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特种结构陶瓷应用广泛,工业窑炉具成快速增长领域

发表于:2022-10-28

特种陶瓷材料(又称先进陶瓷材料)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”。特种陶瓷按其特性和用途可分为两大类,分别为结构陶瓷和功能陶瓷。其中结构陶瓷是指可发挥材料力学、热学、化学、电绝缘等性能的一类特种陶瓷,常作为工程结构材料使用。

对特种陶瓷的研究,我国较早可追溯到上世纪50年代,当时主要以氧化铝陶瓷为主。自60年代中期,我国逐渐开始从事非氧化物陶瓷的研究,主要集中在碳化物和氮化物陶瓷方面。到2000年之后,国内对于结构陶瓷在性能上,通过自主创新和引进专家、技术、工艺、装备,对于其原材料的粒度、纯度、烧成后的微结构以及工艺条件处在不断研究开发与生产工艺的改进阶段,国内企业逐步掌握了关键技术,并初步进入了海外市场;其中碳化硅和碳化硼结构陶瓷应用广泛,进入快速发展期。

一、碳化硅结构陶瓷性能优异,用途广泛

结构陶瓷发展到现在大多数是以碳化硅或碳化硼等材料为基础,凭借其优异的高温力学强度、高硬度、高弹性模量、高耐磨性、高导热性、耐腐蚀性等性能,应用于窑炉器件、机床主轴轴承、化工设备、密封环、高速磨削刀具等工业民用产品,还可作为防弹装甲材料运用于防护装备领域。

其中,碳化硅陶瓷具有高强度、高硬度、高弹性模量、耐高温、耐磨损、耐腐蚀、抗氧化、抗震性、质轻等优良特性,其高温力学性能(强度、抗蠕变性等)是已知陶瓷材料中较合适的。

 

前瞻产业研究院研究整理

1、工业窑炉行业需求稳中有增,辊道窑成陶瓷窑炉发展方向

从需求端来看,根据前瞻产业研究院数据显示,2020年中 国锂电正极材料出货量达到51万吨,同比增长26.24%;2020年中 国人造石墨出货量约为30.7万吨,在负极材料出货总量中的占比高达84%,较2019年水平进一步提升5.5个百分点。

在锂电正负极、工业陶瓷等无机非金属材料生产过程中消耗能源较多的环节就是窑炉,窑炉是陶瓷生产中比较重要的烧成设备。随着行业更新置换与产能置换等需求,以节能、环保以及技术的革新成为当前以及未来工业窑炉发展的重点。

工业窑炉按坯体运载工具可分为有辊道窑、隧道窑、梭式窑、窑车窑、推板窑、输送带窑、步进梁式窑和气垫窑等类型。其中辊道窑作为工业窑炉中高产低耗能类先进窑炉,相较其他窑炉,辊道窑生产易于自动化,为企业省去了较多的人力物力并且操作方便,生产效率高,成为陶瓷窑炉的发展方向。辊道窑占工业窑炉总数约35%,并且比重逐年提高,未来随着陶瓷行业更加严苛的环保及节能要求和大规模定制产品陶瓷生产,窑炉辊道化将成为行业主流。按2021-2025年每年以5%的增长率增长,2021年中 国辊道窑市场规模达199.50亿元,预计2025年市场规模可达到352.85亿元。

2、窑具保持良好发展态势,碳化硅辊棒跨入快速发展阶段

窑具是窑炉的关键配件,辊道窑需求的增长对窑具提出了更高的质量要求。碳化硅辊棒作为辊道窑的关键配件之一,主要用于高温窑炉的承重结构架,起着承载、支撑、传递和保护被烧制品的作用。

因其具有耐高温、导热性能好、耐磨性强、抗热震、抗氧化、耐骤冷骤热,耐酸碱腐蚀、使用寿命长等优良特性,在自重和制品的荷重作用下,不断裂、不弯曲、不变形,可大幅度缩短烧成时间,提高陶瓷产品的产量和质量,节能效果显著。

综合碳化硅辊棒增量及存量市场数据,近几年,碳化硅辊棒保持良好发展态势,2021年我国碳化硅辊棒规模达52.63亿元,预计未来碳化硅窑炉具规模将持续增长,有望在2025年达到近121.70亿市场规模。

