2022年石英玻璃產業鏈上下游競爭格局及國產替代趨勢報告（36頁）.pdf

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1、2022 年深度行業分析研究報告 3 3 1.石英玻璃高新技術領域關鍵原材料 . 6 1.1 石英玻璃材料及制品物化性質優越，應用領域廣泛. 6 1.2 石英產業鏈集中度較高，海外企業占主導 . 8 2. 上游：高純石英砂資源屬性強，呈寡頭競爭格局 . 9 2.1 高純石英砂是上游原材料，產品純度決定其應用領域 . 9 2.2 礦物提純是主流制備工藝，礦物質量和晶格除雜是關鍵 . 10 2.2 光伏石英砂需求旺盛，供給持續緊張，行業景氣高企 . 13 2.4 海外企業高度壟斷市場，我國企業快速崛起 . 14 3. 中游：石英玻璃技術壁壘高企，國內企業快速追趕 . 17 3.1 純度和不同雜質含

2、量決定石英玻璃材料應用領域 . 17 3.2 電熔和氣煉法是主要制備工藝，CVD 法是未來發展方向 . 18 3.3 海外龍頭占據市場主要份額，我國企業積極擴產加速替代 . 20 4. 下游：石英制品是科技領域關鍵耗材，內資龍頭切入高端半導體領域 . 23 4.1 石英制品為尖端科技領域關鍵耗材，不可替代 . 23 4.2 火加工看技工冷加工看設備，內資龍頭切入高端市場 . 23 4.3 石英纖維技術壁壘高，菲利華是我國唯一可量產企業 . 26 4.4 光纖用四氯化硅精餾技術突破，國產替代提速 . 28 5. 推薦標的 . 30 5.1 石英股份：深耕高純石英砂，發力半導體石英材料. 30 5

3、.2 菲利華：軍用石英纖維唯一供應商，石英玻璃材料專家 . 32 5.3 凱德石英：本土石英制品龍頭，半導體國產化開局人 . 34 5.4 三孚股份：專注精細化工，高純四氯化硅助力循環經濟 . 36 目錄 4 4 圖表目錄 圖 1：石英玻璃示意圖 . 6 圖 2：石英制品在各領域的作用 . 7 圖 3：石英玻璃產業鏈 . 9 圖 4：石英礦物提純制備高純石英砂的技術路線 . 11 圖 5：合成石英砂制備工藝 . 12 圖 6：2019 年全球高純石英砂競爭格局（截至 2019 年 11 月 20 日） . 15 圖 7：電熔法和氣煉法工藝流程圖 . 18 圖 8：化學合成法工藝簡述 . 18

4、圖 9：高純石英玻璃制備方法對比分析 . 19 圖 10：2013 年全球石英材料市場格局（%） . 21 圖 11：石英玻璃材料供應體系（以 LAM 為例） . 22 圖 12：2019 年石英制品下游應用領域占比（%） . 23 圖 13：火加工主要工藝流程 . 24 圖 14：冷加工主要工藝流程 . 24 圖 15：堿金屬除雜和脫羥處理 . 24 圖 16：石英纖維品生產流程圖 . 27 圖 17：光纖制造工藝流程 . 28 圖 18：2016-2022E 全球光纖預制棒供需情況 . 29 圖 19：2021 年全球光纖光纜市場份額分布 . 29 圖 20：公司業務模式概覽 . 30 圖

5、 21：2017-2021 年公司營收和歸母（億元） . 31 圖 22：2017-2021 年公司毛利率、凈利率和 ROE . 31 圖 23：公司產品概覽 . 32 圖 24：2017-2021 年公司營收和歸母（億元） . 33 圖 25：2017-2021 年公司毛利率、凈利率和 ROE . 33 圖 26：公司產業鏈結構圖 . 34 圖 27：2017-2021 年公司營收和歸母（億元） . 34 圖 28：2017-2021 年公司毛利率、凈利率和 ROE . 34 5 5 圖 29：公司循環經濟產業鏈示意圖 . 36 圖 30：2017-2021 年公司營收和歸母（億元） . 3

6、6 圖 31：2017-2021 年公司毛利率、凈利率和 ROE . 36 表 1：石英砂按純度劃分及主要用途 . 9 表 2：石英玻璃原材料制備方法比較 . 10 表 3：22-25 年我國及全球光伏用高純石英砂市場空間測算. 14 表 4：2021-2024E 國內供給情況預測（萬噸） . 14 表 5：全球主要高純石英砂企業對比 . 15 表 6：美國尤尼明公司高純石英砂的分類標準及用途 . 16 表 7：高純石英砂產品技術現狀 . 16 表 8：2022-2025 年全球高純石英砂企業產能及擴產情況 . 16 表 9：石英玻璃的分類、制備工藝、特性和用途 . 17 表 10：全球主要石

7、英玻璃材料企業對比 . 21 表 11：石英股份、菲利華石英材料擴產計劃 . 22 表 12：國內主要石英制品廠商技術路線 . 25 表 13：石英纖維制品及應用領域 . 26 表 14：全球石英纖維量產公司 . 27 表 15：國內高純四氯化硅供給情況概覽（萬噸/年） . 29 表 16：2018-2021H1 公司石英制品產量、銷量和產能統計（單位：件） . 35 表 17：行業重點公司估值表 . 37 6 6 1.石英玻璃高新技術領域關鍵原材料 石英玻璃是應用日益廣泛的高新技術材料。石英玻璃的成分為二氧化硅（SiO2），具有透光性高，耐溫性好，膨脹系數低等優越的物化性質，因此被廣泛應用于

