1、 证券证券研究报告研究报告行业深度报告行业深度报告 石英产业链深度报告（一） ：高端制造石英产业链深度报告（一） ：高端制造 重要原材料，军民两用市场空间广阔重要原材料，军民两用市场空间广阔 摘要 石英产业是以二氧化硅为主要原材料成分的材料及制品产业，广石英产业是以二氧化硅为主要原材料成分的材料及制品产业，广 泛应用于航空航天、光源、光学、光纤、半导体等行业，是高端装备泛应用于航空航天、光源、光学、光纤、半导体等行业，是高端装备 制造的重要原材料。制造的重要原材料。石英纤维的介电损耗比石英玻璃更低，拉伸强度 和隔热效果更好，同时兼具石英玻璃原有的热膨胀系数低、光谱透过 宽等优良性能。 从技术路

2、线上看，未来电熔法和合成石英玻璃未来需求量较大。 从材料本身性能来看，制造厂家已不满足于单纯提高石英玻璃纯度和 减少杂质，还通过添加其他化学元素增强石英材料性能，满足产品的 个性化需要。从下游应用领域的扩展来看，移动智能终端及芯片呈爆从下游应用领域的扩展来看，移动智能终端及芯片呈爆 发式增长，云计算、物联网、大数据等新业态快速发展，发式增长，云计算、物联网、大数据等新业态快速发展，石英材料作石英材料作 为高端制造的为高端制造的重要辅材的石英产业也将持续增长。重要辅材的石英产业也将持续增长。 石英材料产业链中，上游石英砂高端垄断，中游石英玻璃和石英石英材料产业链中，上游石英砂高端垄断，中游石英玻

3、璃和石英 制品中低端产品厂商基础差别较小，竞争激烈，高端产品国内供应商制品中低端产品厂商基础差别较小，竞争激烈，高端产品国内供应商 较少。较少。 石英砂方面，石英砂方面，由于具有商用价值石英矿物的稀缺，由于具有商用价值石英矿物的稀缺，全全球球高纯石英高纯石英 砂砂市场呈现高度垄断性，市场呈现高度垄断性，供给主要供给主要由由美国尤尼明公司把持。美国尤尼明公司把持。我国石英 矿产资源情况并不乐观，缺乏具有工业价值的高品质矿床。目前中国 高纯石英砂还严重依赖进口，国产化未来可期。 石英玻璃可分为天然水晶或石英砂熔制的天然石英玻璃以及四石英玻璃可分为天然水晶或石英砂熔制的天然石英玻璃以及四 氯化硅等含

4、硅化合物制备的合成石英玻璃氯化硅等含硅化合物制备的合成石英玻璃。目前由于生产成本和加工 难度的缘故，气炼法和电熔法依然是主流的制备工艺。考虑到天然水 晶和石英资源的稀缺性以及合成石英玻璃的高性能，化学气相沉积法 前景广阔。石英玻璃行业集中度较高，目前国际上主要的石英玻璃材 料企业有美国迈图、德国贺利氏、日本东曹、德国昆希和中国菲利华。 石英制品是以石英玻璃为材料制成的一系列器件，石英制品是以石英玻璃为材料制成的一系列器件，在半导体、光在半导体、光 纤通信、光伏、光学、电光源等领域广泛应用。纤通信、光伏、光学、电光源等领域广泛应用。石英玻璃制品属于技 术密集型行业，中低端产品厂商之间技术差别不大

5、，竞争较为激烈， 高端市场供应者较少。 石英纤维是软化石英棒拉丝后制得的一种石英纤维是软化石英棒拉丝后制得的一种高性能高性能无机纤维，保持无机纤维，保持 了石英玻璃的部分特点了石英玻璃的部分特点，但在某些性能上更加优越，具备军民两用，但在某些性能上更加优越，具备军民两用特特 点点。 目前具备生产石纤维生产能力企业较少， 菲利华正积极拓展产能。 维持维持 增持增持 黎韬扬黎韬扬 执业证书编号：S01 发布日期： 2020 年 01 月 02 日 市场市场表现表现 相关研究报告相关研究报告 0% 10% 20% 30% 40% 50% 2019/1/

