硅基材料研究框架

2核心观点0101投资建议：硅基材料的机会可以从有机硅体系，以及硅基新材料两个方向来看。有机硅体系的核心出路在于一体化，硅基新材料的核心在于纳米化和高纯化。有机硅：规模效应+工业硅自供构筑成本优势，低成本工业硅已成难以复刻的资源壁垒。有机硅单体产品同质化，除规模效应外，核心在于厂商向上延申实现工业硅自供带来的成本优势。工业硅的成本差异主要来源于产区间的电价差异，电价较低的西北和西南地区成为工业硅的主产区，而其中在西北自备燃煤电厂的工业硅牢牢锁定成本曲线最左端。在政策严控新建燃煤自备电厂的背景下，现已具备自备电工业硅产能的有机硅一体化厂商优势显著。02气凝胶：电池隔热需求是气凝胶规模化的突破口，降本有望逐阶打开其对传统绝热材料的替代空间。气凝胶过去主要应用于能化领域隔热，但在该成本导向较强的场景中未能放量。电池安全强制要求带来的隔热片这一新应用，而非传统应用场景下的替换，才真正为气凝胶的规模化拉开序幕。气凝胶具备较大降本潜力，规模化后的市场竞争有望促成工艺优化+技术迭代两阶段降本，为其实现对传统绝热材料的替代带来可能。0304高纯石英砂：原矿资源+提纯工艺构成核心壁垒，高度集中的行业格局难以撼动。我国在3N~4N中低端产品已充分国产化，而用于半导体、光伏的4N5以上产品国产化仍在路上。就高纯石英砂的生产来说，稀缺的优质原矿资源是根本，而我国缺乏相应优质矿源，因此对厂商的提纯工艺提出更高要求。从行业实践来看，提纯工艺壁垒极高，短时间内难以攻克，国内预计仍将延续一家独大的格局。此外，部分企业尝试布局合成高纯石英，但其由实验室到商业化量产的进程仍有较大不确定性。多种二氧化硅粉体：存在共性而又各具特性，中低端产品市场竞争充分，关注中高端产品国产替代。二氧化硅粉体种类多样，我们重点探讨天然二氧化硅中的硅微粉，及合成二氧化硅中的气相法和液相法白炭黑。二氧化硅粉体材料均可用作填料补强，同时根据各类粉体产品的特性各有侧重应用。不同级别产品的应用跨度较大，各下游所关注的性能指标存在差异，厂商需通过配方和工艺的控制生产特定产品。在国产替代进程加速的背景下，应当关注国产化率低的中高端产品类别，例如作为开口剂、防锈颜料、催化剂载体等的液相法二氧化硅，以及应用于高端芯片封装等的电子级球形硅微粉。05硅基材料产业链一览：常见为有机硅体系，衍生硅基新材料值得关注013资料来源：国泰君安证券研究硅基材料产业链一览：常见为有机硅体系，衍生硅基新材料值得关注014资料来源：国泰君安证券研究硅基材料产业链一览：常见为有机硅体系，衍生硅基新材料值得关注015资料来源：国泰君安证券研究目录CONTENTS硅产业链：寻找有机硅体系之外的硅基新材料机会有机硅：规模效应+低成本工业硅资源是核心气凝胶：电池隔热需求驱动规模化高纯石英砂：原矿资源+提纯工艺高壁垒多种二氧化硅粉体：关注中高端产品国产替代风险提示附录601硅产业链：寻找有机硅体系之外的硅基新材料机会7801 有机硅发展史：结构决定性能，性能反映结构资料来源：ChemBeanGo、新亚强招股书、《碳和硅结构化学的比较》、国泰君安证券研究有机硅的概念有机硅化合物，是指含有

Si—C

键且至少有一个有机取代基是直接与硅原子相连的化合物，习惯上将通过氧、硫、氮等有机基与硅原子相连接的化合物也当作有机硅化合物。由于有机硅独特的结构，兼备无机材料（主链Si—O键）与有机材料（侧链有机基团）的性能，具有表面张力低、黏温系数小、渗气性好等基本性质，并具有耐高低温、电气绝缘、抗氧化、耐辐射、难燃、憎水、无毒无味以及生理惰性等优异特性，广泛应用于建筑、汽车、电子电器、电力、新能源、医疗卫生、个人护理、航天航空、纺织、日用品等领域。硅VS