8、半導體、光伏、光學、光纖和軍工等高新技術領域。石英玻璃已成為近代科學技術和現代工業不可或缺的重要材料。新材料領域的專家們把石英玻璃稱為“玻璃王”，無論從制造的高指標或工藝的復雜性，還是應用場合的技術難度來看，石英玻璃堪稱玻璃材料的“皇冠”。 圖 1：石英玻璃示意圖 資料來源：蘊澤礦產，申萬宏源研究 1.1 石英玻璃材料及制品物化性質優越，應用領域廣泛 石英玻璃的力學、熱學、光學和化學性能優越，在半導體、光學、光纖、光伏、電光源以及航空航天等領域應用廣泛。石英玻璃是由二氧化硅單一組分構成的工業技術玻璃，由于二氧化硅為原子晶體， Si-O 間是共價鍵， 所以石英玻璃耐溫性強且化學性質穩定； Si-

9、O間化學鍵能大且結構緊密，使得石英玻璃具有良好的機械性能，耐壓力強；此外石英玻璃具有較小的密度，再加上石英玻璃的微觀結構是由二氧化硅四面結構體結構單元組成的單純網絡，短程有序，長程無序，使得其光學性能優良且介電強度高。憑借優越的物化性質，石英玻璃廣泛應用于包括半導體、光纖、光學、光伏、電光源以及航空航天等諸多高新技術領域。 1）半導體（占比約 65%）：石英制品是重要的半導體耗材，用于半導體加工全過程。石英玻璃內二氧化硅純度高，化學性質穩定，不與除氫氟酸和磷酸外的任何酸反應，充分滿足半導體制造過程中需要抗高溫、變形性能強、不活潑的材料作為晶圓承載和清洗等容器的要求，被廣泛運用于半導體生產過程。

10、此外，由于石英玻璃折射率低，耐溫性強，能 7 7 夠滿足掩膜版對于基版材料光學透過率高，熱膨脹率低的要求，是高精度玻璃掩膜版的重要材料。 2）光纖（占比約 14%）：石英玻璃材料是生產光纖預制棒和光纖拉絲過程中主要的消耗材料。石英玻璃的折射率極低，吸光系數小并且透光波段范圍寬，而光纖作為以全內反射原理傳輸的光傳導工具，對折射率有極高的要求，因此石英玻璃被大量應用于光纖制造，主要產品有預制棒、爐芯管、石英管等。 3）光學（占比約 10%）：石英玻璃構成的部件是光學儀器中的關鍵性元件。透明石英玻璃的光學性能好，折射率低，可以滿足 185-3500m波段范圍內任意透光波段，因此既可以作為光學儀器的透

11、紫外材料也可以作為透紅外材料，主要產品為制造攝譜儀、紅外照相機、棱鏡以及透鏡。同時，石英玻璃具有很強的熱穩定性，數值在 8001000之間，光學石英玻璃還廣泛應用于高空高溫照相，比如：高溫作業窺視窗口、高精度測距儀以及大型天文望遠鏡。 4）光伏（占比約 7%）：光伏領域生產加工環節中，石英玻璃制品為硬性耗材。石英玻璃所制造的石英坩堝憑借潔凈、同質和耐高溫的性能，一般作為熔融多晶硅料的盛裝器具，用于后續拉制單晶硅棒/多晶硅錠的過程，是生產過程中的主要耗材。隨著新能源產業的強勁發展，中國光伏產業規模不斷壯大，天然石英產品尤其是石英坩堝產品的市場需求不斷擴大。 5）電光源（占比約 4%）：在電光源領

12、域，石英玻璃電光源產品在家居、醫療、交通、娛樂等行業應用廣泛。汽車照明用的氙燈，衛生消毒用的紫外線殺菌燈以及娛樂場所用的金屬鹵化物燈，都采用石英玻璃作為照明器具。 6）軍工：在航空航天領域，石英玻璃制品為宇宙飛船和航天飛機的核心元件。石英玻璃的密度小，抗壓能力強且光學性能好，滿足太空窗口材料濾紫外耐輻射的要求，避免高能射線照射下形成“色心”，被廣泛應用于衛星及宇宙飛船，耐輻照的石英玻璃可以有效控制航天器姿態，高強度抗輻照玻璃蓋片能為宇宙飛船的太陽能電池能源系統提供有效保護，此外，石英玻璃纖維隔熱性能優良，介電性能好，被廣泛用于機載天線罩用復合材料中。 圖 2：石英制品在各領域的作用 8 8 資

13、料來源：賀利氏官網、海利斯官網、中科院上海光學精密機械研究所官網，申萬宏源研究 1.2 石英產業鏈集中度較高，海外企業占主導 完整的石英玻璃制品產業鏈包含從高純石英砂原料到下游應用領域的全過程：高純石英砂石英玻璃材料石英玻璃制品下游應用領域。石英產業是以二氧化硅為主要原材料成分的材料及制品行業。產業鏈中，上游為高純石英砂生產及供應?，F階段，由于高純石英砂的生產與高品質礦源密切相關，產業內主要被背靠高品質石英礦的海外企業壟斷，主要參與者包括尤尼明、挪威 TQC 等，國內石高純英砂龍頭生產廠家為石英股份。中游石英玻璃材料一般會以錠、筒、棒、管等形態保存，目前產業內主要競爭者包括國外的邁圖、賀利氏、