6、2 2019/2/2 2019/3/2 2019/4/2 2019/5/2 2019/6/2 2019/7/2 2019/8/2 2019/9/2 2019/10/2 2019/11/2 2019/12/2 国防军工上证指数 国防军工国防军工 行业深度研究报告 石英材料石英材料 请参阅最后一页的重要声明 单击此处输入文字。 目录目录 一、石英产业基本概念介绍 . 1 1.1 石英产业基本概念 . 1 1.2 石英材料特性及应用领域 . 4 1.3 石英材料技术未来发展方向 . 5 二、石英砂材料 . 7 2.1 普通石英砂应用于传统工业，高纯石英砂用于高端制造 . 7 2.2 石英矿物提纯是高

7、纯度石英砂主要来源，有商业价值的矿源具有较高稀缺性 . 7 2.3 我国缺乏商用价值高的矿产资源，高纯度石英砂高度依赖进口 . 10 三、石英玻璃 . 12 3.1 纯度决定石英玻璃的主要应用方向，多种技术路线各有利弊 . 12 3.2 石英玻璃技术壁垒较高，全球产业较为集中 . 14 四、石英制品 . 16 4.1 高端装备中应用广泛，半导体制造行业重要耗材 . 16 4.2 中低端制品竞争激烈，高端制品壁垒较高 . 17 五、石英纤维 . 18 5.1 石英纤维复合材料性能优越，军民两用领域市场空间广阔 . 18 5.2 石英纤维供应企业相对较少，主要企业积极拓展产能 . 22 行业深度研

8、究报告 石英材料石英材料 请参阅最后一页的重要声明 图图目录目录 图 1： 石英产业链 . 1 图 2： 石英矿物 . 2 图 3： 高纯石英砂 . 2 图 4： 石英锭 . 2 图 5： 石英棒 . 2 图 6： 石英舟 . 2 图 7： 石英坩埚 . 2 图 8： 石英纤维制品 . 2 图 9： 光掩膜基板 . 2 图 10： 高纯四氯化硅制备过程 . 9 图 11： 石英玻璃车床 . 13 图 12： 石英玻璃加工 . 13 图 13： 石英制品下游行业占比（除航空航天等军工领域外） . 16 图 14： 石英制品加工工序 . 18 图 15： 石英纤维制备过程 . 19 图 16： 石

9、英纤维短切丝 . 20 图 17： 石英棉毡 . 20 图 18： 石英纤维制品 . 21 行业深度研究报告 石英材料石英材料 请参阅最后一页的重要声明 表表目录目录 表 1： 石英产业链上下游公司 . 3 表 2： 石英玻璃、石英纤维的物化性质 . 5 表 3： 石英砂产品及规格 . 7 表 4： 石英矿物分类 . 8 表 5： 天然石英岩矿物制取高纯石英砂工序. 8 表 6： 制备高纯石英砂的方法比较 . 9 表 7： 制备高纯石英砂的方法比较 . 10 表 8： 天然石英玻璃与合成石英玻璃制备方法及性能比较 . 12 表 9： 主要石英玻璃材料企业对比 . 15 表 10： 石英产品下游

10、应用 . 16 表 11： 不同类型纤维元素含量 单位：% . 18 表 12： 不同类型纤维理化性能 . 19 表 13： 石英纤维应用领域 . 20 1 请参阅最后一页的重要声明 行业深度研究报告 石英材料石英材料 一、石英产业基本概念介绍一、石英产业基本概念介绍 1.1 石英产业基本概念石英产业基本概念 石英产业是以二氧化硅为主要原材料成分的材料及制品产业石英产业是以二氧化硅为主要原材料成分的材料及制品产业，广泛应用于，广泛应用于航空航天、光源、光学、光纤、航空航天、光源、光学、光纤、 半导体等半导体等行业，是高端装备制造的重要原材料行业，是高端装备制造的重要原材料。整个产业链从基础原材