二、碳化硅、碳化硼结构陶瓷性能优越,为军事装甲和空间领域材料方面的良好选择

21世纪以来,防弹陶瓷发展迅速,种类较多,包括氧化铝、碳化硅、碳化硼、氮化硅、硼化钛等,目前国内关于防弹陶瓷的生产单位中碳化硅和碳化硼防弹居多。

碳化硅陶瓷密度相对较低,硬度较高,属于性价比较高的结构陶瓷,因此也是目前国内应用比较广的防弹陶瓷。碳化硼陶瓷在这几种陶瓷中密度低,硬度高,是目前已知材料中硬度仅次于金刚石和立方氮化硼的超硬材料,其热膨胀系数低,导热率较高,具有很好的化学稳定性,耐酸耐碱腐蚀,还具有很好的吸收中子能力,这是其它陶瓷材料不具备的,其对加工工艺的要求也很高,因而成本也是陶瓷材料中较高的。凭借优良的性能,碳化硅和碳化硼陶瓷材料成为了军事装甲和空间领域材料方面的良好选择。

1、国防需求日益攀升,碳化硅、碳化硼等防护装备等材料存在持续增长的市场规模

为适应世界新军事革命发展趋势和国家安全需求,中 国全面推进国防和军队现代化建设,全面深化国防和军队改革,我国国防预算从 2010 年的 0.53 万亿元增长到 2022 年的 1.45 万亿元,年均增长率8.75%。《新时代的中 国国防》白皮书提及,2012年以来增长的国防费主要用于,加大武器装备建设投入,淘汰更新部分落后装备,升级改造部分老旧装备,研发采购航空母舰、作战飞机、导弹、主战坦克等新式武器装备,稳步提高武器装备现代化水平。

数据来源:财政部

随着国内军改各项措施陆续落地,组织管理体系进一步优化,军方裁减冗员的同时需保证战斗力提升,对先进军用装备的需求进一步增强2020221日,中 国人民解放军陆军装备部在全军武器装备采购信息网加发布通用型防弹背心(插板)和强型防弹背心(插板)招标公告。对通用型防弹背心(插板)共采购93万套,每套包含2块防弹插板,总限价73.97亿元;对加强型防弹背心(插板)共采购46.70万套,每套包含2块防弹插板,总限价60.23亿元。

碳化硅、碳化硼材料作为高等级防弹衣的核心部件,在战场上对保障指挥员和士兵生命、提高战斗力发挥着重要作用同时,还可用于坦克、装甲车、直升机、地下工事、指挥所、防弹帐篷及舰船等武器装备的装甲防护。基于我国国防需求、经济体量、防御性国防政策,我国军工行业预计在较长时间内保持稳定增长的趋势,结构陶瓷材料制作的新型防护装备采购有望放量增长。

三、碳化硅、碳化硼结构陶瓷制备技术工艺提升,应用场景还将不断扩大

目前,碳化硅、碳化硼等结构陶瓷生产中用到较多的反应烧结、常压烧结和重结晶烧结三种陶瓷材料制备方法,均有其独特的优势,且所制备的陶瓷材料显微结构和性能及应用领域也有不同。

研究人员对碳化硅、碳化硼烧结机理、烧结助剂、烧结方法、致密化过程进行了大量研究和探索工作,先后发展了各种烧结技术,包括反应烧结、常压烧结、重结晶烧结、热压烧结、热等静压烧结,以及新型烧结技术,如放电等离子烧结、闪烧、振荡压力烧结等,获得致密的结构陶瓷材料。随着烧结工艺的发展,碳化硅、碳化硼等陶瓷材料综合性能不断提升,应用场景不断增加,通过进一步改进工艺、完善烧结助剂、发展新的烧结技术,从而有效降低烧结温度,细化晶粒,业界还将制备出性能更佳的碳化硅、碳化硼等材料结构陶瓷材料,提升国内工业技术水平。