碳碳和硅在元素周期表中属于IVA族的前两个元素，其化学结构有许多相似之处，因此它们应具有许多相似的化学性质，在化学中占有极其重要的地位碳的化学键类型丰富，而硅在自然界主要以稳定的Si—O健存在。碳原子可以有丰富的化学键类型，具有可以自身又可以和氢、氧、氮、硫、磷、金属等元素的原子以多种形式的化学键结合在一起的能力，统治着有机化学。硅在地壳中是含量仅次于氧的第二位元素，地壳中没有游离态的硅，它和氧构成稳定的Si一O键，以及与其他元素在一起结合形成硅酸盐，占地壳质量的80%以上。这些化合物都是属于无机硅化合物，在自然界中，至今还没有发现含Si一C键的化合物，即天然的有机硅化合物，只有在动物羽毛和禾本科植物中，发现有硅酸酯类化合物，但这类化合物不含Si一C键，而是含有Si一O一C键。可以说硅以其量大和特殊的Si一O键的稳定性，稳坐无机化合物的头把交椅，统治着无机化学。有机硅的由来有机化学工业的发展大量消耗碳资源，硅作为含量丰富且与碳化学结构相似的元素，被认为是替代之选。硅具有与碳相似的化学结构，其在自然界中的含量远超过碳，然而与碳相比，硅在自然界中的化合物种类有限，对人类的重要性相对较低。有机化学的发展丰富了化学学科，同时推动了有机化学工业的发展。然而，这个过程伴随着对不可再生碳资源（如石油、天然气、煤炭）的大量消耗，这使得碳资源面临枯竭的威胁。为了应对这一问题，人们开始思考硅的潜力。若将硅转化为有机硅化合物，将大大丰富有机化学的内容，促进有机化学工业的进一步发展。这一构想在1863年由法国化学家C.

Friedel和美国化学家J.

M.

Crafts实现，他们首次人工合成了含Si一C键的有机硅化合物。9资料来源：CAFSI公众号、中蓝晨光公众号、《有机硅工业及其在中国的发展》、国泰君安证券研究20世纪30年代，美国康宁玻璃公司的J.F.

Hyde探索制备耐热的电绝缘用玻璃纤维的黏结剂，在1937年用格氏法合成出具有耐热特性的实用有机硅树脂，用于电器绝缘，使有机硅聚合物的一些特异性能收到关注。这种有机硅树脂用于康宁玻璃公司制备绝缘玻璃布带和通用电气公司（GE）作电器绝缘材料。二战期间，急需能在高温、高速条件下运行的电器设备使用的耐潮、耐热的绝缘材料，Hyde和通用电气公司的W.J.

Patnode等学者再次在这类材料上进行尝试他们使用格氏法合成有机硅单体，再通过水解、缩聚制得有机硅聚合物，聚合物经过稠化制得有机硅绝缘脂，如用在汽车火花塞上的有机硅绝缘脂是最早的有机硅商品之一。此后，以格氏法和热缩合法等工艺合成出多种初期的有机硅产品，这些有机硅材料在二战中起了很大作用。工业化阶段20世纪40年代初期，美国通用电气公司学者E.G.Rochow和德国学者R.Müller各自独立发明了直接合成有机氯硅烷的工艺。直接法是有机硅化学史上划时代的成就之一，其作为主流工艺不断发展完善至今。后来，通用电气公司开发出有第一台合成甲基氯硅烷的流化床，为有机硅的大规模工业化生产奠定了基础。20世纪50年代，德国的瓦克、拜耳，日本的信越化学、东丽有机硅公司纷纷建立有机硅生产装置，中国的有机硅技术也于此时起步。中国的有机硅技术开发起步于1952年，为满足军工发展需求，我国组织专门的研究机构来攻克有机硅技术。重工业部的北京化工实验所（沈阳化工研究院前身）重点开发格利雅法合成有机氯硅烷技术，上海有机化学所（中国科学院化学研究所前身）侧重研究硅氧烷的平衡与聚合。1956年，沈阳化工研究院建成有机硅中间实验车间，开展了直接法搅拌床合成甲基氯硅烷及格利雅法合成苯基氯硅烷试验，并用于试制耐高温硅树脂。不久，中国科学院化学研究所及沈阳化工研究院等又相继研制硅油及硅橡胶。1958年，上海树脂厂建成直接法合成有机氯硅烷生产装置，并先后生产出硅树脂、硅油及硅橡胶。发展阶段 事件有机硅化合物的探索和研究可以追溯到18世纪。最早由法国化学家C.Fredel和J.M.Crafts以四氯化硅（SiCl4）为原料与二乙基锌（ZnEt2）在封管中高温反应，创始阶段 制得了有机硅化合物四乙基硅烷（SiEt4）。之后，陆续有不少学者或用封管或用格氏反应（Grignard反应）、钠缩合法（Wurtz反应）等又合成出一些有机硅化合物。英国化学家F.

