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“玻璃王”之石英玻璃材料行业发展摘要

放大字体  缩小字体 发布日期:2021-02-02  来源:www.shuijing.info  作者:水晶信息网  浏览次数:63
核心提示:“玻璃王”之石英玻璃材料行业发展摘要
 “玻璃王”之石英玻璃材料行业发展摘要

1 、 石英玻璃材料特性

石英玻璃被业内称为“玻璃王”,以天然结晶石英(水晶或高纯硅石)或硅化合物为原料,在洁净环境中经高温熔制而成,材料纯度是保证石英玻璃具备优良性能的核心指标,是一种新型功能性材料。石英玻璃锭材、管材、棒材、板材、坩埚、各种器皿和器件以及石英玻璃纤维和织物等产品凭借其各种优良性能被广泛应用于如半导体、太阳能、航空航天、光通讯、核能激光、冶金、电光源等需要提供高温、洁净、耐蚀、透光、滤波等各种特定的高新产品生产工艺环境的产业。石英玻璃具有以下优良的物理化学性能:

(1)良好的透光性能:在紫外、可见、红外全波段都有极高的透过率,具有最佳的透紫外光谱性能以及透可见光及近红外光谱性能;

(2)耐高温性能良好,是透明的耐火材料,使用温度高达 1,100℃;

(3)膨胀系数极低,为 5.5×10-7/℃,相当于普通玻璃的二十分之一,热稳定性特别好,3 毫米厚的石英玻璃加热到 1,100℃投入到 20℃水中不会炸裂;

(4)电真空性能良好:真空度可达 10-6 帕。电学性能、化学稳定性良好,电阻率:20℃时为 1.8×1,019 欧姆厘米,800℃时为 1.6×106 欧姆厘米,具有优良的电绝缘性;

(5)良好的耐腐蚀性:石英玻璃属酸性材料,除氢氟酸和热磷酸外,对其他任何酸均表现为惰性,是最好的耐酸材料。

2 、 行业整体发展概况

石英玻璃最早起源于国外,至今已有一百六十多年的历史,1839 年法国人首先用氢氧燃烧火焰熔化石英矿石制造石英制品,1902 年英国人用石墨棒通电获得高温制造石英制品,但直到二十世纪 50 年代,随着半导体技术和石英电光源产品(石英管为其泡壳材料)的发展,石英玻璃材料及制品行业才迅速发展起来。

我国石英制品工业起步较晚,基础薄弱,产品主要作为工业用基础性材料,然而近年来由于电子信息等高科技行业对石英材料的高度需求,石英玻璃材料及制品行业也迎来了新的发展空间和机遇。伴随着国外先进技术及设备的引进以及自主研发,我国石英玻璃材料及制品行业在石英制品工艺、设备制造方面均得到大幅提升,正逐渐从能源和劳动密集型行业向技术密集型、资金密集型方向转变。但与西方发达国家同行相比,仍处于技术发展实力整体薄弱,具有极强发展潜力阶段。近年来,受到下游光源、光伏、光纤半导体(电子信息)等三大应用领域快速发展需求的拉动,行业进步态势明显。

高性能石英玻璃材料是电子信息、光学光源、光伏能源、航空航天等行业不可或缺的重要基础性材料,在国家重大工程、航天、信息产业、化工、电子等领域具有关键作用。十三五时期,国家逐步推出的一系列加快突破新一代信息通信、新能源、新材料、航空航天、生物医药、智能制造等领域核心技术的产业政策,带动石英材料的发展进步,我国石英玻璃材料及制品行业将实现跨越式的发展。《中国制造 2025》更是将以特种金属功能材料、高性能结构材料、功能性高分子材料、特种无机非金属材料和先进复合材料等题材作为发展重点,以加快基础材料的升级换代,彰显了国家支持新材料领域发展的决心和信心。

3、行业产业链分析

(1)行业上游

石英砂作为石英玻璃材料及制品行业的重要原材料,其价格直接影响到生产成本。由于国外石英矿石总体质量较好,且国内对石英矿石的开采有一定政策限制,目前国内石英制品所用原材料多从国外进口。根据其下游应用行业不同,原材料被大致分为普通石英砂及电子信息领域用高纯石英砂。

普通石英砂大多来自安哥拉、马达加斯加、巴西等地,经我国东海县石英矿石加工厂粉碎、打磨、清洗后,出售给石英制品生产厂商。普通石英砂价格多年维持在较稳定的水平,其价格波动对行业内企业产品不会产生重大影响。

