纳米氧化锆-2017.12.21

纳米氧化锆相关资料分析
第一章 项目概况 投资公司：XXXXX
技术支持：XXXXXX 研发团队
投产项目：5nm 级氧化锆
总投资金额：2000万元
资金来源：融资方式
预计年产纳米氧化锆1200吨，单价４0万元/吨，预计年总营业额４.８亿元。

第二章 产品介绍
通常情况下Z r O 2有四种存在形式：无定形、常温下稳定的单斜晶相，常温下稳定的四方
晶相（添加稳定剂），高温下稳定的立方晶相。

立方晶 四方晶 单斜晶
常规情况下：单斜氧化锆加热到1170度转化为四方氧化锆，这个转变速度很快并伴随
7%-9%的体积收缩，但在冷却过程中，四方氧化锆往往不在1170度转变为单斜氧化锆，而在1000度左右转变，是一种滞后的转变，同时伴随着体积的膨胀。

为了避免回到单斜相，必须通过外来氧化物对高温晶型进行稳定。

这样，稳定的氧化锆在室温至熔点
的
温度围以相同的稳定的晶型存在。

单斜晶 四方晶
预投产项目可以在温度为420度时，即可在无须添加氧化稳定剂的情况下制备出5nm
级别四方晶相氧化锆。

在目前市场，并未有同等级别产品。

但是，制备温度的改变以及没有填加稳定剂的情况下，在常温条件晶体的稳定性及物理、化学性能是否改变，需研发团队出具具体技术结果。

1170o C
1000o C
（1）2017年11月锆英砂价格上涨3.13%至9900元/吨，港口库存环比下降3.26%至13.64万吨。

地区为国主要锆矿砂资源地，省国土资源厅为保护当地资源，将严格控制锆英砂等矿物产量，未来国锆英砂供给量或将减少，锆英砂价格或将在高位继续上行。

（2）国环保限产影响全国约一半的氧氯化锆产能，氧氯化锆价格仍将持续提升。

2017年等地氧氯化锆产能由于环保不达标被限制生产，国氧氯化锆供应出现短缺，价格快速上涨，最新成交价格15000元/吨，较年初9900元/吨上涨52%，随着冬季城市取暖季限产即将来临，预计氧氯化锆环保限产仍将持续，氧氯化锆价格仍将上涨。

作为生产企业投产纳米氧化锆，需要稳定的原材料来源以稳定产品的价格与质量，而锆英砂垄断性比较高，几大垄断巨头控制定价权。

国氧氯化锆生产受制于环保要求，大规模减产。

所以投产纳米氧化锆需要稳定的原材料来源，以确保生产销售的稳定性。

第四章纳米氧化锆的应用领域与市场分析预测
纳米级复合氧化锆相比普通的复合氧化锆粒径更小，达到纳米级别，其更高的附加使
用价值及超百亿的市场规模正在被快速开发。

据了解我公司预投产项目为纯纳米氧化锆，不需要添加氧化稳定剂，比现阶段市场产品是否具有更高的性能与开发价值尚需研发团队验证。

现仅就纳米复合氧化锆应用领域具体列示如下：
4.1义齿材料及人工关节
纳米ZrO2可明显提高陶瓷的室温强度和应力强度因子，从而使陶瓷韧性成倍提高。

利用纳米ZrO2制备的复合生物陶瓷材料具有较好的力学性能、化学稳定性、生物相容性，是一种很有应用前景的复合型生物陶瓷材料，尤其在齿科材料和人工关节等方面。

（1）义齿材料
氧化锆是理想的全瓷牙材料，但是我国在全球种植牙市场中只占据了约1%的市场。

这
并非是我国需求市场小，而是因为氧化锆全瓷牙的高价格（约3000/颗）造成了较低的市场渗透率。

受益于我国经济发展，人民对全瓷牙接受程度及对口腔义齿重视程度的提高，以及我国加速老龄化的现状，假牙市场迎来高景气，氧化锆齿科材料潜在市场空间进一步扩大。

根据之前 WHO 公布的全球老龄化图表显示：2015 年 60 岁以上人口占比超过30%的国家只有日本一个，而到 2050 年，中国、欧洲大部分区域以及北美部分区域，60 岁以上人口占比都将超过 30%。