14、東曹、昆希、以及國內的菲利華、石英股份等；下游的石英制品是以石英玻璃為材料制成的一系列器件，包括石英舟、鐘罩、坩鍋等，其對生產技術人員和生產設備要求高，國內石英制品加工企業技術與外資企業仍有差距，賀利氏信越、杭州大和、沈陽漢科、泰谷諾等外資企業占據主要市場份額，國內石英制品加工企業主要有凱德石英，菲利華石創、東科石英以及強華股份等；石英制品下游客戶主要包括半導體設備商和晶圓制造商、光伏石英坩堝制造商、光伏硅片制造廠商、以及光學、光纖、軍工和電光源領域相關生產廠商，其中半導體市場為主要應用市場。 9 9 圖 3：石英玻璃產業鏈 資料來源：中國化工報、凱德石英招股書、中國粉體網、立鼎產業研究院，申

15、萬宏源研究 2. 上游：高純石英砂資源屬性強，呈寡頭競爭格局 2.1 高純石英砂是上游原材料，產品純度決定其應用領域 高純石英砂是石英玻璃制備關鍵原材料，產品純度標準決定其應用領域。高純石英砂是指 Si 含量大于 99.9%，Fe2O3 含量小于 0.0001%、Al2O3 含量小于 0.01%的石英砂。按照純度指標高純石英砂可分為 3N（低端）、4N（中端）、4N8（高端）、5N2（超純）、6N（高純 SiCl4），純度決定其應用領域。半導體：6N 的 SiCl4 用來制作光掩?；?，5N2砂可制硅生長坩堝， 4N 和 4N8 砂可制硅片氧化、 擴散等用的石英材料； 光纖： 6N 的 SiC

16、l4用于制備芯棒，4N8 和 4N 砂可制沉積環節的種子棒與預制棒燒結的爐芯管；光伏：4N8砂可制硅生長坩堝， 4N 砂可制光伏電池擴散等用石英材料； 光源： 4N8 和 4N 砂可制特種、汽車燈和紅外光源用石英材料；軍工與航空航天：6N 的 SiCl4 可制對精度要求極高的傳感器，4N 砂可以生產石英纖維；光學：6N 的 SiCl4 制玻璃可作光刻鏡頭，激光陀螺等高端產品，4N、4N8 砂可用來制作鍍膜錠等產品。 表 1：石英砂按純度劃分及主要用途 材料 分類 SiO2 含量（%） 雜質含量（ppm） 主要應用 10 10 天然 普通石英砂 99.9% 1000-10000 電工行業（澆筑絕

17、緣材料）、過濾器（作工業過濾介質）、玻璃及制品、化工（制作泡花堿） 高純石英砂 低端 99.9%（3N） 100-1000 光學玻璃、耐火材料（鑄煉爐）、陶瓷、鑄造材料（鑄件造型材料） 中端 99.99%（4N） 20-100 半導體（石英管/棒）、光纖（爐芯管/石英管/棒）、光伏（石英管/棒/錠/板/坩堝）、光學（鍍膜錠）、光源（石英管）、航空航天（雷達罩） 高端 99.998%（4N8） 8-20 半導體（管/棒）、光纖（套管/爐芯管/棒）、光伏（坩堝）、光源（石英管） 超高純 99.9992%（5N2） 8 半導體（坩堝） 合成 高純 SiCl4 99.9999%（6N） 1 光纖（芯棒

18、）、航空航天（窗口/傳感器）、光學（光刻鏡頭/激光陀螺）、半導體（光掩膜基板） 資料來源：打破國外壟斷，研發世界一流石英玻璃邵竹峰、光纖預制棒用大尺寸石英套管技術研究孫麗麗光掩膜版用低羥基高純石英玻璃的研究陳婭麗、石英光纖材料輻射誘導缺陷的形成機理研究羅文蕓、石英砂提純工藝及表面改性研究汪本高、蘊澤礦產、石英股份官網，菲利華官網，申萬宏源研究 2.2 礦物提純是主流制備工藝，礦物質量和晶格除雜是關鍵 高純石英砂的制備工藝根據天然和合成可以分為礦物提純和四氯化硅合成兩種方式，受制于原料儲量和成本，當前礦物提純為主要制備工藝。天然高純石英砂可以通過天然水晶經過粉碎-磁選-浮選-酸浸-干燥-焙燒傳統

19、工藝得到，也可以通過花崗偉晶巖、脈石英巖等在改進傳統工藝環節的基礎上增加絡合和氯化煅燒等過程除去包裹體和晶格內的雜質深度提純獲得。合成四氯化硅制備通過光反應提高四氯化硅雜質的沸點，再通過精餾除雜制備。 由于天然水晶的儲量小且原料價格高， 合成四氯化硅的制備成本高， 難以大規模生產，因此，石英礦物提純加工是當前高純石英砂的主要制備方法。 表 2：石英玻璃原材料制備方法比較 分類 制備原材料 原料概況 制備工藝 優點 缺點 天然高純石英砂 天然水晶 國內天然水晶的資源儲量僅為 0.7 萬噸，儲量較小且一、二級水晶價格高昂， 隨著近年來觀賞性水晶需求激增價格持續上揚 水晶原礦直接經過粉碎、磁選、浮選