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  • 尼日利亚—陶瓷企业产能转移的“新大陆” 非洲市场目前的展阶段近似于1980-1990年代的中国,空间大,增长快。顺应“一带一路”倡议,将目光投向包括尼日利亚在内的非洲大陆,少数企业已获得先机;也必将吸引更多国内陶瓷企业的关注。 —成本、环保、市场驱动中国陶瓷产能转移 近年来,受国内生产成本提高、环保政策收紧,以及市场同质化激烈竞争的影响,越来越多的中国陶瓷生产企业顺应“一带一路”倡议,将目光投向非洲市场,包括尼日利亚、肯尼亚、加纳与坦桑尼亚等国。 环保整治十多年,越抓越严,地方政府成为了传统建陶行业转型升级的背后推手。陶瓷企业被要求实施“煤改气”,生产成本大幅提升。因此,近几年陶瓷企业紧盯非洲、东南亚等地,在海外投资建厂,既能保住产能,又能走出去,拓宽海外市场。 同质化是建筑陶瓷行业的一个通病,包括产品同质化、包装推广同质化、渠道同质化等,导致中国建陶行业竞争尤为激烈。反观非洲市场,目前发展阶段近似于1980-1990年代的中国市场,增长迅速,并正朝着城市化和新技术发展迈进。 据2019年8月一份不完全统计的报道显示,特福、旺康、博达、帝缘、中交集团、新美、马可波罗、时代陶瓷等16家中资企业,在非洲共投资超过61.67亿元,建设了超过51条生产线,日产能合计超过76.95万 m²。 近年来,非洲人均可支配收入和消费增长,推动了非洲本地制造业的发展,但是依旧无法满足全部国内需求。2008年至2017年,非洲瓷砖产量从3.08亿平方米增长到7亿平方米,年复合增长率为9.5%,依然不能完全满足当地瓷砖消费需求。因此,非洲大陆仍然是世界陶瓷砖进口的第三市场。 —关于尼日利亚跨勒工业园区 尼日利亚是非洲最大的经济体和市场,2018年GDP3,970亿美元;也是非洲人口最多的国家和最大的消费市场,拥有1.98亿人口。尼日利亚拥有非洲最丰富的天然气储量(197 TCF),全球排名第9,可为制造业提供具有成本竞争力的基础能源。 中国是尼日利亚进口瓷砖的最大来源地。作为“一带一路”合作伙伴,中国投资友好目的地,尼日利亚是中国在非洲投资最多的国家。建筑行业目前以中国企业为主,尼日利亚8家瓷砖制造厂中,有6家是中国企业。充满活力的建筑行业有着对瓷砖等日益增长的需求,建筑业是尼日利亚全国GDP的第四大贡献者,瓷砖及相关建筑材料需求稳步增长,增长前所未有。 陶瓷原料方面,尼日利亚拥有许多天然存在的固体矿物质,包括长石,高岭土和其他陶瓷和玻璃原料。 三角州是尼日利亚的36个州之一,富含原油和天然气。跨勒工业园(KwaleIndustryPark,KIP)位于尼日利亚三角州,专门为陶瓷、玻璃等高耗能行业设计,并旨在解决与尼日利亚制造业相关的大多数重大挑战,例如电力、港口通道等。园区跨越10Km2,提供世界一流的基础设施和支持服务,包括中央燃气和电源、水、住房等。 跨勒工业园区被设计为尼日利亚的“陶瓷制造基地"。 它将是非洲瓷砖生产的中心,目标是为尼日利亚的陶瓷制造提供尽可能高的利润。跨勒工业园区提供比尼日利亚其他地区更具竞争力的天然气和电力成本。与尼日利亚其他现有瓷砖厂相比,跨勒工业园区的天然气和电力成本便宜25-35%,天然气为5.5美元/MMBTU,电力为0.11美元/千瓦时。因为跨勒工业园区非常靠近许多天然气田和天然气管道,最近的气田距离500米,不需要长输气管道,提供最高级别的能源供应可靠性,地理位置优势使得低能源成本成为可能。 跨勒工业园区地理位置优越,靠近尼日利亚的主要市场,也靠近更通畅的港口和机场,并且位于自由贸易区,能享受联邦、州和地方税费和税收的完整豁免期,以及投资激励与其他奖励措施。 跨勒工业园区的愿景是成为非洲最理想的陶瓷制造基地。正如尼日利亚三角州州长瓦伊尼·奥科瓦博士所言:三角州政府邀请您利用这一机会,布局非洲最大的市场,尤其是在尼日利亚境内利润最高的地区。尼日利亚正在开放,跨勒工业园将是您开展业务的最终目的地。 如果国内企业希望了解更多关于尼日利亚的信息,以及考察尼日利亚三角州及跨勒工业园区,可发送电子邮件:info@gasinvestlimted.com 或 Lex@chemweekly.com 尼方将提供信息咨询,商务签证、机场迎宾和当地考察提供支持和服务。 完整的园区介绍小册子,请访问:http://www.chemweekly.com/2020/kwale.pdf 【详情】

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