11、料开始，从石英块、天然水晶、四氯化 硅中提取出普通共和高纯度石英砂，普通纯度的石英砂主要制成普通玻璃、耐火材料等，高纯石英砂则广泛应 用于航空航天、半导体等高端制造产业，是附加值较高的材料。高纯石英砂或四氧化硅通过不同加工方式制成 天然和合成的石英玻璃。石英玻璃通过加工后形成各种类型的石英制品，广泛应用于航空航天、光源、光学、 光纤、半导体等高端制造产业。由于理化性质不同，天然石英玻璃和合成石英玻璃的下游应用领域既有区分也 有重合部分，如光纤通信里面用到的芯棒以及半导体里面用到的光掩模基板等由于纯度要求高，大部分使用合 成石英玻璃。 图1：石英石英产业产业链链 一、二级天然水晶 石英块（硅石）

12、 四氯化硅 普通石英砂 高纯石英砂天然石英玻璃 合成石英玻璃 芯棒 天然石英玻璃棒/锭 合成石英玻璃棒/锭 光掩膜基板 玻璃制品 陶瓷制品 机械铸造 水泥制品 耐火材料 半导体 光纤通信 光伏 航空航天 光源 光学 石英筒 石英片 石英套管 石英舟 石英钟罩 石英法兰 石英坩埚 石英纤维 石英棉、布、纱 石英纤维复合材料 资料来源：中信建投研究发展部 石英主要成分为二氧化硅石英主要成分为二氧化硅，分布广泛。分布广泛。石英质地坚硬，具有稳定的物理和化学性质，是生产石英砂的主要 原料。根据不同成矿特性和理化特性，石英矿物可分为岩浆岩型、变质型、热液型、沉积型；对应的石英岩分 别为花岗伟晶岩、脉石英

13、岩、石英岩和石英砂岩。 石英玻璃石英玻璃最主要成分为最主要成分为二氧化硅，一般以棒或锭的形态保存。二氧化硅，一般以棒或锭的形态保存。按目前国家部颁标准规定:不透明石英玻璃二 氧化硅的含量为 99.5%以上，气炼透明石英玻璃的二氧化硅含量在 99.97%以上，高纯石英玻璃二氧化硅的含量 在 99.999%以上，采用四氯化硅合成的石英玻璃，其二氧化硅含量可达 99.9999%以上。 2 请参阅最后一页的重要声明 行业深度研究报告 石英材料石英材料 图2：石英石英矿物矿物 图3：高纯高纯石英砂石英砂 资料来源：百度图片，中信建投研究发展部 资料来源：太平洋石英股份有限公司官网，中信建投研究发展部 石

14、英纤维是软化石英玻璃棒后拉丝制得的一种无机纤维，二氧化硅含量石英纤维是软化石英玻璃棒后拉丝制得的一种无机纤维，二氧化硅含量 99.9%以上，以上，直径一般为几微米到直径一般为几微米到 几十微米。几十微米。由于石英纤维对纯度以及制备过程的要求高于普通石英玻璃，在耐温性与介电常数等性能上更加优 越，其价格也更加昂贵，多用于生产复合材料，在航空航天和军工等高精尖领域发挥作用。 石英制品是以石英玻璃为材料制成的一系列器件石英制品是以石英玻璃为材料制成的一系列器件，包括石英玻璃舟、石英玻璃法兰、石英玻璃钟罩、石英 玻璃坩埚等，广泛应用于半导体、光纤通信、光伏、航空航天等领域。 图6：石英舟石英舟 图7：

15、石英坩埚石英坩埚 资料来源：上海石创官网，中信建投研究发展部 资料来源：上海石创官网，中信建投研究发展部 图8：石英纤维制品石英纤维制品 图9：光掩膜基板光掩膜基板 资料来源：菲利华官网，中信建投研究发展部 资料来源：菲利华官网，中信建投研究发展部 图4：石英锭石英锭 图5：石英棒石英棒 资料来源：菲利华官网，中信建投研究发展部 资料来源：菲利华官网，中信建投研究发展部 3 请参阅最后一页的重要声明 行业深度研究报告 石英材料石英材料 石英石英材料材料产业链产业链中，上游石英砂高端垄断，中游石英玻璃和石英制品中低端产品厂商基础差别较小，竞争中，上游石英砂高端垄断，中游石英玻璃和石英制品中低端产