20、、酸浸、干燥、焙燒后得到成品石英砂 工藝簡單且無技術、設備壁壘 原料成本較高、由于流程簡單容易產生雜質導致純度不高 石英礦石 主要采用花崗偉晶巖和脈石英中的石英晶粒進行提純， 石英礦資源豐富，成本較低 粗選、焙燒水淬、重選、浮選、酸浸、絡合、高溫焙燒等步驟 原料價格較低、資源豐富、污染小 工藝流程復雜、國內理論指導尚待完善、成品純度一般 合成高純石英砂 四氯化硅 我國技術尚不完備， 成本高昂 通過光反應去除四氯化硅原料中的部分氯化物雜質， 再進行精餾反應不斷在多個精餾塔間反復蒸餾、冷卻，得到高純度四氯化硅 四氯化硅純度極高，可應用于極高端石英制品制備 海外壟斷工藝導致原料成本高昂、生產對設備腐

21、蝕嚴重、尾氣生成氯氣有毒氣體 11 11 資料來源：高純石英砂資源及加工技術分析郭文達，申萬宏源研究 天然高純石英砂制備采用物理和化學提純相結合的方法，礦石質量和晶格除雜工藝是產品質量決定因素。制備過程包括粗選-破碎-水淬-粉碎-磁選-分級-焙燒-水碎-浮選-去離子水洗-干燥-酸浸等 12 個步驟。石英礦物提純工藝流程較為復雜，礦石質量和晶格除雜工藝是產品質量的決定性因素。 礦石質量：礦石中不同礦物包裹體、流體包裹體和晶格雜質含量決定了石英礦提純和加工后的高純石英砂最終質量。 根據不同成礦特性和理化特性， 石英巖可分為花崗偉晶巖、脈石英巖、石英巖和石英砂巖，其中，前兩類巖石晶粒結晶粒度粗，易于

22、單體解離，是中高端高純石英砂的理想原料。目前認為，原料評價應當以化學成分、嵌布粒度、脈石礦物、包裹體和晶格雜質作為關鍵指標綜合評價，當石英原料在 5 個指標中有 3 個及以上達到 A級時，可以推薦為高純石英原料。根據中國粉體網數據，當前，全球高純石英原料礦床分布于美國、挪威、澳大利亞、俄羅斯、印度、加拿大、中國等 7 個國家，除中國外有 14 處礦床，其中尚未開采的有 7 處，礦源質量最高和儲量最大的為美國 Spruce Pine 礦。深度綁定高品質礦石資源是行業內企業競爭關鍵。 晶格除雜：石英礦物中的 Al 離子和 Fe 離子容易替代石英晶格中的硅離子，形成新的鋁氧四面體和氧鐵四面體，同時造

23、成晶格內部電荷缺陷而引入 K、Na、Li、H 等電荷補償雜質，該種雜質需要改變晶格結構才能得以去除，因此，晶格除雜為高純石英砂加工過程中難以突破的瓶頸。我國目前試圖通過氯氣、氯化氫與礦物反應，高溫焙燒改變石英晶體結構達到除雜效果， 但是受制于溫度和酸浸參數， 我國氯化焙燒處理能力仍處于較弱水平。尤尼明礦石的液體包裹體小于 5 個/cm2，我國則達到 15 個/cm2，通過高溫焙燒對 Al 和Fe 的去除率分別能夠達到 96.7%和 87.7%，在確定起始溫度、焙燒時間、酸濃度及反應時間方面，仍有待一步突破。 圖 4：石英礦物提純制備高純石英砂的技術路線 12 12 資料來源：硅業分會，中國硅酸

24、鹽協會電子玻璃分會，申萬宏源研究 高純四氯化硅制備以光化和精餾結合工藝為主，除雜環節成本高昂是我國企業技術路線的“卡脖子”環節，三孚股份率先實現技術突破。目前工業界采用光化與精餾結合的方式制備高純四氯化硅，具體工藝流程如下：（1）光化反應：利用光照條件將氯分子解離為氯自由基，取代三氯氫硅及其它含有氫雜質含氯化合物上的氫原子，得到 HCl、SiCl4 和其他含氫化合物。光化反應對去除三氯氫硅雜質極為有效，可以將某些雜質轉化為沸點更高的雜質；（2）精餾：主要根據四氯化硅與各種雜質沸點不同來實現分離，可以將 SiCl4 中的低沸點組分和高沸點組分分離出來，但是 AlCl3，FeCl3 等極性重金屬氯