受全球老龄化的推动，假牙需求和市场空间将进一步增长，根据中国产业信息网资料显示，全球 2020年假牙市场有望达到 188 亿美元。

随着牙齿美观问题关注度和人均可支配收入提高，氧化锆陶瓷在齿科材料市场中的渗透率有望进一步提升。

在目前主要的齿科材料中，氧化锆陶瓷虽然在性能上具备诸多优势，但其售价较高，制约其市场渗透率。

而随着国民收入水平不断提高，叠加氧化锆齿科材料生产工艺和技术的发展，生产成本的降低，未来氧化锆义齿占比将不断提升，根据齿科行业协会数据显示，2015年我齿消费规模为57亿元，预计2020年齿市场规模将达到 73 亿元，同时，氧化锆陶瓷在义齿材料中的渗透率有望进一步提高，乐观估计，国氧化锆在义齿制作领域的市场空间将由 2015年的15亿，增至2020年将超20亿元。

（2）人工关节
ZrO2陶瓷于20世纪80年代中期开始应用于人工关节，由于氧化锆存在三种晶形，并
且在晶形转化的时候会引起体积的变化，从而使材料容易发生开裂，影响其作为人工关节的使用寿命。

因此和齿类材料一样，纯的氧化锆也不能作为人工关节材料使用。

为了提高氧化锆的稳定性，通过热处理和添加氧化稳定剂，如Y2O3、CeO2、MgO等，来稳定其晶体结构，使其在常温下能保持四方相，增强其机械强度。

4.2氧传感器
采用氧化锆制成的传感器有良好的导电性，在控制汽车尾气、电厂锅炉的燃烧上起到
重要作用。

汽车工业中在使用三效催化转化器降低排放污染的发动机上，氧传感器是必不可少的，氧化锆式氧传感器是基于氧化锆固体电解质的材料特性来检测尾气中氧浓度的，按检
测空燃比数值的围不同分为：窄型氧传感器和宽型氧传感器。

窄型氧传感器即“传统氧传感器”，只能检测空燃比是大于或小于14.7；宽型氧传感器即新式氧传感器，简称“空燃比
传感器”，能检测的空燃比围为23:1－11:1，且检测精度高，不仅能使发动机实现稀混合
气或浓混合气控制，而且喷油量的控制更加精确。

氧化锆式氧传感器是目前最成熟，产量最大的一种氧传感器。

是汽车排放控制系统中的关键部件之一，其信号输出特性直接影响发动机的燃油经济性和排放控制。

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2017年全球汽车产量9700万辆计算，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。

4.3汽车尾气净化催化剂助剂
汽车尾气净化催化剂一般由三个部分组成：载体（董青石、氧化铝）、助催化剂（纳米涂层增大比表面积、同时作为储氢材料）、催化剂（一般汽油车位铂钯铑等，柴油车为钒钨钛等）。

其中锆铈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。

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。

2017年全球汽车销量达到9700万辆；其中中国汽车产销量均超过2800万辆大关。

假设以9700万辆车全部按照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7760吨。

4.4光纤连接器陶瓷插芯
纳米氧化钇稳定氧化锆（Nano-YSZ）粉体，因其优异的力学性能、化学稳定性和极高
的精密度等，可以用来制备光纤连接器的稀土结构陶瓷光纤插芯（精密针）和套筒，是光纤网络中应用面最广并且需求量最大的光纤无源器，是信息网络基础设施建设的重要组成部分。

主要的光纤陶瓷插芯生产企业有中国的三环集团、太辰、威谊光通和韵升等企业，日
本的Adamant、京瓷、大平洋、精工，韩国大源，富士康集团等。

中国的陶瓷插芯产量（含在华外资企业的产量）接近全球总产量的93%。

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，预计消费纳米复合氧化锆1700吨，目标市场目规模6亿。

4.5移动终端产品
4.5.1手机背板领域市场空间预测
根据最新数据显示，2016年全球智能手机总销售量为14.7 亿部，同比 2015 年增加 2%，预计 2017 年手机出货量将达到15.3亿部，同时预计未来 5 年全球手机市场将以每年3.8%的增速增长。

目前在每块氧化锆背板中，原料氧化锆成本占比在35%左右，在目前良率下，氧化锆粉需求量为150-200g/块，假设未来渗透率为10%，此时市场空间将达到 90 亿元（手机销量×市场渗透率×原料成本）。