16、品厂商基础差别较小，竞争 激烈，高端产品国内供应商较少激烈，高端产品国内供应商较少。 上游石英砂上游石英砂产业产业中，高纯石英砂生产与高品质矿源密切相关中，高纯石英砂生产与高品质矿源密切相关，低品质矿源提纯较为困难，低品质矿源提纯较为困难。尤尼明以美国 Spruce Pine 的花岗伟晶岩为原料提纯高纯石英砂，垄断了 90%的高纯石英砂市场，是众多高端石英材料企业的 供应商。其余市场参与者包括挪威 TQC 等，挪威 TQC 是以 Spruce Pine 和挪威本地的石英矿，近几年品质提高， 市场占比有增加趋势。我国缺少高品质矿源，提纯难度更大。东海太平洋石英股份公司是国内唯一可量产高纯 石英砂

17、的企业。高纯石英砂行业技术壁垒高，竞争者较少。掌握核心技术的企业掌握定价权，毛利率较高。 中游石英玻璃材料产业中，不同制备方法影响生产成本和成品质量，能否获得半导体原厂认证极大影响企中游石英玻璃材料产业中，不同制备方法影响生产成本和成品质量，能否获得半导体原厂认证极大影响企 业布局。业布局。目前全球一共 5 家石英玻璃制造企业获得国际主要半导体设备制造商认证，分别是美国迈图、德国贺 利氏、德国昆希、日本东曹、中国菲利华。美国迈图是国际半导体市场用石英玻璃的主要供应商，德国贺利氏 和日本东曹不仅自己生产石英玻璃材料，还从事石英器件的加工，在材料和加工领域占有较大的市场份额。德 国昆希公司起步较晚

18、，却凭借其价格上的优势在近几年发展迅速。菲利华作为后来者，已经掌握合成石英、电 熔石英和石英纤维的核心技术。 下游石英制品下游石英制品产业产业，高端产品技术壁垒高，具备供应能力的企业少。，高端产品技术壁垒高，具备供应能力的企业少。中低端产品区别度小，竞争激烈，毛 利率低。在石英玻璃制品的加工方面，国内目前的加工能力已经达到较高的水平，但距国际领先还有一定的距 离，主要表现为材料纯度水平不高、产品质量不够稳定、先进产品不具备自主生产技术。国外企业在大功率灯 管、半导体生产用石英炉管、大尺寸光学镜头、液晶显示用合成石英玻璃、光纤套管和光纤预制棒、特种石英 玻璃及高附加值石英玻璃等产品方面的技术更加

19、成熟。国内在半导体领域的认可度还不够，目前还没有内资企 业获得半导体设备原厂认证。 表1：石英产业链上下游公司石英产业链上下游公司 公司名称公司名称 主要产品主要产品 应用领域应用领域 核心竞争力核心竞争力 石英原料石英原料 尤尼明 ITOA 系列高纯石英砂 半导体、光源、光伏等 在美国北卡罗来那州的优质花岗伟晶岩中提纯高 纯石英砂， 掌握全球 90%的高纯石英砂市场， 占据 行业垄断地位。 挪威 TQC 高纯石英砂 半导体、光学、光源、光伏等 在 Spruce Pine 和挪威西部两地进行生产，在挪 威的产量已达每年 30000 吨以上。 石英材料石英材料 迈图 产品主要占据半导体和光 纤市

20、场。 半导体、光纤等 获得国际主要半导体设备制造商认证，掌握生产 熔融石英和合成石英的气炼法和电熔法，在熔融 石英制品行业领先。 贺利氏 光学石英玻璃、熔融石英 全系列产品 半导体、光纤、光学等 具备完整的熔融石英-预制棒-拉丝工艺光纤产业 链，在光纤领域有独特优势。 东曹 熔融石英玻璃 N、OP、S 系 列石英锭、光学石英玻璃 ES、ED-H 系列石英锭，不 透明 OP 系列熔融石英玻 璃 公司将近 67%的石英产品用于 半导体行业，此外还有光伏及 光学等应用 掌握氢氧焰熔融、电熔法生产熔融石英玻璃，以 及火焰水解生产合成石英玻璃，生产的石英材料 制品纯度高且气泡含量低，在半导体领域具有独