25、化物有可能形成配合物，揮發度同四氯化硅相近，精餾法不能達到理想效果。此類雜質可用吸附法進一步提純，但是活化處理十分繁雜且費用高，給除雜帶來困難，雜質吸附環節是技術路線中關鍵成本環節。近年隨著國內精餾技術的提升，三孚股份率先完成技術突破，產品達到 9N級別，實現對原材料要求較為苛刻的 PCVD 芯棒生產工藝的規?；?，初步完成進口替代。目前公司 3 萬噸高純四氯化硅產能已全部投產，國產化進程加速。 圖 5：合成石英砂制備工藝 13 13 資料來源： 光線級四氯化硅精制工藝孫雪婷，申萬宏源研究 2.2 光伏石英砂需求旺盛，供給持續緊張，行業景氣高企 我們預計到 2024 年，全球光伏用高純石英砂

26、市場空間有望達 9.15 萬噸，21-24 年CAGR 達到 27.3%。在光伏領域，高純石英砂主要用來制作拉制單晶硅棒的石英坩堝。在全球“雙碳”目標和光伏發電成本不斷下降的雙重驅動下，全球光伏裝機量迎來高增長。根據新增光伏裝機量，硅片生長爐工作時間及產能，石英坩堝平均使用壽命，可以測算出高純石英砂的需求量。我們作出如下假設： （1） 全球硅片產量： 我們預測， 21-24 年全球新增光伏裝機量為 240、 300、 350GW。在制備組件/電池片/切片過程中的良品率分別為 99%/98%/99%，新增裝機量和硅片產量比例大概為 1：1.25，21-24 年光伏硅片產量預計為 299、373、

27、435GW。 （2）生長爐產能：根據國內技術與規模雙領先的光伏設備供應商晶盛機電晶體生長設備的收入和銷量，可以計算出生長爐的單價為 218.5 萬元。又根據隆基股份公告，1GW 硅片產能約需要 2 億元晶硅生長爐。由此可得，晶體生長爐的產能約為 10.9MW/臺/年，假設行業平均晶體生產爐產能為 10 MW/臺/年。隨著生長爐設備企業研發的持續投入與技術的不斷突破，預計單臺設備產能 22-24 年增長為 0.8、1、1MW/臺/年，21-24 年單臺生長爐產能為：10/10.8/11.8/12.8MW/臺/年。 （3）生長爐工作時間：隨著光伏領域制造設備的不斷改進，高控制精度全自動晶體生長爐的

28、普及，已經可以實現全過程計算機控制自動生長，延長了設備的工作時間。因此，我們假設 22-24 年每臺生長爐工作時長為 7750、8000、8200h。 （4） 石英坩堝壽命： 由于光伏行業對于石英坩堝的純度、 潔凈度、 精度具有嚴格標準，同時大硅片的演進也使得石英坩堝工藝技術一直向“高純度、大尺寸、低成本、長壽命”方向發展。根據晶盛機電和歐晶科技的公告，我們假設 21 年坩堝平均壽命為 350 小時，隨著坩堝壽命的不斷提升，我們假設 22-24 年坩堝使用壽命為 360、380、400h。 （6） 中國硅片產量占全球比例： 根據 CPIA 數據， 我國硅片產量的全球份額不斷提升，從 2018

29、年的 93.04%增長至 2021 年的 99.23%。隨著全球光伏硅片龍頭企業隆基、中環 14 14 等持續擴產，我們預計我國光伏硅片產量占全球比例將進一步提升，22-25 年均維持在99.5%。 綜上，我們預計 21-24 年，全球的光伏用高純石英砂需求為 4.43/6.31/8.07/9.15萬噸。我們預計 22-24 年市場供給約 5.5/7.5/8.9 萬噸，供給偏緊，未來三年仍有 0.81、0.57、 0.25 萬噸的缺口， 景氣度將持續， 隨著產能釋放， 預計 25 年開始供給將逐步寬松。 表 3：22-25 年我國及全球光伏用高純石英砂市場空間測算 參數名稱 2021 2022

30、E 2023E 2024E 全球光伏新增裝機量（GW) 183 240 300 350 容配比 1.25 1.25 1.25 1.25 光伏硅片產量（GW） 229 300 375 438 國內/全球光伏硅片產量(GW） 99.23% 99.50% 99.50% 99.50% 中國光伏硅片產量（GW） 227 299 373 435 硅片生長爐產能（MW/臺/年） 10 10.8 11.8 12.8 硅片生長爐總數（萬臺） 2.3 2.8 3.2 3.4 每臺生長爐每年工作時間（h/年） 7500 7750 8000 8200 硅片生長爐工作總時長（萬小時） 17156 21528 25424

31、 28027 單只坩堝平均使用壽命（h) 350 360 380 400 坩堝需求總數（萬只） 49 60 67 70 每只坩堝需要的石英砂數量（kg/只） 90 105 120 130 中國光伏高純石英砂需求總數（萬噸） 4.41 6.28 8.03 9.11 全球光伏高純石英砂需求總數（萬噸） 4.43 6.31 8.07 9.15 資料來源： CPIA，彭博，歐晶科技公告，隆基公告，中環公告，晶盛機電公告，申萬宏源研究 表 4：2021-2024E 國內供給情況預測（萬噸） 公司 2021 2022E 2023E 2024E 石英股份 1.5 2.5 3.5 4.7 菲利華 0 0 0.

