氧化锆行业研究.docx

氧化锆研究报告1、氧化锆简介氧化锆（ZrO2）本身是一种耐高温、耐腐蚀、耐磨损和低热膨胀系数的无机非金属材料，氧化锆陶瓷具有高韧性、高抗弯强度和高耐磨性，优异的隔热性能，热膨胀系数接近于钢等优点。2、锆行业发展历程自1975年澳大利亚学者K.C.Ganvil首次提出利用ZrO2相变产生的体积效应来达到增韧陶瓷的新概念以来，对氧化锆的研究开始异常活跃。尤其是1983年东曹（Tosoh）首家成功产业化的纳米复合氧化锆，由于卓越的物理性能、化学性能，各国竟相加大投入研发纳米复合氧化锆系列产品，其应用逐步扩展到结构材料、功能材料等多个领域，目前正广泛地被应用于各个行业中。3、锆行业发展现状与趋势（1）全球锆行业发展现状与趋势锆英砂主产地在澳大利亚、南非、美国等地，国内海南省、广东省等地也生产锆英砂。根据2009国际锆业大会资料，在锆英砂的供应方面，澳大利亚和南非占全球出口量的91%，在需求方面，中国是最大的消费国。发达国家目前基本不参与初级锆产品的生产加工，90%氯氧化锆在中国生产加工，其中85%以上出口，主要出口美国、日本，其次是欧洲，用于陶瓷、二氧化锆制品和核级海绵锆的生产。2003-2008年全球锆行业的年增长率达到9.3%，2009年由于金融危机的原因，锆行业市场需求大幅萎缩，但是预计经济复苏后直至2020年，预计年均增长率稳定在4.4%左右。（2）中国锆行业发展现状与趋势进入21世纪以来，基础建设、房地产以及家居装潢等行业的需求持续旺盛，导致陶瓷行业对锆产品的使用量直线上升，陶瓷行业主要消耗的上游材料是氯氧化锆、硅酸锆。此外，随着我国居民消费升级进程的加速，含锆特种陶瓷在燃料电池、高级特种陶瓷、光通讯器件、氧化传感器等高科技领域的材料应用中占据重要的地位，同时氧化锆结构陶瓷由于其优越的物理性质目前已经在刀具、手表等民用领域得到了大力的推广，除此之外，其在工业领域中作为重要的新材料已被大量应用于阀门、采油钻井缸套等部件的制作中。 2003年以来随着锆产品的需求不断提升，我国锆行业产能大幅扩张，2009年金融危机后，锆产品需求锐减，两方面因素造成锆业市场行情低迷，2010开始锆行业陷入低谷，2013年由于国内陶瓷、锆宝石、汽车尾气净化催化剂等终端应用行业需求增加，推动二氧化锆、复合氧化锆、碳酸锆等氧氯化锆深加工产品产量较2012年将有所提升，这也带动了氧氯化锆国内需求量的回升。（3） 新兴锆制品需求强劲，利润率较高新兴锆制品包括复合氧化锆和氧化锆结构陶瓷。氧化锆结构陶瓷是指以氧化锆为主要成分的陶瓷材料，它不仅具有耐高温、耐腐蚀、耐磨损、高强度等优点，而且还具有优良的热性能和电性能。氧化锆结构陶瓷性能的决定因素在于其原料复合氧化锆。复合氧化锆稳定性提升，用途得到极大拓展。复合氧化锆需求快速增长。高性能复合氧化锆粉体被广泛应用于光通讯器件、敏感陶瓷、固体燃料电池、切削工具、高级耐火材料等特种陶瓷、新材料行业。新兴锆制品发展历史短，需求强劲，利润率较高。（4）核电领域发展促进核级海绵锆铪的生产技术发展目前，国际上核电占发电总量的比例已经达到16%，发达国家高达26%，而我国目前却不足3%。为此，国家提出积极发展核电的规划，为我国锆铪行业，特别是海绵锆铪及其加工产品的研发、生产，提供了重要的发展机遇。世界上能真正实现核级海绵锆生产的产业化、规模化的国家或者企业屈指可数，我国在核电、核工业及和核能源等领域发展所需的核级海绵锆长期依赖于进口，长远来看，核电仍具备较大的发展空间，这为我国锆铪行业，特别是海绵锆铪及其加工产品的研发、生产，提供了重要的发展机遇。