集成電路中單元器件內(nèi)部的介質(zhì)層、導(dǎo)體層甚至保護(hù)層都要 用到濺射鍍膜工藝。超高純金屬及濺射靶材是電子材料的重要組成部分,濺射靶材產(chǎn)業(yè)鏈主要包括金屬提純、靶材制造、濺射鍍膜和終端應(yīng)用等環(huán)節(jié)。靶材制造和濺射鍍膜環(huán)節(jié)是整個濺射靶材產(chǎn)業(yè)鏈中的關(guān)鍵環(huán)節(jié),對工藝水平要求高,存在較高的進(jìn)入壁壘。靶材如今向著高濺射率、晶粒晶向控制、大尺寸、高純金屬的方向發(fā)展?,F(xiàn)在主要的高純金屬濺射靶材包括鋁靶、鈦靶、鉭靶、鎢鈦靶等,是制備集成電路的核心材料。
2.消費(fèi)電子推動靶材市場規(guī)模擴(kuò)大高純?yōu)R射靶材產(chǎn)品的下游產(chǎn)業(yè)市場容量近年來在逐步擴(kuò)大:1)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè):隨著智能手機(jī)、平板電腦等終端消費(fèi)領(lǐng)域?qū)Π雽?dǎo)體需求的持續(xù)增長,半導(dǎo)體市場容量進(jìn)一步提升,半導(dǎo)體行業(yè)所需濺射靶材品種繁多,需求量大,穩(wěn)定的下游市場增速將有力地促進(jìn)濺射靶材銷售規(guī)模的增長;2)平板顯示器產(chǎn)業(yè):近年來,液晶顯示器逐漸成為全球主流的顯示技術(shù),在平面顯示市場中得到了廣泛的應(yīng)用。為了保證平板顯示器大面積膜層的均勻性,濺射技術(shù)越來越多地被用來制備這些膜層。20世紀(jì)90年代以來,消費(fèi)電子等終端應(yīng)用市場的飛速發(fā)展推動高純?yōu)R射靶材產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,市場規(guī)模高速增長。
3.高端靶材研制與生產(chǎn)主要集中在美國和日本國外知名靶材公司在靶材研發(fā)生產(chǎn)方面已有幾十年的沉淀。全球范圍內(nèi),濺射靶材產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)參與企業(yè)數(shù)量基本呈金字塔形分布,高純?yōu)R射靶材制造環(huán)節(jié)技術(shù)門檻高、設(shè)備投資大,具有規(guī)?;a(chǎn)能力的企業(yè)數(shù)量相對較少,主要分布在美國、日本等國家和地區(qū),合計壟斷了全球80%的市場份額。
4.高端靶材國內(nèi)需求強(qiáng)勁,國產(chǎn)替代空間大。2019年國內(nèi)需求占全球靶材市場規(guī)模超過30%,而本土廠商供給約占國內(nèi)市場的30%,高端靶材主要從美日韓進(jìn)口,國內(nèi)靶材市場至少有十倍的進(jìn)口替代空間。僅就半導(dǎo)體用戶靶材而言,據(jù)中國電子材料行業(yè)協(xié)會統(tǒng)計,2020年國內(nèi)半導(dǎo)體領(lǐng)域用濺射靶材市場規(guī)模16.15億元人民幣。預(yù)計到2025年,國內(nèi)晶圓制造用濺射靶材市場規(guī)模將增長至2.17億美元,封裝領(lǐng)域用濺射靶材將增長至1.18億美元,合計3.35億美元,約為23.45億元人民幣。
四、我公司開展相關(guān)業(yè)務(wù)的思考
(一)拓展優(yōu)質(zhì)客戶資源
隨著新材料的不斷發(fā)展和規(guī)模的擴(kuò)大,有更多的企業(yè)參與其中,且企業(yè)的實力和生產(chǎn)技術(shù)水平不斷提升,上市企業(yè)數(shù)量也在不斷增加,隨著行業(yè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大,我國新材料企業(yè)的綜合實力不斷增強(qiáng),優(yōu)質(zhì)企業(yè)數(shù)量不斷增長,因此,將有更多的優(yōu)質(zhì)企業(yè)在發(fā)展過程中產(chǎn)生金融需求,這將為我公司帶來更多的業(yè)務(wù)機(jī)會。
(二)有兼并重組金融需求的客戶數(shù)量增加
新材料行業(yè)內(nèi)資源將不斷向擁有完整產(chǎn)業(yè)鏈、較高品牌資源優(yōu)勢、較強(qiáng)規(guī)模效應(yīng)及穩(wěn)定的供銷渠道的大型新材料企業(yè)轉(zhuǎn)移,行業(yè)集中度將進(jìn)一步提升。經(jīng)過市場優(yōu)勝劣汰,大型龍頭企業(yè)將漸漸浮出。在這一過程中將伴隨著企業(yè)資源整合與兼并重組,較多的優(yōu)質(zhì)企業(yè)將逐漸進(jìn)行合并,將資源金融融合。隨著行業(yè)整合及企業(yè)間合作的逐步加深,未來兼并重組的新材料制造企業(yè)數(shù)量將會增加,從而會有較多的并購金融需求。
(三)拓展行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈上下游客戶群
新材料行業(yè)的不斷發(fā)展能夠帶動整條產(chǎn)業(yè)鏈上下游行業(yè)的發(fā)展,隨著新材料行業(yè)的不斷發(fā)展,行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)均將吸引大量資金投入,也將會有更多的企業(yè)參與其中,這將為我公司營銷儲備產(chǎn)業(yè)鏈上下游優(yōu)質(zhì)客戶群、提供供應(yīng)鏈融資產(chǎn)品和服務(wù)提供巨大的市場機(jī)遇。
(四)技術(shù)研發(fā)創(chuàng)新金融需求的客戶數(shù)量增加
當(dāng)前全國和各地方政府對于新材料制造和生產(chǎn)技術(shù)水平的研發(fā)創(chuàng)新方面的政策支持力度較大,且一直以來都是我國支持的重點內(nèi)容,未來隨著更多政策的出臺與支持,將會有更多企業(yè)在生產(chǎn)技術(shù)方面加大研發(fā)創(chuàng)新的力度,同時也會有更多的企業(yè)參與研發(fā)創(chuàng)新的項目當(dāng)中,而由于技術(shù)研發(fā)創(chuàng)新的周期一般較長,且所需的資金較多,所需的人才也較多,因此企業(yè)會產(chǎn)生較多的金融需求,這將會為我公司帶來更多的業(yè)務(wù)機(jī)會。




