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氧化锆(ZrO2)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,具有卓越的耐热、绝热性能。而其中,纳米复合氧化锆由于具有高强度、耐高温、耐磨、绝热绝缘、高介电常数等卓越的性能。
纳米复合氧化锆性能优越,广泛应用于特种陶瓷领域。 氧化锆(ZrO2)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,具有卓越的耐热、绝热性能。而其中,纳米复合氧化锆由于具有高强度、耐高温、耐磨、绝热绝缘、高介电常数等卓越的性能,被广泛地应用于义齿、氧传感器、电子消费品等功能材料领域,以及特种刀具等结构材料领域。
纳米复合氧化锆的应用
用途 |
采用纳米复合氧化锆理由 |
需求情况 |
齿科材料 |
产品韧性好,生物相容性好,外观与真牙十分接近 |
取决于普及程度 |
氧传感器 |
氧化锆薄膜可测定两边氧分压,控制空气/油混合比例 |
1000-2000 吨/年 |
人工环节 |
生物相容性好,是临床良好的人工材料 |
人口基数决定 |
光纤连接器 |
用作连接器的陶瓷括芯及套筒 |
1700 吨/年左右 |
特种刀具 |
强度高,韧性好,一般采用部分稳定氧化锆相变时产生的微裂纹来增韧 |
预计超过 6000 吨/年 |
新能源材料 |
可用于电解质及正负极的掺杂材料 |
引入阶段,前景广阔 |
电子数码产品 |
耐磨、手感好、可实现无线充电和指纹识别,可用于数码产品背板 |
取决于应用范围加速和渗透率 |
主要细分领域分析:在应用方面来看,目前电熔氧化锆主要应用在玻璃耐火材料、陶瓷色釉料等领域,而纳米复合氧化锆属于高端性能产品,在各行业均能够得到应用。电熔氧化锆目前应用领域较为基础,主要在陶瓷刀具、手机壳等方面。在未来,随着氧化锆的应用技术以及产品研究有所突破,其将能够在齿骨骼或是固体氧化物燃料电池,甚至民生和工业领域都有应用,因此氧化锆的发展潜力较大。
(1)手机背板领域:氧化锆陶瓷兼具金属和塑料优势,将成为手机背板材料的新选择。 传统的手机背板材料中,塑料的各方面性能最差,但因为其成本低廉,所以在中低端手机中广泛应用。金属和玻璃材料各有所长:金属具有独特的金属质感,散热性能好,坚固不易碎;玻璃材料相对于金属材料,具有外形差异化且无信号屏蔽的优势,有助于实现手机无线充电和NFC技术。陶瓷材料结合了玻璃的外形差异化、无信号屏蔽、硬度高等性能优势,同时拥有接近于金属材料的优异散热性,正在逐渐渗透到中高端智能手机的后壳领域中。
氧化锆陶瓷兼顾金属和玻璃材料优势
材料 |
美观度 |
着色能力 |
散热性能 |
电磁屏蔽 |
耐磨 |
脆性 |
成本 |
塑料 |
差 |
较好 |
差 |
无屏蔽 |
差 |
好 |
最低 |
玻璃 |
较好 |
差 |
较好 |
无屏蔽 |
好 |
易碎 |
中等 |
金属 |
好 |
较差 |
好 |
有屏蔽 |
较好 |
较好 |
较高 |
氧化锆陶瓷 |
好 |
较好 |
较好 |
无屏蔽 |
最好 |
较好 |
最高 |
陶瓷背板市场认可度不断提升,需求有望快速跟随放量。 金立手机于2014年1月首次推出以氧化锆陶瓷作为背板材料的智能手机—天鉴W808,此后华为、小米等手机厂商也相继推出了该类型手机,逐渐使得氧化锆陶瓷手机背板被大众知晓;而2017年4月小米6发布并将采用氧化锆陶瓷机身,进一步助长了市场热情。 美国苹果公司亦分别于06年和13年提交了氧化锆外壳领域的专利申请, 预计未来将会有越来越多使用陶瓷或玻璃后盖的手机上市,氧化锆陶瓷背板的需求也有望迎来高速增长。随着氧化锆生产成本的降低,陶瓷背板渗透率将逐渐提升。 目前,受制于成本和产能的限制,氧化锆在手机背板材料中的渗透率较低。