而电子信息行业中半导体器件则需要高纯石英砂作为基础原材料,其总体杂质含量在 22ppm 以下、单类碱金属(钾、钠、锂)含量均小于 1ppm 的石英砂,该纯度标准对应的产品为美国 Unimin 的 IOTA-STANDARD 等级石英砂,该产品被全球公认为高纯石英砂的标准产品,其产品纯度指标被视为该行业“国际标准纯度”,目前世界上其他厂家的产品皆以此标准衡量质量,其产品纯度指标多种。

最初的高纯石英砂是由水晶加工而成,随着水晶资源的逐步枯竭,自上世纪70 年代,美国等国家开始探索用普通石英代替水晶来制备高纯石英砂,从天然岩石矿中提取高纯石英砂是目前世界上生产高纯石英砂的最先进技术。世界上只有美国的 Unimin 等少数几家公司能够大批量生产高纯石英砂,基本垄断了高纯石英砂的国际贸易市场。除此之外,俄罗斯、德国、日本等国家的优质石英矿产资源也较为丰富且具有高纯砂的提纯技术,但至今未有形成较大的供应能力。

(2)行业下游

石英制品的应用领域十分广泛,已逐步渗透到电子信息、太阳能、电光源、航空航天、国防科技等飞速发展的领域,下游市场需求量较大。

A、电子信息领域

在国家政策层面,“十三五”规划、“一带一路”、“《中国制造 2025》”和“互联网+”、“宽带中国”等陆续出台的政策引导下,“十三五时期”我国电子信息领域的半导体光纤技术产业将继续朝着智能化、信息化、品质化、标准化方向发展。尤其是石墨烯、量子点、纳米等新材料、新技术将进一步与半导体光电产业向融合,以及国际市场技术与中国产业基金的结合,电子信息产业必将在中国有一个更为广阔的市场发展前景。由于电子信息行业涉及的半导体和光纤生产过程需要消耗大量的石英片、环、板、法兰、刻槽舟、扩散炉管、清洗槽、大尺寸石英砣(筒)、光纤套管、把持棒等高品质石英材料,对国内天然高纯石英材料的需求和技术也提出了新的要求,更给石英玻璃材料及制品行业带来了大发展,必将促进石英玻璃材料及制品行业在质和量上的稳步提升。据行业专家预测,全球电子信息产业大发展的今天,石英材料作为电子信息的基础材料在未来 5-10 年将迎来一个发展巅峰,石英材料也将逐步成为高科技行业越来越重要的关键支撑材料。

B、太阳能领域

高纯石英坩埚产品是以天然石英为主要原料,是多晶硅铸锭过程的主要辅助耗材,随着新能源产业发展的拉动,以及国家持续出台的利好政策的刺激,光伏行业已经走出近几年发展的“阴霾”。中国光伏企业依托国家“一带一路”的战略引导,产业规模不断增长,产业集中度和技术水平进一步提升,多家光伏企业开始走出国门,布局海外,这无疑刺激和拉动对天然石英产品的巨大市场需求。

C、光通讯领域:

近年来,随着互联网、移动互联网应用的蓬勃发展,我国光纤光缆产业也迎来了较快发展,国内光纤光缆始终维持着增长态势。从“宽带中国”战略的深入推行到“互联网+”概念的提出,再到三令五申敦促“提速降费”,光纤光缆作为“宽带中国”的重要的基石,相关光纤光缆企业将从万亿投资中获益,而无线网络无疑将继续作为运营商投资的重点。随着“一带一路”政策思想的落地,光通讯材料作为信息互联互通的基石,将直接受益于“一带一路”政策的落实过程,我国光纤光缆行业将迎来新一轮发展契机。

D、航空航天领域

石英纤维由于具有强度高、介电常数和介电损耗小、耐高温、膨胀系数小、耐腐蚀、可设计性能好等一系列特点,是航空航天领域不可或缺的战略材料。石英纤维在高频和700℃以下工作区域内,保持最低而稳定的介电常数和介电损耗。这种优异的性能可以抵抗航天飞行器在飞行过程中,因温度陡然变化对材料介电性能产生突变性的影响,是航天飞行器的理想透波材料。航空航天产业已被列入国家战略性新兴产业和优先发展的高技术产业,国内航空产业规模快速扩张,民用飞机的研制、生产、销售情况良好,外贸和转包生产取得长足进步。近几年我国在航空航天及其他领域取得的重大进展,相关产品的量产化,也将极大拉动对石英玻璃纤维及制品的需求。中国政府高度重视航空航天产业发展,“十三五”期间政府将进一步加大支持力度,促进航空航天产业快速发展。支线飞机、通用飞机、直升机、航空发动机等项目的研制、改进取得了新的进展。载人航天、探月工程、北斗导航等取得重大进展。

