半导体、新能源装备基石——国内外先进陶瓷产业发展深度研究

先进陶瓷是在多个国民经济重要领域中发挥着重要作用的关键基础材料。先进陶瓷材料属于陶瓷材料的一种。陶瓷材料具备优良材料特性，与金属材料、高分子材料并列为当代“三大固体材料”。陶瓷材料与金属、高分子材料对比如下：

先进陶瓷的优良物理、化学和生物等性能与普通陶瓷有极大差别，源自其原材料、制造工艺和精加工过程的更高技术标准，

按照材料，先进陶瓷主要分为氧化物、氮化物和碳化物陶瓷等。其中，氧化物陶瓷（尤其是氧化铝陶瓷）研究和产业化应用较早，目前应用领域最为广泛，使用规模也最大。中国各材料先进陶瓷市场规模如下：

按照用途，先进陶瓷可分为主要具有强机械性能、耐腐蚀等理化特性的结构陶瓷和具有电、磁等特性的功能陶瓷，具体如下：

全球先进陶瓷发展历史悠久，研发与工业化生产已经有超过100年的时间。二十世纪八十年代以来，先进陶瓷在全球得到突飞猛进的发展。

日本在先进陶瓷的产业化和工业、民用领域应用方面占据领先地位，日资企业在全球先进陶瓷领域占据约50%的市场份额。日本自二十世纪八十年代以来，将先进陶瓷的研发制造放在国际竞争中的战略性地位，不断加大投资力度。在电子陶瓷、光导纤维、高韧性陶瓷、陶瓷敏感原件、泡沫陶瓷、超塑性陶瓷、塑胶复合陶瓷、高性能陶瓷电池和陶瓷发动机部件等领域均处于国际领先地位。

美国高温结构先进陶瓷的发展良好，在航空航天和核能领域应用处于领先地位。2000年，美国陶瓷协会和美国国家能源部联合资助并实施了为期20年的美国先进陶瓷发展计划，旨在推动先进陶瓷成为一种经济适用的首选材料，并应用于节能环保、新一代信息技术、生物医药、高端装备制造和新能源等战略性新兴产业中。

欧洲在机械装备领域先进陶瓷处于领先地位，产业重点为应用在发电设备中的新型材料技术，如陶瓷活塞盖、排气管里衬、涡轮增压转子和燃气轮转子等。

根据弗若斯特沙利文数据，2021年全球先进陶瓷市场规模达到3,818亿元，其中先进结构陶瓷为1,067亿元，占比28%；预计2022年至2026年全球先进陶瓷市场规模复合增速为4%。

1、中国先进陶瓷发展历程

探索阶段：1950年-1980年

从二十世纪七十年代开始，我国的高校和科研院所开始重视先进陶瓷的研究，取得了包括纤维补强陶瓷基复合材料应用、多元氮相图研究等在内的多项成果。

起步阶段：1980年-2000年

1980-1990年间，国内先进陶瓷的应用场景局限于航空航天及工业轴承用的结构陶瓷，产业链也不够完善，原材料几乎全部依赖国外进口。二十世纪九十年代，中国在先进陶瓷领域的研究成果逐渐丰富，在纳米陶瓷粉体制备与团聚、纳米陶瓷固烧结理论等方面取得了一系列成果，电子陶瓷在这一阶段被引入国内市场。二十世纪九十年代末期，我国先进陶瓷产业链逐渐完善，为本土企业发展创造了有利环境。

高速发展阶段：2000年-2020年

先进陶瓷应用场景逐渐增加，其研究得到了国家和各科研院所高度重视，市场规模进一步扩大，产业链更加完善。包括公司在内的中国多家本土先进陶瓷企业在这一阶段先后正式运营，通过自主创新和引进专家、技术、工艺、装备，国内企业逐步掌握了关键工艺技术，在国内逐步打开市场，并初步进入海外市场。

提升国际竞争力阶段：2020年至今

随着中国在泛半导体、新能源等领域全球制造地位日益提高，以及国家大力推动新材料发展，先进陶瓷的市场需求也在不断扩大，产业向高端化发展。现阶段，我国先进陶瓷技术研究领域广泛，部分理论研究已接近国际主流水平；一些产品逐渐加入国际市场竞争，企业将对高精尖、高附加值产品的研究开发作为发展重要抓手。

2、中国先进陶瓷市场规模及国产化水平

2021年中国先进陶瓷市场规模达到890亿元，约占全球市场的23%；中国先进结构陶瓷市场规模为189亿元，占中国先进陶瓷市场的21%。弗若斯特沙利文预计2022年至2026年中国先进结构陶瓷市场规模复合增速为11%。