截止2016年,手机背板中氧化锆陶瓷材料渗透率仅1%左右。而随着行业发展,生产工艺完善,良品率提升,氧化锆陶瓷背板的成本将不断降低,市场渗透率也会随之增长。据中金企信国际咨询公布的《2020-2026年中国纳米复合氧化锆市场竞争力分析及投资战略预测研发报告》统计数据显示:氧化锆在手机背板领域存在百亿级市场规模。2017年全球手机出货量达到14.72亿部, 较2016年小幅度增长, 预计未来5年全球手机市场出货量将保持稳定。目前,每块氧化锆背板中,原料氧化锆成本占比35%左右,而每块背板的成本在150-200元/块,保守估计2021年市场渗透率达到10%,则市场空间将达到90亿元(注: 市场空间=手机销量×市场渗透率×原料成本)。未来随着5G或4.5G技术商业化应用, 凭借陶瓷材料优异的特性, 其渗透率将进一步提升。
(2)齿科材料:氧化锆材料广泛应用于牙齿修复。 目前,主要的牙齿修复方法根据牙齿受损程度由小到大可以分为以下三类:(1)嵌体修补,适用于牙齿部分受损,用嵌体进行填补以保护和修复牙齿。常用的嵌体修复材料主要有树脂、金属以及陶瓷;(2)牙冠修补,适用于牙齿缺损较大,或病变,但牙根仍在的情况。常用的牙冠材料有合金类、烤瓷以及全瓷;(3)义齿修复,适用于缺牙,或已拔牙。
氧化锆陶瓷相较于其他齿科材料具有性能优势。牙科修复的材料主要有:树脂、普通合金(镍铬等)、贵金属合金(金铂等)和陶瓷(氧化锆和氧化铝等)。从美观性、 生物学性能、 稳定性、 机械性能以及成本这五个维度来考虑,氧化锆陶瓷类材料相对于其它材料具有优势显著。
不同齿科材料的性能对比
材料 |
美观性 |
生物学性能 |
稳定性 |
机械性能 |
成本 |
普通合金 |
较差 |
较差 |
较好 |
较好 |
最低 |
贵金属合金 |
较差 |
最好 |
较好 |
较好 |
较高 |
树脂 |
较好 |
较好 |
较差 |
较差 |
较低 |
其它陶瓷 |
较好 |
较好 |
较好 |
较差 |
较高 |
氧化锆 |
最好 |
较好 |
最好 |
较好 |
最高 |
老龄化、消费升级等助推氧化锆在义齿领域的发展。中金企信国际咨询专业编制《纳米复合氧化锆项目投资可行性研究报告》为企业投融资、项目立项、银行贷款申请、批地申请等提供专业化优质服务。全球2020年假牙市场有望达到188亿美元。 国内假牙市场销量也有望保持稳步增长, 2015年我国义齿消费规模为57亿元, 在人口老龄化趋势下, 预计2020年国内市场规模达73亿元。预计2020年氧化锆义齿市场空间达20亿元以上。 成本较高制约氧化锆的市场渗透率,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, 市场规模将由2015年的15亿增长至2020年20亿元。
行业现状及前景:在全球范围内,氧化锆的生产主要集中在中国、日本、法国、美国等国家,近几年我国氧化锆生产技术日趋成熟,目前行业内领先企业已能够参与到国际竞争市场中。氧化锆的生产门槛相对较高,因此我国氧化锆市场集中度较高,目前生产企业只有30家左右,其中大规模企业只有不到10家,国内氧化锆产量增速相对较缓慢,年增速在11%左右。2019年上半年,我国氧化锆龙头企业三祥新材公司实现营收4.04亿元,同比增长了36%。
在《中国制造2025》的战略下行后,我国政府对于新材料研究以及应用较为重视,对于氧化锆行业发展也下发了相关政策。2017年我国十二部联合发布了《增材制造产业发展行动计划(2017-2020年)》,其中就提到氧化锆的制备方法,以及提升高材料收得率与性能一致性。
虽然氧化锆行业发展前景较好,但目前来看氧化锆市场渗透率相对较低,这也是因为氧化锆相对较高的成本所约束的。但在国民收入水平不断提高以及氧化锆生产工艺完善下,未来消费者对于氧化锆产品的需求受价格因素的影响缩小,市场渗透率也会随之增长。