4、产品种类 5、产业链情况（1）锆英砂：我国锆矿储量有限，主要原料锆英砂80%以上依靠进口，因此限制锆产品原料成本话语权，东方锆业目前拥有澳洲矿产资源，在原料方面有优势；目前锆英砂售价在1200美元/吨左右。（2）电容锆：电熔氧化锆行业从早期的外资企业垄断国内市场，发展到当前多足鼎立的局面，几家大公司占据了国内绝大部分市场，竞争格局基本形成。近两年来行业竞争加剧，市场制造向更细，纯度更高的电熔氧化锆发展。近两年陶瓷墨水新技术的发展，短期内可能导致电熔氧化锆的需求下降。方兴科技是国内规模最大的电容锆生产企业，目前拥有3条氧化锆有生产线，每条线产能6000吨，实际产能2万吨，2014年产量13000吨，收入约4亿，每吨售价在30000元左右，毛利率27%。（3）硅酸锆：硅酸锆行业下游应用主要集中于建筑领域，受房地产市场低迷拖累，整个行业发展困难，部分企业退出这一市场。经过近几年的发展，硅酸锆行业的总产能已超过50万吨，硅酸锆主要生产厂家在福建地区，目前售价根据产品质量的优劣在8000-10000元/吨。（4）氯氧化锆：受整个锆业市场行情低迷影响及13年以来锆业大幅扩产，目前工业级氯氧化锆售价在9000元/吨左右，升华拜克是国内规模较大的氯氧化锆生产企业，2013年销售收入约2.7亿，毛利率仅5.8%。海绵锆：容易吸收氢、氮和氧气；锆对氧的亲和力很强，高温时能与溶入的氧、氮、氢直接化合。常用于航空航天，军工，核反应，原子能，及金属超硬材料添加，制造防弹合金钢等。东方锆业是目前国内最大的工业级海绵锆与核级海绵锆生产厂家，年能工业级海绵锆450吨，核级海绵锆1150吨。目前其工业级海绵锆销售收入2400万，核级海绵锆10万，均处于亏损状态，未来量产后有望获得盈利。（5）复合氧化锆与纳米级复合氧化锆是锆行业应用最广，发展前景最好的细分行业，之后详细介绍。6、纳米复合氧化锆由于纳米复合氧化锆综合性能优越，卓越的物理性能（高强度、耐高温、耐磨、自润滑、绝热绝缘、膨胀系数可调节等）、化学性能（抗腐蚀、对氧浓度差敏感、氧离子电导率高等）、纳米性能（比表面积大、加工精度高、储氧能力强等），在各行各业均有应用。 目前全球纳米复合氧化锆年销量在4万吨左右（其中2万吨左右的低端用途微米级复合氧化锆亦可部分满足），年销售收入在140亿元人民币左右。复合氧化锆在部分领域包括研磨介质、氧传感器等领域进入成熟期，其他领域均在快速发展期甚至刚进入导入期，其中既包括具备巨大放量空间的超增韧型机械零部件（轴承轴套、阀球、壳体等）等领域，亦包括概念性很强的燃料电池领域（作为SOFC型燃料电池的正极原材料和电解质；同时在制氢催化剂领域作为催化剂载体有广泛应用）、汽车尾气处理领域（作为汽车尾气处理三元催化剂的助催化剂即储氧材料）等领域。 复合氧化锆具有较高的毛利率水平，下图为锆行业最大的上市公司东方锆业2013年毛利率水平7、纳米氧化锆的合成工艺水热法生产纳米复合氧化锆是目前工业化的最佳路径，其反应原理简单，即将原料（氧氯化锆及稀土氯化物）水解生成氢氧化物，再通过水热反应控制纳米颗粒的形成，并通过后处理工序进行适当调节。2014年1月16日国瓷材料公告新产品纳米级复合氧化锆投产；2014年1月24日九九久公告纳米复合氧化锆粉体4个系列产品中试成功并通过中科院苏州纳米技术与纳米仿生研究所相关测试。两家公司技术路线均采用原创的全球最优的水热法路径，这标志着国内在纳米复合氧化锆的中高端领域成功取得突破。为得到尺寸均一、粒径可控、烧结效果好的产品，整个工艺难点在工艺控制，尤其是热交换降温、煅烧等环节升降温曲线的条件摸索与精确控制、两次分散过程中分散剂的使用与过程控制。