32、8 1 尤尼明等海外企業 2.1 2.3 2.4 2.4 其他國內企業 0.6 0.7 0.8 0.8 合計 4.2 5.5 7.5 8.9 資料來源：各公司公告、中國粉體網，申萬宏源研究 注：根據已披露的擴產計劃，石英股份：公司預計 2 萬噸擴產將于 22 年達產，1.5 萬噸擴產將于 23 年達產；菲利華：公司預計2 萬噸擴產將于 23 年達產 1 萬噸，我們預計石英股份和菲利華 22-24 新增產能分別為 1/1/1.2 和 0/0.8/0.2 萬噸,尤尼明等海外企業和其他國內企業 22-24 新增供給 0.2/0.1/0 和 0.1/0.1/0 萬噸。 2.4 海外企業高度壟斷市場，我

33、國企業快速崛起 高純石英砂市場被美國尤尼明長期壟斷，國內僅石英股份可規模量產。尤尼明擁有美國北卡羅萊納州 Spruce Pine 地區花崗質偉晶巖原礦，儲量超過 1000 萬噸，是全球最理 15 15 想的高純石英砂提純礦石，其還掌握先進的提純工藝，能夠運用數學模型驗證礦體，保證產品穩定供給， 因此， 長期處于壟斷地位， 占據全球 70%以上的高純石英砂市場。 挪威 TQC依靠美國 Spruce Pine 地區的優質礦源和本地石英礦成為第二大石英砂供應商， 占據 10%的市場份額。我國石英股份公司 2009 年取得重大技術突破，成為全球第三家，國內唯一一家能夠規模量產高純石英砂的企業。石英股份

34、深度綁定上游礦源，幫助企業持續生產高品質高純石英砂，保證產品產量和持續供應能力，快速崛起。 圖 6：2019 年全球高純石英砂競爭格局（截至 2019 年 11 月 20 日） 資料來源：Stratum Resources，申萬宏源研究 表 5：全球主要高純石英砂企業對比 公司名稱 主要產品 高純石英砂應用領域 競爭優勢 尤尼明 石英、 長石、 正長巖、 橄欖石、 碳酸鈣、黏土、高嶺土、石灰石和 ITOA 系列高純石英砂產品等 半導體（廣泛）、光纖、光源、光伏等各種高端領域 全球龍頭企業，擁有優質的花崗偉晶巖礦床，產品質量穩定，提純技術成熟，自動化程度高 挪威 TQC 高純石英砂等 半導體、光

35、伏及電光源領域 自 1996 年以來經營數個地下和露天礦場，加工產品的原料來自 Spruce Pine 和挪威當地的石英 石英股份 高純石英砂、石英管（棒）、大口徑石英擴散管、 石英坩堝、 各種石英器件等 主要應用于高端電光源石英管、光伏坩堝制備 本土龍頭企業，長期致力于高純石英砂提純技術的研發和創新，已成為全球少數掌握規?；慨a高純石英砂技術的企業之一。 Russian Quartz 高純石英砂等 主要應用在光伏、半導體坩堝、特殊光學元件、大直徑石英管制備 擁有克什特姆顆粒狀石英礦床，石英礦儲量超過 50 萬噸，鵬和磷雜質含量極低。 資料來源：河北省自然資源廳、中國粉體網、挪威 TQC 官網

36、、RQ 官網、半導體產業鏈關鍵材料之石英產業專題報告、石英股份 2020 年報、Indian minerals & markets Forum 2019，申萬宏源研究 16 16 高純石英砂制備技術海內外差距逐漸縮小，國產替代為必然趨勢。國外已經可以規模量產 5N2 的高純石英砂，我國尚處 4N8 階段，多數高端產品依賴進口。我國的礦源主要為脈石英和石英巖，雜質含量多，提純難度大，目前 3N 和 4N 產品已經實現國產化，石英股份生產的半導體和光伏級高純石英砂都達到了 4N8 水平，與尤尼明 IOTA-標準產品達到相同純度。隨著我國選礦評價體系的完善和提純工藝的進步，國產替代成為必然趨勢。 表

37、 6：美國尤尼明公司高純石英砂的分類標準及用途 產品系列 SiO2 含量（%） 雜質含量（ppm） 特點 應用領域 IOTA-標準 4N8 20 生產低膨脹系數的透明石英玻璃 高溫封接的汞燈、鹵鎢燈、以及低成本商業品質的半導體石英制品。 IOTA-4 5N 10 生產石英玻璃，具有獨特的精度和抗析晶能力 工藝管、硅片處理、石英塊、提純單晶硅用的半導體坩堝。 IOTA-6 5N1 9 生產石英玻璃 低堿的石英制品、擴散管及固體內雜質不允許擴散的 CZ 型坩堝。 IOTA-8 5N2 8 生產超高純石英玻璃，用于 12英寸或更大尺寸硅片 主要用于大直徑坩堝等更高要求的領域， 改進粘度，坩壁很穩定，

38、高純度使合成襯墊的需求減少。 資料來源：硅業分會，申萬宏源研究 表 7：高純石英砂產品技術現狀 分類 低端產品 中端產品 高端產品 SiO2 純度 3N 4N 4N8 雜質含量(ppm) 1000 100 20 技術現狀 國產 國產 僅石英股份可量產，多數為進口 資料來源：中國高純石英資源開發利用現狀及供需形勢顧亞玲，申萬宏源研究 本土龍頭石英股份加速擴產，國產化進程提速。在國產替代及高純石英砂需求激增的驅動下，石英股份積極擴產迎接機遇，市場份額有望進一步提升。石英股份已有高純石英砂產能 1.5 萬噸， 新建的 2 萬噸已基本建成， 另有 1.5 萬噸高純石英砂項目計劃 2023 年投產，菲利