E、电光源领域

随着全球淘汰白炽灯的步伐逐步深入,节能型卤素灯作为替代产品得到快速发展,产量上呈现翻番的增长,这极大促进了低端石英玻璃管的成长;环保领域用的石英材料增长平稳。在国内因为雾霾和水污染事件频发,人们对环境保护高度重视,其中空气净化和污水处理两个方面均得到快速发展,而应用于该领域的石英管杀菌灯每年增长率超过 15%,随着技术的更新,石英管在该领域内将有较大的发展空间。在医疗杀菌领域,空气杀菌器,臭氧发生器等发展迅猛,年增长超过 20%。

近年来,我国的电光源行业的发展十分迅速,国际上光源开发、研制和销售中心正逐渐向中国转移,中国已经成为世界最大的光源加工生产基地,电光源产品的产量亦居世界首位,产品也从过去的品种少、质量差,向多品种、高质量方向发展。世界三大照明公司欧司朗、飞利浦照明、GE 照明已将生产和采购中心向我国转移,产品替代以及生产中心的转移将进一步提升我国石英管生产企业的成本优势和市场竞争力。

4、不利因素

石英材料制品行业目前发展前景较好,但仍有部分因素制约了国内该行业的发展速度,具体如下:

(1)国外企业的竞争压力

石英玻璃材料及制品行业内优势企业与劣势企业的差距主要体现在工艺水平、装备水平、产品性能、技术研发水平、是否通过半导体材料认证等方面。国际先进厂商,工艺流程更先进,装备机械化和自动化水平更高,拥有高等级的洁净厂房,产品的一致性、可靠性水平均有良好保障,其产品应用于半导体行业等高端领域,产品附加值高。目前制约国内石英玻璃材料行业发展的主要不利因素包括高纯度石英砂原材料供应集中、技术研发水平低、产品档次不高,国内企业多数集中于底档产品,目前高端市场仍主要被国际石英玻璃材料企业占据。

(2)原材料价格上涨

原材料价格和劳务成本上升,由于上游行业的石英矿开采成本逐渐上升,导致主要原材料价格上升,单纯采用产品价格提升来弥补原材料价格上涨的方式未必能获得客户的认可。另外,2008 年 1 月 1 日起实施的《中华人民共和国劳动合同法》以及社会物价的持续上涨等因素,在一定程度上也导致人工成本增加。

(3)高纯石英砂供应稳定性因素

高级半导体器件所需的石英制品对原材料纯度要求极高,上游石英矿石的品质是高纯石英制品的先决条件,传统的国内及安哥拉等地的石英矿石满足不了高级半导体器件对石英原材料的质量要求。目前全球能够批量供应半导体用高纯石英砂的工厂较少,美国 Unimin 在行业中处于垄断地位,俄罗斯、德国、日本等国家虽然具有高纯砂的提纯技术,但至今未有形成较大的供应能力。因此一旦出现原材料供应紧张或产能不足的情况,高纯石英砂原料就会出现紧缺。

(4)人才引进难

我国石英玻璃材料及制品行业是伴随着国外先进技术及设备的引进和消化吸收而发展起来的,在高端石英制品技术人才的培养方面,由于石英产品涉及军工等战略性产业,国际市场的高端人才无法向国内流动,缺乏引进的渠道。另外,由于行业规模较小,国内没有大专院校进行专业对口人才的教育,高端技术人才基本上依赖于企业自身培养,周期长,成本高。多数石英制品企业的科研经费投入不足或较少,缺乏高素质的科研创新人才,市场意识、创新意识不强,不能及时应对市场变化并调整产品结构,行业技术创新能力有待进一步提高。只有不断提高自身的技术创新能力和科技研发能力,及时研发出适合市场需求的高端产品,才能加快石英制品国产化的步伐。