21、特优势。 4 请参阅最后一页的重要声明 行业深度研究报告 石英材料石英材料 昆希 熔融厚壁石英筒、石英管 半导体、光纤等 全球唯一一家掌握等离子技术的企业，是全球唯 一使用一步法加热等离子熔融工艺生产透明和不 透明空心圆管的石英供应商，在半导体领域有独 特优势。 菲利华 石英棒管、石英锭、石英 筒、石英纤维及复合材料 等 航空航天、半导体、光通讯 全球少数几家具有石英纤维批量产能的制造商， 半导体石英砣通过东京电子认证。 石英股份 高纯石英砂、石英棒、中 高端石英管、石英锭、石 英坩埚等 电光源、新型光源、光伏、光 纤、半导体等 成功研发高纯石英砂提纯技术，是中国国内唯一 具备规模化生产高纯石

22、英砂的企业，产业链长。 石英制品石英制品 贺利氏信越 石英舟、石英环、石英窗、 CVD 石英衬管、石英蚀刻 元件、窗口片等 半导体、光纤、特种光源等 德国贺利氏子公司，获得半导体设备厂商认证。 杭州大和热 磁电子 石英窗、石英环、石英管、 石英槽、石英舟等 半导体、光纤、光源、光伏等 日本Ferrotec子公司， 获得半导体设备厂商认证。 凯德石英 石英保温筒、石英笼舟、 石英管、石英钟罩、石英 加热器 半导体、光源、航空航天 公司逐渐抛弃低端产品，开始向中高端方向转型， 2018 年航空航天用石英玻璃营收大幅增加。 上海石创 石英环、石英载具、石英 法兰、石英舟、石英扩散 管、石英平台 半导

23、体、光纤、光伏等 菲利华子公司 久智光电 光纤预制棒衬、套管及把 棒，石英制品等 光纤、半导体、光电系统等 国内唯一采用等离子外喷技术生产光纤套管，成 本较低。 资料来源：各公司官网及年报，中信建投研究发展部 1.2 石英材料特性及应用领域石英材料特性及应用领域 石英石英玻璃玻璃具有优越的理化性能，具有优越的理化性能，受到半导体、光纤通信、光伏、光源、航空航天等多领域青睐受到半导体、光纤通信、光伏、光源、航空航天等多领域青睐。石英玻璃 中二氧化硅含量极高，化学稳定性强，耐温性好，在高温下也不会与大部分酸碱发生反应，因此经常用在半导 体和光伏产业中，作为盛放和生产多晶硅、单晶硅的容器或连接仪器，

24、如石英坩埚、石英法兰、石英舟等。同 事由于电损耗低，热稳定性好，是半导体行业刻蚀集成电路的光掩膜基板的原材料。石英玻璃还具有优良的光 学性能，光谱透过波长宽，因此也经常被用于制造棱镜、 透镜等光学器件和电光源的泡壳。由于电绝缘性良好， 纯度高，折射率低，是绝佳的光传输介质，且能掺杂多种不同的元素从而具有不同光学特性，因此也是光纤的 重要材料，光纤中的芯棒、靶棒、石英套管由不同纯度的石英玻璃制成。由于超声信号在熔融石英中的传播速 度要比在金属中小十倍，并且具有延迟温度系数相当低的特性，光学石英玻璃可作为雷达天线罩、超声延迟线 玻璃或反射镜等红外线测向仪的组件，在军事上有重要用途。 石英纤维的介电

25、石英纤维的介电损耗比石英玻璃更低， 拉伸强度和隔热效果更好， 同时兼具石损耗比石英玻璃更低， 拉伸强度和隔热效果更好， 同时兼具石英玻璃原有的热膨胀系数低、英玻璃原有的热膨胀系数低、 光谱透过宽等优良性能。光谱透过宽等优良性能。 用其制成的石英棉、 石英纱一般作为飞行器隔热填充材料或增强透波部件用编织材料。 石英纤维与其他纤维复合制成的复合材料可以制作火箭喷嘴、鼻锥体、宇宙飞船防热罩和观察窗。 5 请参阅最后一页的重要声明 行业深度研究报告 石英材料石英材料 表2：石英玻璃、石英纤维的物化性质石英玻璃、石英纤维的物化性质 石英玻璃石英玻璃 石英纤维石英纤维 物理性质物理性质 硬度硬度 硬度大可