39、華計劃建設兩萬噸超純石英砂產能，預計 23 年投產 1 萬噸，25 年兩萬噸全部投產。尤尼明、TQC 和 Russian Quartz 近兩年無明顯擴產計劃，隨著高純石英砂需求的不斷走高，預計 2022 年高純石英砂仍有缺口，國產化進程提速明顯。 表 8：2022-2025 年全球高純石英砂企業產能及擴產情況 公司名稱 產能（萬噸） 礦產來源 礦源儲量（萬噸） 擴產情況（萬噸） 達產時間 預計總產能 尤尼明 12.3（2017） Spruce Spine 1000 - - 12.3 TQC 4（2016） Spruce Spine 和挪1000 - - 4 17 17 威德拉格 Russian

40、 Quartz 0.35（2016） 克什特姆 175 號脈 50 1 2018 年 1.35 石英股份 3.5（2022） 國內外均有提供 - 1.5 2022 年 5 菲利華 0（2022） 半導體和光伏坩堝用進口自 Unimin - 2 2023 年 2025 年 2023 年：1 2025 年：2 資料來源：Industrial Minerals，Fairmount 公告，RQ 官網，石英股份公告，中國粉體網，申萬宏源研究 3. 中游：石英玻璃技術壁壘高企，國內企業快速追趕 3.1 純度和不同雜質含量決定石英玻璃材料應用領域 石英玻璃材料分為天然石英玻璃和合成石英玻璃，主要制備方法包括

41、電熔法、氣煉法以及化學合成法，純度和不同雜質含量決定其應用領域。石英玻璃由高純度的二氧化硅組成，一般以棒、管、片或錠的形態保存，按照原料的不同，可以分為天然石英玻璃和合成石英玻璃。根據制備工藝，可以分為電熔法和氣煉法和化學合成法。電熔法羥基含量低于氣煉法，金屬雜質含量較高通常用于電光源和半導體擴散氧化等高溫環節，氣煉法羥基含量較高， 氣泡少， 主要用于光源和半導體刻蝕等低溫環節。 CVD 法制得的石英玻璃純度高，金屬雜質含量低，但成本高，能耗大其被廣泛應用于高端光學，半導體光掩模板以及光纖等。 表 9：石英玻璃的分類、制備工藝、特性和用途 制備工藝 電熔工藝 氣煉工藝 CVD PCVD 間接合

42、成法 溶膠凝膠法 所用原料 石英砂 石英砂 SiCl4 SiCl4 SiCl4 含硅有機化合物 最大直徑 2000 1000 1600 300 300 - 內在質量 差 差 良好 良好 良好 差 金屬雜質含量10-6 20 20 1 1 1 1 羥基含量10-6 10 200 1000 5 0.01500可調 10 用途 電光源，半導體高溫隔熱，光學 電光源， 半導體低溫如刻蝕 航天、激光核技術、精密儀器、半導體等領域用鏡頭和光掩膜基板 高端紅外鏡頭，光導纖維等， 諧振器結構材料 高能激光，高端紅外鏡頭，半導體等 光導纖維，鍍膜等 資料來源：石英玻璃的分類、制備工藝、特性和用途聶蘭艦，申萬宏源

43、研究 18 18 3.2 電熔和氣煉法是主要制備工藝，CVD 法是未來發展方向 電熔法和氣煉法為石英玻璃的主流制備工藝，二者都利用高溫熔融石英砂的原理，但加熱方式不同導致產品羥基和金屬雜質含量有差異。電熔法工藝流程為：將處理好的石英砂加入反應爐中，通電抽真空并注入氮氣或氫氣，加熱翻料熔融，將熔融態石英進行機械拉管、切割、磨平、酸洗等工序制成石英玻璃，該法制備玻璃品質主要取決于原料純度，金屬雜質含量較高。氣煉法工藝流程為：氫氣和氧氣點燃形成氫氧焰，噴灑到石英玻璃靶托上，靶托勻速旋轉并下降，石英砂粉末不斷融化成玻璃態，后續流程同電熔法，由于氣煉法采氫氧焰加熱，氫氣會滲入石英玻璃，所以該種方法羥基含

44、量較高。 圖 7：電熔法和氣煉法工藝流程圖 資料來源： 電熔常壓、加壓和兩步法生產石英玻璃的技經分析對比沙市石英玻璃廠， 基于氣煉法 Yb2 + /Yb3 + 共摻石英玻璃制備及光譜特性的研究王超，申萬宏源研究 化學氣相沉積工藝（CVD）是合成玻璃的制備工藝，產品純度更高，改進加熱方式和制備步驟可進一步降低羥基含量。CVD 法的具體制備流程為：（1）氫氣和氧氣分別過濾后通入反應熔爐，燃燒形成氫氧焰作高溫熱源；（2）氫氣作為載流氣體將鼓泡瓶中的高純SiCl4 通過上料管輸送入反應熔爐； （3） SiCl4 在氫氧焰中高溫水解或氧化生成 SiO2 微粒，并逐層沉積在旋轉的基體上形成透明石英玻璃；（