8、纳米氧化锆的应用（1）研磨介质研磨介质全球年消费量在千万吨级，产品品种繁多，价格差异巨大。纳米复合氧化锆作为研磨介质，相比其他材料，具备三个方面的特性：极低的磨耗（ppm）级，可防止物料污染；高的研磨效率；使用寿命长。纳米粉体质量直接决定了最终产品质量。由于其单价高（一般国内货源10-20万元/吨，国外货源50-80万元/吨），相对其他研磨介质的数千元-数万元/吨的价格而言，只在少数特定场合使用（如电子陶瓷、耐火材料、磁性材料、冶金、医药、食品、化妆品、涂料、纺织、印染、颜料等），年用量全球约6000吨左右（其中中国3000吨左右）。东方锆业的复合氧化锆结构陶瓷能满足一部分中低端应用需求，每年约有500吨左右的量用于生产研磨介质。如遇到其它具有一定规模的生产企业也可关注，市场空间较小。（2）涂料纳米复合氧化锆在涂料中的应用领域包括：利用其高硬度、抗磨损、耐刮擦、不燃的特性，极大的提高涂料的耐磨性和耐火效果。由于其导热系数低、并具备特殊光学性能，可用于军事、航天领域的热障涂料及隔热涂料。纳米复合氧化锆具备特殊光学性能，对紫外长波、中波及红外线反射率达85%以上；且其自身导热系数低，可提高其隔热性能。由于不同晶型纳米氧化锆体积不同，可制备具备自修复功能的功能性涂料。目前含有纳米复合氧化锆的涂料产品还处于导入期，可继续关注，特别是研究涂料时可作为一个类别加以比较与讨论。（3）刀具陶瓷刀（锆刀）具有高硬度（莫氏硬度9.0，仅次于钻石）、无毛细孔、不生锈、无金属味残留、无需重新打磨、抗菌、抗氧化等优点，具有许多金属制刀具无法取代的特性，在20世纪初即有使用，但因其脆性局限其实用范围。近年来，随着纳米复合氧化锆复合材料的进步，其韧性大幅改善，陶瓷刀从原有的航空航天等高科技领域开始扩大到工业陶瓷刀具，近年开始走向民用，在欧美家庭和医疗手术用刀的市场份额快速提升，近年全球刀具年消耗纳米复合氧化锆6000吨左右。国内刀具制造基地广东阳江每年消耗的特种钢超过100万吨，目前陶瓷刀产量占比较小，东方锆业每年约1000吨氧化锆结构陶瓷供应当地刀具厂家，由于市场增速较快。由于原粉品质差距，国内刀具整体质量（尤其是韧性）较进口产品差距较大。目前家用锆刀的品牌较多，国外包括德国双立人、德国陶正TRANCEN、日本京瓷KYOCERA等，国内厦门美迪亚MIDDIA、金澳、金钛、苏泊尔、张小泉等多个品牌近两年开始跟进。陶瓷刀具这几年市场份额快速提升，家用锆刀品牌竞争激烈，医疗手术刀领域或许还有机会。（4）工业结构陶瓷由于纳米复合氧化锆的特种性能，可以承受金属材料、高分子材料和绝大部分其他陶瓷材料难以胜任的严酷工作环境，特别是高温环境，因此其制品作为结构件在能源、航空航天、机械、汽车等多个行业得以应用，全球年消费量在3000吨以上。以高温结构陶瓷为例，可分为两大类，一类是在大热流和1500度高温下短时间使用（几秒到几十分钟），另一类是在中热流和1200度以上高温下长时间使用（几百到几千小时）。前者用于洲际导弹、航天飞机等，后者用于能源工程，作为各种新型热机（燃气轮机、绝热柴油机和斯特林发动机）中的耐磨、耐腐蚀部件。国内从事结构陶瓷材料的厂家数量众多，但规模不大，且绝大部分都是外购纳米复合氧化锆粉进行加工。遇到具有一定规模的军工与新型热机用陶瓷构件企业并通过相关产品认证的企业可关注，细分市场相对较小。（5）氧传感器汽车氧传感器是电喷发动机控制系统中关键的传感部件，是控制汽车尾气排放、降低汽车对环境污染、提高汽车发动机燃油燃烧质量的关键零件。