而如果氧化锆陶瓷后盖发展乐观，例如在未来五年由于 5G 或
4.5G 技术商业化应用，陶瓷材料出现大规模的渗透，以及 iphone 或将采用陶瓷材料作为机身背板等。

至 2021 年假设渗透率达 28%，则氧化锆粉体在手机背板领域的市场规模将达到近 276 亿元。

4.5.2手机指纹识别盖板市场空间预测
手机指纹识别市场潜力巨大，目前比较成熟的方案有蓝宝石、涂覆式(coating)、陶瓷盖板以及玻璃四种方案。

成本和性能方面，蓝宝石方案硬度高，耐腐蚀，但存在成本较高，抗摔能力不强的弱点，而涂覆式背面指纹识别方案由于涂层硬度不高，存在容易磨损和受汗水腐蚀等缺点，采用该方案的手机，使用一段时间后难免会有各种划痕出现。

外观方面，涂覆指纹识别方案常用在手机的背面，且质感稍差，较容易破坏背面的整体美观。

而蓝宝石盖板按压式指纹识别方案应用在手机的正面，将指纹放在正面不仅可以让手机的背面更为美观，同时更符合用户的使用习惯和审美。

综上所述，正面指纹识别更受用户欢迎，但蓝宝石盖板材料价格高，又因其穿透性较差，适用蓝宝石指纹识别芯片价格也较高，同时由于其韧性稍差，厚度无法进一步做薄(目前最薄厚度为0.175mm),因此市面上又出现了氧化锆陶瓷和钢化玻璃两种蓝宝石盖板替代材料。

钢化玻璃具备制作工艺简单，成本低等优点，但硬度远不及蓝宝石，容易被被更高硬度的细小灰尘磨花，介电常数、抗弯强度也较差，厚度无法进一步做薄(目前最薄厚度为0.175mm)，影响识别速度，不能算是理想的蓝宝石替代材料。

氧化锆陶瓷材料介电常数是蓝宝石的 3 倍，此特性使指纹识别更灵敏，成功率更高，又由于韧性高于蓝宝石3倍以上，氧化锆保护层在保证抗摔强度下，目前最薄量产厚度低至0.1mm，而如果厚度做到和蓝宝石相同时，此时强度、抗摔性将显著优于蓝宝石。

更重要的是，氧化锆的总成本却只有蓝宝石的 1/4，是替代蓝宝石高性价比方案。

据统计，目前已发布的正面指纹识别方案的智能手机高达20多款，小米5、OPPO R9
等旗舰手机都已经采用正面陶瓷盖板指纹方案，预计2017年还有会有大量搭载陶瓷盖板指纹识别方案的手机发布，具体分析如下：
指纹识别渗透率快速增长，预计 2020 年国需求超过 3.4 亿组随着 2013 年苹果IPhone5S 在 home 键上添加了指纹识别技术，手机的开机设置从数字密码、图形解锁逐渐演变成现有的指纹识别。