45、4）冷卻后出爐引料頭，通過機械拉管、切割與酸洗得到石英玻璃成品。CVD 制得的石英玻璃 SiO2 含量可達 6N，但羥基含量超1000ppm。若采用等離子（PCVD）代替氫氧焰加熱，羥基含量可降至 5ppm；若采用低溫 CVD 沉積再進行燒結（間接合成法），羥基含量可降至 1ppm。 圖 8：化學合成法工藝簡述 19 19 資料來源： 合成石英玻璃的性能及制造工藝潘國璋， 高性能光學合成石英玻璃的制備和應聶蘭艦，申萬宏源研究 電熔法制備石英玻璃的優點是羥基含量少，但金屬雜質多；氣煉法制備金屬雜質少但羥基含量高；四氯化硅合成的石英玻璃雜質和羥基含量都較少，但是制備成本較高。電熔和氣煉工藝均是以高

46、純石英砂為原料，經過 1800以上高溫熔制成石英玻璃，由于原料純度和熔制工藝自身的局限，所制備的石英玻璃純度較低、存在較多氣泡、雜點，技術空間提升小等缺陷，但技術成熟，是目前石英玻璃主流的制備方法。采用化學合成方法（CVD、PCVD、兩步 CVD）制備出的合成石英玻璃不但品質較高，而且以四氯化硅為原料也很好地解決了多晶硅產業副產物對環境的污染問題，但制備成本高，工藝流程較為復雜，是未來技術主要發展方向， 其中兩步 CVD 法克服了電熔法對原料純度的依賴以及一步法中羥基含量過高的缺點，為制備大尺寸低羥基石英玻璃提供了解決辦法，是工業界近年來的重點發展方向。 圖 9：高純石英玻璃制備方法對比分析

47、20 20 資料來源： 高純石英玻璃制備過程的研究和工藝優化馬千里，申萬宏源研究 石英玻璃質量主要受制備方法和工藝影響， 業內領軍企業均保有高技術壁壘。 國際上：邁圖在熔融石英行業處于領先地位，主要掌握生產熔融石英的氣煉法和電熔法，占據半導體和光纖市場。賀利氏掌握氣煉法制備石英玻璃技術已有 117 年，擁有完整的熔融石英-預制棒生產-拉絲工藝光纖產業鏈， 深耕光纖領域。 東曹主營領域為半導體， 掌握氫氧焰融、電熔法生產熔融石英玻璃，和火焰水解合成工藝生產合成石英玻璃的技術，在半導體領域具有優勢。昆希是全球唯一掌握等離子技術的企業，在半導體領域具有獨特優勢。我國石英玻璃制備技術與國外先進技術水平

48、相比，在高純度、大尺寸石英玻璃制備、熔制設備和節能控制方面還有較大差距。 菲利華、石英股份、億仕達（退市）和鑫億鼎（新三板）等國內石英材料生產企業逐步崛起，加大技術投入，縮小海外差距。菲利華：掌握電熔法、氣熔法以及合成法三條工藝路線以及氣煉電熔二步法生產大規模石英擴散管技術，深厚的技術積累助力菲利華的石英材料全面布局，公司目前獲得三大關鍵半導體設備廠商認證，產品質量獲國際認可。同時，公司還是全球石英纖維主要提供商之一。石英股份：公司以電熔法工藝為主，為國內連熔技術行業標桿，在連熔生產工藝技術上創新發展，填補國內多項連熔法生產半導體級高級石英管、棒、板、筒等產品的空白。產品品質穩定，具備成本優勢

49、。公司產品通過 TEL擴散，LAM 刻蝕環節認證，AMAT 認證也取得階段性成果。此外，億仕達（退市）和鑫億鼎（新三板）均掌握石英材料生產工藝，產品應用于電光源、半導體、光伏等多個領域。 3.3 海外龍頭占據市場主要份額，我國企業積極擴產加速替代 石英玻璃市場集中度高，全球 CR5 約為 74%。目前全球高端石英玻璃市場（尤其是以半導體、光通訊為主的電子級石英玻璃市場），主要由賀利氏、邁圖、東曹、昆希等海 21 21 外龍頭企業掌握。這些海外龍頭企業歷史悠久，具備獨特的技術優勢，各自有其擅長的領域和市場，產品附加值高、競爭力強，且在長期市場耕耘過程中，積累了較強的上下游產業渠道優勢和產業規模優

50、勢。 根據 IBISWorld 統計的數據， 2013 年全球石英市場份額中，美國邁圖公司占比 38%、德國賀利氏占比 21%、日本東曹占比 8%，三家企業合計占比 67%。 圖 10：2013 年全球石英材料市場格局（%） 資料來源：粉體技術網、申萬宏源研究 表 10：全球主要石英玻璃材料企業對比 公司 主要產品 應用領域 核心優勢 石英材料 邁圖 熔融石英產品 半導體、光纖、光伏、航空航天等 獲得國際主要半導體設備制造商認證，其高純度熔融石處于世界領先地位。 賀利氏 貴金屬和石英玻璃 半導體、光纖、光伏等 在光纖行業具備完整的熔融石英-預制棒生產-拉絲工藝產業鏈，為其在此領域提供良好基礎。