5、 行业壁垒

石英材料由于其独特的耐高温、抗腐蚀及良好的光透过性被广泛应用于电子信息、光伏、航空航天等先进科学领域,对石英制品的生产工艺、生产环境、机器设备均提出严格的要求。下游行业的飞速发展也要求供应商生产出适用的新产品,而国内尚未建立起统一的专业体系,生产工艺尚需凭借经验自主研发。总体而言,高端石英制品领域存在一定的行业壁垒。

(1)技术壁垒

石英玻璃的生产加工是气炼熔制技术、真空电熔技术、连熔连拉熔制技术、气练-电熔二步法技术交叉的综合学科,属技术密集型行业。同时石英制品的原材料配比、生产工艺的掌握以及技术研发体系的建立均需要时间和经验的积累和聚集。相较于光通讯、电光源、太阳能等应用领域,其下游电子信息行业对石英原材料制品的纯度、精度都有较高要求,需要高等级洁净的生产环境和高精密度机器设备。我国的石英玻璃材料及制品行业起步较晚,只有少数企业的石英制品接近国际先进水平,由于石英玻璃属于国家战略性新材料,广泛运用到军工行业的产品制造,因此各国对石英制品技术保护度高,多数石英企业所用的机器设备只能从国外采购,难以引进真正的技术,仅有部分企业凭借多年来的研究经验,已研发制造出相应生产设备,弥补了国内石英制品生产设备技术的空缺。作为电子信息行业的主要原材料供应商,电子信息产业的飞速发展对石英制品的生产工艺进步提出了更高要求,具备及时研发生产出适用新产品能力的企业才能获得持续竞争优势。

(2)市场壁垒

作为电子信息行业、光通讯行业的重要功能性耗材,石英制品的纯度、精密度对用户最终产品的性能及品质有重大影响。半导体器件多批量生产,对于大的半导体厂商,需要严格控制生产过程,保证产品的品质稳定,因此半导体制造商选择供应商比较谨慎,门槛较高,通常从企业规模、企业信誉、产品质量、生产能力、售后服务等诸多领域对阀门供应商进行数轮考核,并要求供应商提供相关产品的测试报告、认证证书及案例,以证明其产品的稳定性、可靠性以及后续服务能力等。行业销售渠道的建立需要花费较高的成本和时间,一旦确立合作关系不会轻易更换。出于产品质量和耐用性方面的考虑终端用户对产品的认可及信赖通常需要相对较长时间,供应商的历史业绩及使用情况对产品销售有重大影响,新企业介入市场有一定的难度。“新世纪”凭借其多年来产品质量的稳定以及优良的后续服务,为日韩客户所信赖,拥有良好的客户关系。

(3)人才壁垒

石英玻璃材料及制品行业的核心竞争力体现在技术研发和产品质量、售后服务等方面,技术来源于人才,因此要求企业必须具备雄厚的研发力量和富有经验的销售团队。只有具有技术优势和创新能力的企业才可能参与到中高端产品市场的竞争,保持持续的盈利能力。目前我国尚未建立石英专业人才的系统培养机制,行业专业人才总量相对不足、分布不平衡、结构不合理,缺乏高素质的技术研发人员,特别是具有国际石英玻璃材料及制品行业经验的高水平研发人员和管理人才,对于新进入者而言,很难在短时间内招聘及培养具有核心竞争力的研发和生产团队。

6、行业竞争格局

整体来看,目前国外石英制品企业在行业中仍处于领先地位且占据了大部分高端市场。从产品品质上来看,由于下游半导体行业对原材料石英玻璃品质要求较高,对产品的纯净度、稳定性都有极高要求,且该行业市场壁垒较高,对供应商依赖性较强,因此部分高端产品仍需高价从海外知名厂商进口。从产品种类上来看,国内石英制品企业产品多为石英砣、石英片、石英棒等原材料制品,而国外企业在大功率灯管、半导体生产用石英炉管、大尺寸光学镜头、液晶显示用合成石英玻璃、光纤套管和光纤预制棒、特种石英玻璃等高附加值石英产品有较大优势。近年来,本土企业通过不断加大技术研发力量,加快了前进步伐,随着生产工艺及流程的更新进步,通过新材料、新工艺、优化性能参数等方式逐步缩小与国外竞争对手的差距。目前国内部分高端产品正在逐渐进入电子信息市场,替代国外产品。

 
关键词: 石英玻璃 玻璃王
 
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