26、达莫氏七级，抗压和抗拉强度可达到 8001000Mpa。 拉伸强度达到 6000Mpa 纯度纯度 人工合成石英玻璃的金属离子总含量可控制在1 106以内， 二氧化硅含量在 96%-99.9999999%之间 99.9%以上 软化点软化点 173040 1700 粘度粘度 粘度随轻基(H0 一)和杂质含量增加而降低。 耐温性耐温性 长期使用温度为 1100-1200 摄氏度，短期使用温度可达 1400 摄氏度。标准规定从 1200高温急速投入室温冷水(2O)中反 复三次不炸裂才合格。 长期使用温度在 600-1050， 短期最高使用温 度达 1200 热膨胀性热膨胀性 热膨胀系数小，仅为5.5

27、107，相当于仅为陶瓷的 1/6，普 通玻璃的 1/20，理论上可以到零膨胀。 电绝缘性电绝缘性 具有良好的电绝缘性，20时电阻率为 1018/cm，绝缘强度 为 250kV/cm，真空度可达 106Pa 介电强度介电强度 介电常数（106 赫）=3.7，介电损耗低。 介电常数 3.08，介电损耗 0.0022 折射率折射率 纯度越高，折射率越低 透光性透光性 具有优良的光谱特性,既能透出紫外、 可见光， 也能透出近红外 光。合成石英玻璃透过光的波长范围可达 0.183.5pm。 透气性透气性 在高温下允许某些气体的离子在结构中扩散， 钠离子扩散最快。 化学性质化学性质 化学稳定性化学稳定性

28、化学稳定性好，除氢氟酸外，不溶于其他任何酸。高温下也能 耐硫酸、硝酸、盐酸、王水、中性盐类、碳和硫等的侵蚀，化 学稳定性相当于耐酸搪瓷的 30 倍,镍铬合金和陶器的 150 倍。 资料来源： 高纯石英砂研究与生产现状 ，中信建投研究发展部 1.3 石英材料技术未来发展方向石英材料技术未来发展方向 从从技术路线技术路线上看上看，未来电熔法和合成石英玻璃未来需求量较大。，未来电熔法和合成石英玻璃未来需求量较大。相比于传统的气炼法，电熔法成本更高， 成品羟基含量更低，更符合未来高端石英玻璃材料的需要。光掩膜基板、芯棒等的制造主要是合成石英玻璃， 随着物联网和 5G 的快速发展，高性能合成石英玻璃需求

29、将会越来越大。昆希、菲利华等石英玻璃材料高端玩家 均已布局合成石英玻璃生产。 从材料本身性能来看，制造厂家已不满足于单纯提高石英玻璃纯度和减少杂质，还通过添加其他化学元素从材料本身性能来看，制造厂家已不满足于单纯提高石英玻璃纯度和减少杂质，还通过添加其他化学元素 增强石英材料性能，满足产品的个性化需要。增强石英材料性能，满足产品的个性化需要。目前已经研制出具有超低膨胀系数（零膨胀）的含二氧化锑石英 玻璃、耐辐射石英玻璃、掺稀土或过渡金属元素的发光和滤光石英玻璃、掺锇石英玻璃光纤放大器（EDFA） 、光 纤陀螺仪（FOG） 、光线光栅滤波器、光栅光纤激光器、平面光波导、智能光学传感器等。 6 请

30、参阅最后一页的重要声明 行业深度研究报告 石英材料石英材料 从下游应用领域的扩展来看，移动智能终端及芯片呈爆发式增长，从下游应用领域的扩展来看，移动智能终端及芯片呈爆发式增长，云计算、物联网、大数据等新业态快速云计算、物联网、大数据等新业态快速 发展，发展，石英材料作为高端制造的石英材料作为高端制造的重要辅材的石英产业也将持续增长。重要辅材的石英产业也将持续增长。5G 基站的建设推动光纤需求增长，为光纤 领域提供配套产品的石英企业或迎来新的增长点。 此外， 石英纤维在光纤、汽车、医学等非军工领域应用良好。 石英玻璃产品正逐渐向“纯、精、净、大、专”方向发展基础材料的纯度更高，器件产品的加工精度 更高，产品生产和应用环境