2016 年 6 月全球发布的智能手机共达到 27 款，其中搭载指纹识别功能的智能手机达到 20 款，占比达到 74%。

iPhone7、小米 5、三星 Galaxy S6、华为 P9 等热销主流机型全部搭载指纹识别系统，16 年全年约40%的智能手机配备指纹识别。

随着越来越多的手机厂商把指纹识别功能应用到智能手机上，预计未来 5- 10 年，指纹识别将成为智能手机的标配。

到 2020 年，预计国指纹识别在智能手机中的渗透率能达到 75%，国指纹识别模组的需求将超过 3.4 亿组。

指纹识别盖板主要起到保护的作用，同时还要具有良好的识别能力。

指纹识别盖板的介电常数越高，信号强度越好，穿透能力就越强，识别也越灵敏。

所以指纹识别的材质影响着指纹识别的解锁速度和用户体验。

氧化锆盖板优势渐显，未来市场空间或超过 14 亿。

盖板材料的介电常数直接影响指纹信号的传播速度，通过数据对比可以看出氧化锆的介电常数最高，是蓝宝石的 3 倍，玻
璃材料的 10 倍。

所以氧化锆盖板的通讯性能更加优越，能更好地提升用户体验。

莫氏硬度、抗折强度和断裂韧性反映了盖板的保护能力，通过对比可以看出氧化锆陶瓷的莫氏硬度为8.5，硬度可以与蓝宝石媲美，其他两项指标明显优于其他材料盖板。

从价格来看，三种材料的价格差距较大，蓝宝石的价格是陶瓷的两倍、玻璃的八倍，主要用于以苹果为代表的高端机型。

目前玻璃盖板凭借价格优势受到中端机型的普遍青睐。

随着氧化锆技术的不断突破和成本下降，越来越多地厂商开始关注陶瓷方案。

盖板用氧化锆市场空间测算
4.5.3智能穿戴拉动氧化锆市场需求广阔
智能穿戴设备是指对日常穿戴的事物进行智能化设计，而形成的可穿戴设备，例如智能手表、手环等。

而随着电子技术发展，智能穿戴设备的生产成本降低，且功能更加丰富，开始逐渐流行起来。

2017年全球可穿戴设备出货量为 1. 亿部，并预测到 2021 年全球可穿戴市场的规模将达到 2.375 亿台。

预计2020 年纳米复合氧化锆在智能穿戴领域的市场空间将达到 8.75 亿元。

根据目前 Apple Watch 的市场占有率统计，保守估计 17 年氧化锆在智能手表领域的市场渗透率在 50%左右，到 2020 年渗透率将达到 80%。

其它可穿戴智能设备目前渗透率较低，估计在2%左右，到 2020 年预计达到 20%。

假设每件智能可穿戴设备所需的氧化锆陶瓷成本相同为 50 元每部，并随着陶瓷外观件生产工艺发展，成本将逐渐降低。

则预计至 2020 年，氧化锆陶瓷在智能穿戴领域的市场空间将达到 25 亿元。

再结合氧化锆陶瓷外观件中原料成本约35%左右，则对应氧化锆的市场空间为 8.75 亿元左右。

4.6特种刀具
陶瓷刀具在20世纪初期即有使用，但因其脆性局限其使用围。

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，现在，已广泛应用于日常生活领域中。

氧化锆可加工成各种刀具，氧化锆陶瓷刀片是利用属于非金属材料的特种陶瓷原料加工而成,由于控制了原料纯度和颗粒尺寸
细化,并添加了各种碳化物、氮化物、硼化物和氧化物等改善其性能，同时通过颗粒、晶须、相变、微裂纹和几种增韧机理的协同作用提高其断裂韧性，使氧化锆陶瓷具有优异的性能，在具有传统金属刀具优点同时，还具有不生锈、健康、耐磨等优点，被誉为陶瓷钢。

目前，目标市需要量6000吨，市场规模7.5亿，家用氧化锆陶瓷刀有很多品牌，包括德国双立人、日本京瓷，美迪亚MIDDIA、金澳、苏泊尔等。

4.7燃料电池
固体氧化物燃料电池用锆基电解质是SOFC中应用最为广泛，研究最多的电解质材料。

立方稳定ZrO2基电解质材料拥有极大的离子电导率，在高温下氧化和还原气氛中保持良好的化学稳定性，并且在很大的氧分压围具有纯的氧离子导电特性，同时具有很好的机械加工强度，可制作成致密膜电解质，因此其满足了固体氧化物燃料电池的几乎所有要求，成为制备SOFC电解质材料的首选，是固体氧化物燃料电池的核心部件。

其电解质材料为钇稳定纳米氧化锆（YSZ），正极为YSZ表面镀Ni等金属，适用于型燃料发电项目。

但固体氧化物燃料电池中的ZrO2基固体电解质运行温度太高(1000℃)，存在材料会缓慢分解、相际扩散及金属连接材料腐蚀等缺点。

因此，将其工作温度降低至中温围(600－800℃)成为SOFCs发展的方向。

但YSZ电解质在600℃电导率仅为0.001S/cm，电解质电导率只有在0.05S/cm以上，才能实现SOFC的高功率密度，因此目前的YSZ电导率无法满足高功率密度燃料电池的要求。

为了提高ZrO2基固体电解质材料电导率，科学工作者在ZrO2
的掺杂改性方面进行大量研究，并取得了显著成果。

Sc2O3稳定的ZrO2（ScSZ）在氧化锆类固体电解质中显示了最高的电导率，并且其高温化学活性和热膨胀系数与YSZ相同，便于选用配套的电极材料，是YSZ的重要替代材料。