中国先进陶瓷市场起步较晚，根据弗若斯特沙利文数据，2015年中国先进结构陶瓷国产化率仅约为5%，到2021年已提高至约20%，行业多项关键零部件产品不同程度上实现了国产替代。在半导体领域，目前国内晶圆厂所使用制造设备的先进结构陶瓷零部件国产化水平仍然较低，根据弗若斯特沙利文数据，2021年中国大陆国产半导体设备的先进结构陶瓷零部件国产化率仅约为19%。在新能源领域，一方面，锂电池领域，2021年分级机分级轮用氧化铝陶瓷、砂磨机涡轮用氧化锆陶瓷的国产化率达到或超过了90%；另一方面，燃料电池领域，国内固体氧化物燃料电池的设备制造商较少，2021年固体氧化物燃料电池制造设备氧化铝陶瓷的本土供应商的全球份额超过70%。

在显示面板领域，国内显示面板CVD设备制造商市场份额较低，2021年显示面板CVD设备用大尺寸氧化铝陶瓷的本土供应商的全球市场份额超过30%。

因此，半导体、显示面板领域先进结构陶瓷国产替代率目前仍然不高，未来该等领域的国产替代前景良好，国产替代市场空间巨大；锂电池、燃料电池领域先进结构陶瓷国产替代率已经较高，未来虽然国产替代水平进一步提高空间有限，但下游需求将继续爆发增长，产业链上的中国本土企业在全球将发挥愈发重要的作用，该等领域市场前景广阔。此外，在显示面板CVD设备、固体氧化物燃料电池制造设备方面，上下游产业链的国产化还很大程度上取决于国产设备厂商的制造能力，设备国产化亦会带来零部件的国产化增量需求。各领域部分先进结构陶瓷关键零部件国产化情况如下：

按下游应用领域分类，2021年泛半导体设备领域需求金额占中国先进结构陶瓷整体市场规模的35%，其中半导体设备占整体市场规模的22%。

1、零部件性能要求不断提高，以适应下游半导体先进制程、显示面板大尺寸化等需求

①配套更先进制程半导体设备

随着半导体制程工艺向7nm及更高的水平发展，半导体设备的生产效率和精度不断提高，对先进陶瓷材料零部件的理化性能指标要求也不断提高，例如，针对氧化铝陶瓷零部件的耐腐蚀特性、低介电损耗特性、电阻率可控性等指标均提出了更高的要求，针对氮化铝陶瓷的高电阻率性能亦有更高的标准。半导体行业技术快速迭代升级的行业特性要求先进陶瓷企业针对不同细分领域的应用不断改进材料配方和加工工艺，进行材料的持续开发换代。

②配套更大尺寸规格显示面板设备

随着显示面板世代线提高，面板尺寸增大，制造设备需要尺寸更大、精度更高的先进陶瓷材料零部件，对先进陶瓷的综合性能指标要求更加严苛，对其一整套制造和加工工艺也提出了更高的要求。

③其他领域

粉体粉碎和分级的推广普及和研磨物料种类的不断丰富使得下游对氧化锆陶瓷材料零部件在现有常温环境下机械性能的要求不断提高。同时，为满足中低温使用环境，行业内客户对氧化锆零部件材料的耐磨性、抗老化性也提出了更高的要求。

2、新型替代材料的研发需求旺盛

当前，面对日益多元化的客户需求，一些此前被广泛使用的材料已经接近或达到理化性能极限，单纯依靠既有材料体系的迭代升级已无法满足使用需求，替代材料的开发成为行业发展的新趋势。例如，在中低温环境下，氮化硅有望在部分市场替代氧化锆作为高耐磨材料；半导体设备高腐蚀性场景下，腐蚀性气体喷嘴等部件早期行业使用氧化铝基材，并通过在其表面熔射耐腐蚀性明显优于氧化铝的氧化钇达到性能要求，但对于该等部件细小的孔洞，熔射的方式已无法覆盖孔洞内部表面，改用烧结氧化钇块材的方式成为喷嘴部件新的替代方案。在替代材料的开发趋势下，要求先进陶瓷企业掌握多材料体系及配套技术开发能力，以不断适应行业技术发展的需要。

3、半导体领域高附加值“卡脖子”产品的技术亟待实现全面突破

随着半导体领域先进陶瓷材料零部件国产替代进程的推进，陶瓷加热器、静电卡盘等“功能-结构”一体化“卡脖子”产品相关技术正引起包括公司在内的国内企业重视和投入。该等先进陶瓷材料零部件设计精密度及特定功能要求，相较一般先进陶瓷材料零部件工艺更加复杂，需攻克热压、流延、共烧结、凸点加工、高温焊接、陶瓷/金属精密连接和CVD包覆等多种加工工艺。

先进陶瓷材料零部件的同行业企业中，京瓷集团、日本碍子、日本特殊陶业、摩根先进材料、CeramTec、CoorsTek等发展历史悠久，产品种类、经营规模、技术实力等均居于全球领先地位。

声 明：文章内容来源于熠星投硏。