在使用三元催化转换器以减少排气污染的发动机上，由于混合气的空燃比一旦偏离理论空燃比，三元催化剂对CO、HC和NOx的净化能力将急剧下降，故在排气管中安装氧传感器，用以检测排气中氧的浓度，并向ECU发出反馈信号，再由ECU控制喷油器喷油量的增减，从而将混合气的空燃比控制在理论值附近。由于O2-能在纳米复合氧化锆固体电解质内迁移，在不同氧浓度差下，会导致电解质两端电极电势差发生变化，是主流氧传感器的核心材料。一般一辆汽车配2个或多个氧传感器，每个传感器需纳米复合氧化锆粉体5-10g；由于环保要求和氧传感器的节油特性（通过提高燃油燃烧效率），发达国家一般5万公里左右进行更替。按照2012年全球汽车产量8414万辆计算，考虑部分替换需求，全球氧传感器年产量在2亿支以上，消耗粉体1000-2000吨。氧传感器目前已处于成熟期，并且属于发动机核心部件之一，供应商较为稳定，企业竞争格局已定，不予以关注。（6）燃料电池燃料电池（Fuel Cell）是一种将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置。由于其转化过程清洁（氮氧化物排放减少97%）、能源转化效率高（多在40-60%，如热电联产可达85%）的特性，被认为是未来常规能源的终极解决方案。从目前进展看，SOFC是中大型固定式发电的首选方案，PEMFC是移动式和小型发电的首选方案（见表6）。SOFC方式中，其电解质材料为氧化钇稳定的纳米氧化锆（YSZ），正极为YSZ表面镀Ni等金属。另外，纳米复合氧化锆作为各种制氢催化剂载体亦有广泛用途。氧化锆在燃料电池及制氢催化剂上目前还处于导入期，下游行业还不成熟，但应用潜力很大，可关注。（7）特种机械零部件特种超增韧型纳米复合氧化锆在轴承、轴套、阀球、壳体等领域均有广泛应用，以轴承为例：纳米复合氧化锆材质的陶瓷轴承作为一种重要的机械基础件，由于其具有金属轴承所无法比拟的优良性能，近十多年来，在国计民生的各个领域中得到了日益广泛的应用。相对特种钢材质轴承而言，其具备以下优点： 不怕腐蚀。故可在布满腐蚀性介质的恶劣条件下工作。 密度小。因此转动时对外圈的离心作用减小，寿命大大延长。热膨胀系数小。可容许其在温差大的环境中使用弹性模量高，受力不易变形。有利于提高工作速度、提高精度。目前全球每年特种机械零部件领域消费纳米复合氧化锆在10000吨左右。仅从使用寿命看，纳米复合氧化锆寿命为特种钢的5倍（见表7中应力循环次数）；从实业界调研信息看，在恶劣环境下其工作寿命是特种钢的10倍左右，价格是特种钢的5倍左右。我们预计国内企业定价在进口货源的50-80%，其价格将是特种钢的2.5-3倍，性价比将大幅提高。特种机械部件用氧化锆市场较大，属于高端应用领域，毛利率较高，可重点关注。（8）光纤连接器光纤连接器是光纤之间进行可拆卸（活动）连接的器件，负责将光纤的两个端面精密对接，以使发射光纤输出的光能量最大限度的耦合到接收光纤，并使由于介入光链路而对系统造成的影响减到最小。光纤连接器将享受整个光通讯市场的快速发展。受益数据中心和电信网络的快速发展，技术的进步促进了光纤往更终端的用户迁移，近年来全球光纤连接器市场保持较快发展，2012 年光纤连接器及所有类型的机械接头市场的销售额达23.9 亿美元。按照2013 年光纤连接器产量8.84 亿只、纳米复合氧化锆渗透率40%、每只使用5g 计算，2013 年消费纳米复合氧化锆1700 吨。光纤连接器市场发展迅速，年增速在20%左右，但市场规模较小，遇到龙头企业可关注，不予以特别关注。（9）齿科材料与传统牙科陶瓷材料相比，纳米复合氧化锆(Y-TZP)9由于存在介稳的四方氧化锆向单斜氧化锆的应力诱导相变增韧作用，具有较高的韧性，而受到了普遍关注。