S.

Kipping

对有机硅化合物进行了比较系统的研究，在1899~1944

年间先后发表了54篇相关研究论文，为后人进一步研发打下良好的基础。F.

S.实验室阶段

Kipping的主要贡献之一是在1904年利用经典的格式反应合成有机硅化合物——有机氯硅烷。此外，Kipping

还制定了有机硅化合物命名原则，他认为含硅氧键的有机化合物为酮型结构（Si=O），取名为“Silicone”。1904~1937年这一阶段不但合成了有机硅简单化合物而且也出现了环体和线形聚硅氧烷。01 有机硅发展史：国内外产业化发展均由军工需求推动10资料来源：有机硅、百川盈孚、国泰君安证券研究有机硅产业链主要由上游工业硅-中游单体及中间体-下游有机硅制品构成。有机硅材料体系，以工业硅为起点，先合成单体氯硅烷，再由水解工序制成中间体硅氧烷，在此基础上制成110生胶或107胶等基础聚合物，再进而制得各种终端下游产品。1）有机硅上游工业硅生产核心在于电价差异带来的成本差异，随新疆、云南等低电价区域政策收紧，扩产规模受限，率先卡位的厂商或拥有无法复刻的资源优势；2）中游有机硅单体及中间体环节是有机硅体系下的大宗品，规模效应显著；3）下游有机硅深加工产品多样化、应用领域分散，应用场景的持续开拓能力以及领先于同行的研发能力是保有差异化带来的议价能力的关键。有机硅产业链条相对简单，由分工逐步走向一体化是顺势而为。参照西方有机硅行业龙头的发展模式，我国有机硅行业要想未来在国际上拥有较大的话语权，产品想要获得一定的定价能力，企业需整合行业上游工业硅，中游通过自产有机硅单体、中间体来降本，以及下游研发生产具有产品区分度以及议价能力的有机硅产品，兼并与被兼并将成为未来一段时间内行业的主旋律。图：有机硅产业链有机硅原料有机硅单体有机硅中间体深加工产品甲醇氯化氢石英砂或硅石氯甲烷硅粉甲基氯硅烷一甲三甲二甲硅氧烷（DMC/D4）107胶生胶室温胶高温胶硅油硅树脂白炭黑功能性硅烷其他氯硅烷三氯氢硅水解聚合聚合副产物水解、聚合、交联烷氧基化01 有机硅材料体系：核心出路在于产业链一体化11资料来源：宏柏新材招股书三氯氢硅是功能性硅烷和多晶硅的主要原料，制备过程伴随着四氯化硅的产生。传统的三氯氢硅生产方法是氯化氢与硅粉反应得到，主反应是Si+3HCl→SiHCl3+H2，副反应是Si+4HCl→SiCl4+2H2。生成的混合气体中，85％左右为三氯氢硅，15％为四氯化硅。四氯化硅衍生产品的制造，有助于提高资源利用率，适应循环经济需求。四氯化硅作为一种高度危险的化学品，不能用普通的方法进行处理，目前其综合利用方法主要包括：1）直接以副产四氯化硅为原料燃烧水解制备气相白炭黑，2）提纯为高纯四氯化硅，以制备光纤预制棒及电子特气、3）与醇类（常见为乙醇）进行酯化反应生产硅酸乙酯，硅酸乙酯还可进一步制备气凝胶、高纯石英等；4）还原制备三氯氢硅等。