随着SOFC工艺发展的日趋成熟，部分欧美厂家突破了ScSZ的合成工艺，使ScSZ开始了SOFC电解质膜的商用化进程。

目前，美、日等用稀土锆化合物作为电解质材料突破了SOFC 中温操作技术，加工和运行成本得以大幅降低，其商品化前景日渐明朗。

全球ScSZ粉体的产量远远满足不了SOFC快速发展需求，供求短缺的矛盾日益凸显。

4.8特种机械零部件
陶瓷材料的脆性限制了其应用发展，纳米陶瓷是解决陶瓷脆性一种非常重要的途径。

实验证明，可以利用ZrO2四方相相变为单斜相产生显微裂痕和残余应力对陶瓷进行增韧。

当ZrO2颗粒在纳米级时转变温度可降到室温以下。

因此纳米ZrO2能够明显提高陶瓷的室温强度和应力强度因子，从而使陶瓷韧性成倍提高。

特种超韧型纳米复合氧化锆在轴承、轴套、阀球、壳体等领域有广泛应用。

4.9耐火材料
由于氧化锆的熔点高、导热系数低、化学性能稳定，所以常用做耐火材料。

用纳米氧化锆制备的耐火材料优势更加显著，耐高温（使用温度可达2200℃）、强度高、绝热性能好、化学稳定性优，主要用于操作温度在2000℃以上的环境中。

第五章纳米氧化锆应用方向分析
5.1导入期产品
涂料、燃料电池电解质、手机背板、手机盖板处于导入期，处于这一时期的产品技术不成熟，生产规模较小，产品没有大规模的铺开，竞争不明显。

我公司可以以这些产品做为纳米氧化锆研发方向，满足这些产品的生产需求，借助新行业的发展，推动我公司的发展。

以下简要分析背板、盖板市场：
2017年6月，iPhone7陶瓷版手机推出的传言被证伪，到小米5陶瓷尊享版手机的抢先推出，然而几个月后，小米5陶瓷尊享版悄然下架。

可以分析有可能氧化锆陶瓷手机背板的生产在技术上还不完善。

生产氧化锆陶瓷手机背板需要高端复合纳米氧化锆粉体达到50纳米左右，制品断裂韧性至少达到12以上。

对于做成厚度只有0.3MM的手机背板，对陶瓷增韧技术要求非常更高。

纳米氧化锆能否应用于手机背板，主要取决于手机背板的生产成本。

而手机背板的生产技术及烧成率等是成本的至关重要的因素，目前来讲，对于氧化锆陶瓷手机背板的形成工艺，水基流延成型是呼声较高的，当然业也有采用注射成型，溶胶-凝胶成型等工艺。

烧结工艺与烧结设备关系比较大，目前国外的陶瓷烧结炉厂家都在聚焦这个产业热点，比如瑞士的Quintus Technologies，还有国的前锦炉业、高歌等企业。

但是成品率不高的问题依然没有得到解决。

鉴于通讯市场的繁荣，氧化锆手机背板市场容量大，但目前市场技术不成熟，建议前期观望，等技术相对稳定时迅速进入。

5.2成长期产品
刀具、工业结构陶瓷、特种机械零部件、人造牙齿、人造骨胳、光纤连接器、汽车尾气处理助催化剂，穿戴设备，经过最初的技术的发展，现阶段技术相对成熟，风险相对小，但
实用标准
做为原材料市场的供货商可能已与生产厂商建立了相对稳定的关系，介入现有的市场需要更强大的性能稳定性和价格优势，但因为相较于导入期的产品风险相对较小，建议可以进入该市场。

5.3成熟期产品
研磨材料、氧传感器产品已进入成熟期，进入成熟期的产品生产技术较成熟，已趋于标准化生产，市场销售增长速度较慢，市场竞争主要以价格竞争为主，如想要进入该市场，需要打造产品的优势与差异性或进入细分市场，相对来说进入难度较大。

如果想要进入此市场需要综合考量我公司产品与竞争优势，否则建议不进入。

由于研磨材料单价高（一般国货源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产品每年有500吨左右的量用于生产研磨介质，毛利率40-50%。

参照东方锆业的毛利率，说明氧化锆应用于研磨材料市场附加值比较高，可以考虑进入细分市场。

第六章纳米氧化锆行业分析
目前市场主要的生产厂商有东方锆业（中小板上市）和国瓷材料（创业板上市），但都没同级别产品，所以细分行业情况不明确。

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