牙科纳米氧化锆是一种很优秀的高科技生物材料，目前在口腔界公认牙科材料无论价格还是质量都是纳米复合氧化锆最好。目前日本东曹（Tosoh）的产品竞争力最强，其粉体制备的陶瓷牙外观与天然牙齿几乎完全吻合，由于销量持续快速增长，东曹2013财年年报披露其将大幅扩大纳米复合氧化锆产能（目前各项产品总产能约3000吨/年）。预计全球齿科材料对纳米复合氧化锆的年消费量在1500吨左右。齿科纳米复合氧化锆材料是目前公认的性价比最好的材料，未来应用空间巨大，并且齿科普遍毛利率较高，可重点关注。（10）锆铈共熔体汽车尾气净化催化剂一般由三个部分组成：载体（堇青石、氧化铝等）、助催化剂（纳米涂层增大比表面积、同时作为储氧材料）、催化剂（一般汽油车为铂钯铑等，柴油车为钒钨钛等）。其中铈锆固溶体复合氧化物材料作为助催化剂使用，是十分重要的涂层材料。其具备四个方面的特点：铈、锆两种金属可在较宽范围内有效复合；高温稳定性好；高氧化还原能力（Ce4+Ce3+）；高储氧放氧能力。这些特征使三效催化剂使用铈锆固溶体后具有很高的低温催化转化能力。1升催化剂一般需消耗铈锆固溶体100g左右，每辆车的催化剂用量与排量相关，汽油车1L排量对应0.8-1.2L催化剂，柴油车1L排量对应2L催化剂。2013年全球汽车销量达到8280万辆，同比增加4.2%；其中中国汽车产销量均超过2000万辆大关，产量2211.68万辆，销量2198.41万辆，同比分别增长14.76%、13.87%。 假设以8280万辆车全部按照1L排量汽油车、对应使用0.8L催化剂计算，铈锆固溶体年消费量6600吨；催化剂使用寿命按8万公里或5年计算，每年约有1500辆汽车需要更换催化剂，锆铈固溶体年消费量1200吨，所以总计实际用量预计在8000吨左右。对国内市场而言，2015年1月柴油车领域国IV标准的正式实施，国内汽油车尾气催化剂14-17年有望保持19%的复合增速。由于国内汽车尾气催化剂市场主要仍掌握在庄信万丰、优美科等外企手中，国内企业仅威孚高科、贵研铂业等少数企业有规模产量，实际国内采购量将有一定折扣，但从全球角度看，铈锆固溶体仍在快速成长期。另外，铈锆固溶体在传感器材料、抛光材料、燃料电池、结构材料、高强度陶瓷等领域亦有广泛的应用前景。锆铈共熔体市场空间巨大，目前国内可生产合格产品的企业较少，利润率较高，可重点关注。9、关注企业筛选（1）氧传感器、光纤连接器、耐磨材料、刀具这三个领域或者市场比较成熟或者市场空间有限或者市场门坎较低，不予以关注。（2）燃料电池、涂料、电子用氧化锆陶瓷（手机背板、指纹识别）领域目前处于导入期，市场还没有打开，不适合现阶段投资，不特别关注，遇到技术型企业做一个项目储备。专利查找：杭州培瑞科技有限公司、湖北葛店开发区地大纳米材料制造有限公司、重庆利特高新技术有限公司（3）特种机械零部件与工业结构陶瓷属于氧化锆的高端应用，市场也较大，但企业普遍小而分散，通过参加展会发现企业。专利查找：上海高越精密陶瓷有限公司（中国科学院上海硅酸盐研究所合作企业，打算先拜访一下研究院）（4）全瓷牙：除爱尔创科技股份有限公司（已被投资）有7个关于氧化锆陶瓷义牙注册证外，其他20多个企业有2个注册证，企业比较散。（5）锆铈共熔体：目前大规模生产锆铈共熔体原材料的企业主要有天津海赛、东方锆业；国瓷材料与九九久具报道已经掌握先进的水热生产法，但2013年年报还未生产，2014年年报未出。专利查找：上海华明高技术（集团）有限公司（技术型企业，掌握多项技术，没有产品，可以联系拜访一下）、重庆海特汽车排气系统有限公司(集团子公司)