陶瓷分為工業陶瓷和特種陶瓷。特種陶瓷,又稱“先進陶瓷”、“精密陶瓷”、“高性能陶瓷”,是指具有特殊力學、物理或化學性能的陶瓷。特種陶瓷以無機非金屬材料為基礎原料,以特定比例混配其他化合物,經成型、燒結等工藝制備而成。按照用途的不同,特種陶瓷可分為結構陶瓷和功能陶瓷。結構陶瓷具有高強度、高硬度、耐高溫、耐腐蝕、抗氧化等特性,適用于嚴苛的環境或工程應用條件,應用領域包括泛半導體設備、耐磨機械、國防軍工、航空航天等。
常見的結構陶瓷材料有碳化硅、氧化鋁、氮化硅等,其中碳化硅材料因其具有極高的彈性模量、導熱系數和較低的熱膨脹系數,不易產生彎曲應力變形和熱應變,并且具有極佳的可拋光性,可以通過機械加工至優良的鏡面。其作為性能優異的結構陶瓷和高溫材料,碳化硅陶瓷已在核電、風電、鋰電、半導體、光伏等領域得到越來越多的應用。2022年中國碳化硅結構陶瓷市場規模182億元,隨著應用領域進一步拓寬及下游增長需要,預計2025年碳化硅結構陶瓷市場規模達296億元。
一、受正、負極材料擴產帶動,中國鋰電材料用輥道窯爐系統市場規模持續穩定增長
輥道窯爐是一種連續生產設備,主要用于鋰離子電池正極材料、負極材料和電解液的烘干、燒結和熱處理等工序。從需求端來看,中國鋰電正、負極材料用輥道窯系統發展驅動力主要包括下游需求旺盛、成本優勢明顯、技術優勢帶動。隨著新能源車滲透率上升,供給增加疊加需求增速放緩,推動周期周而復始。在經歷了持續的產能大擴張后,相應窯爐22年增速進入放緩周期,預計26年開始新的建設周期,屆時增速再次攀升。
窯具是窯爐的關鍵配件,其工業窯爐中循環使用,用于支撐或保護被燒產品的耐火制品,受正極材料擴產帶動,窯具的應用規模擴大,碳化硅窯具以其優異的高溫機械性能,耐火性能以及抗熱震性能應用于陶瓷窯中,可提高窯爐生產能力,大幅度降低能耗,成為各類窯爐材料窯具材料中的理想選擇。
二、碳化硅結構陶瓷應用領域擴大,成為光伏電池片生產過程關鍵載具材料方面的良好選擇
在碳化硅結構陶瓷當中,碳化硅舟托光伏產業高景氣度發展,成為光伏電池片生產工藝過程中關鍵載具材料方面的良好選擇,其市場需求日益受到業界關注。
目前普遍使用的石英舟托、舟盒、管件等受制于國內、國際高純石英砂礦源限制,產能較小,且在光伏行業上游單晶爐用坩堝、中游硅片電池片載具耗材需求不斷增加的背景下,高純度石英砂存在供需緊張,價格長期高位運行的特點,石英載具作為光伏電池片生產過程中承載硅片的器件性能穩定,但是與物美價廉的耗材選型標準背道而馳。
同時,在電池片生產過程中隨著工藝時間及次數的增加,石英舟和石英管容易發生隱裂甚至斷裂,國內當前主流量產線石英舟和石英管壽命約3-6月,需定期停機清洗、維護、更換石英載具。相較于石英材料,碳化硅材料制舟托、舟盒、管件制品等熱穩定性能好,高溫使用不變形,無有害析出污染物,作為石英制品的優良替代材料,使用壽命可達1年以上,可顯著降低使用成本及維護維修停線造成的產能損失,成本優勢明顯,其作為載具在光伏領域的應用前景廣闊。
1、光伏電池片產業化進程加速,帶動光伏產業碳化硅結構陶瓷等生產耗材市場需求上升
光伏電池在整個光伏產業鏈中,屬于中下游環節,是決定組件效率和成本的核心器件,對于光伏發電成本的下降具有關鍵性的作用,2022年光伏產業用結構陶瓷市場規模為50億元,預計2027年規模將達到152.59億元。
在制造過程中不同組件對材料要求及用量各不相同,從結構陶瓷用料成本端考慮,舟托及舟盒占40%、懸臂槳占18%。可測算2022年光伏產業舟托及舟盒產值為20億元,隨著技術迭代升級2027年產值達到61.04億元,其中碳化硅舟托及舟盒市場規模為48.83億元,占比80%,考慮目前光伏產業用石英舟托及舟盒使用壽命壽命及價格等替代因素,預計未來碳化硅結構陶瓷材料占比將進一步提高。
2、光伏產業高景氣發展,推動電池片新技術設備需求上升,碳化硅結構陶瓷材料存在持續增長的市場規模
當前,世界主要經濟體的光伏滲透率不斷提升,在各國政策引導與市場需求的驅動下,隨著光伏產業度電成本顯著下降,目前光伏發電已成為全球最經濟的電力能源,根據IEA預測,2020-2030年間光伏裝機量將以21%的CAGR增長至接近5TW,光伏占全球電力裝機比重將從9.5%提升至33.2%,2022年,全球光伏制造產能增加超過70%,達到近450GW。
數據來源:IEA
中國占整個供應鏈新增產能的95%以上。2023年和2024年,全球光伏制造產能預計將翻倍,中國再次占到增幅的90%以上;根據中國光伏行業協會的數據,2012-2022年我國光伏電池片產量呈現持續增長態勢,年均復合增長率為31.23%,截至2023年6月底,光伏累計裝機約4.7億千瓦,已經是我國裝機規模的第二大電源,僅次于煤電。終端旺盛裝機需求持續帶動電池片需求高增,推動光伏產業碳化硅舟托及舟盒替換需求上漲,預計到2025年半導體及光伏行業用碳化硅結構陶瓷占比達62%,其中光伏行業用碳化硅結構陶瓷占比將從2022年6%上升至26%,成為最快增長領域。
碳化硅結構陶瓷所展現的高穩定性與機械性能使其應用范圍日漸擴大,隨著國內外業界對于高精密度、高耐磨耗、高可靠度機械零組件或電子元件的要求日趨嚴格,碳化硅結構陶瓷產品市場發展潛力巨大。