表：四氯化硅的综合利用制备产物下游应用反应气相白炭黑硅橡胶、涂料等的填料SiCl4+2H2+O2→SiO2+4HCl高纯四氯化硅制备光纤预制棒、含硅电子特气等提纯硅酸乙酯用于胶粘剂、涂料等，还可进一步制备气凝胶、高纯石英等SiCl4+4C2H5OH→Si(OC2H5)4+4HCl三氯氢硅生产多晶硅、功能性硅烷等热氢化：SiCl4+H2→SiHCl3+HCl冷氢化：3SiCl4+Si+2H2→4SiHCl3氯氢化：2SiCl4+H2+HCl+Si→3SiHCl3资料来源：《四氯化硅综合利用现状及发展趋势》、国泰君安证券研究图：功能性硅烷工艺流程01 硅基新材料：副产物四氯化硅的循环利用，衍生出细分品类多样的硅基材料12四氯化硅综合利用下，多种终端产品回归“二氧化硅”。四氯化硅下游产品气相白炭黑、高纯石英、气凝胶本质上均为二氧化硅粉体。但显然各类二氧化硅粉体的用途各异，因而我们期望从二氧化硅粉体这一大类切入，厘清材料间异同，构建更为清晰的研究框架。二氧化硅粉体多样，结构和成分差异是应用差异的主要来源。具体可以分为三类来看，1）注重纯度的高纯石英砂；2）注重孔道结构的气凝胶；3）不同等级产品应用跨度大，存在共性用途，同时根据产品特性各有侧重应用的硅微粉、气相法二氧化硅和液相法二氧化硅。粉体材料结构的纳米化和成分的高纯化是核心趋势。在这个进程中可以关注：1）过去被海外龙头垄断的中高端产品开启国产替代；2）国内外发展相对同步，正迎来规模化突破口的前沿材料。二氧化硅合成二氧化硅天然二氧化硅气相法二氧化硅硅微粉天然高纯石英砂沉淀法二氧化硅液相法二氧化硅凝胶法二氧化硅合成高纯石英砂气凝胶图：二氧化硅粉体分类资料来源：国泰君安证券研究01 硅基新材料：多种SiO2粉体值得关注，核心趋势是纳米化和高纯化02有机硅：规模效应+低成本工业硅资源是核心13有机硅单体厂商主要为一体化企业，合盛规模断层领先。截至2023年9月，我国境内有机硅单体企业共13家（含外企），总产能达534万吨。其中，合盛硅业产能176万吨，占总产能比重达33%，地域分布来看分别为新疆140万吨、四川18万吨、浙江18万吨。规模效应+工业硅自供带来核心成本优势。对主要单体厂商的有机硅产品毛利率进行比较，合盛的毛利率持续领先于同行，且近年差距有扩大趋势。即使排除了工业硅自供的成本优势，合盛的毛利率仍能于其他厂商处于同一水平。此外可以看到，新安2021年以前有机硅毛利率持续低于同行，2021年实现工业硅完全自供，毛利率的相对提升显著。20182019202020212022表：国内有机硅单体产能企业产能（万吨）合盛硅业176东岳硅材60新安股份55江西星火50道康宁40兴发集团34内蒙古恒业成24三友化工20云南能投20恒星科技20中天东方12山东金岭15鲁西化工8总计534资料来源：百川盈孚、国泰君安证券研究合盛 合盛（排除工业硅自供） 东岳 新安 兴发 三友注：对各厂商有机硅相关业务的毛利率进行综合测算，各厂商具体产品结构有所差异；新安化工具备工业硅产能，但未公开用量数据资料来源：企业公告、Wind、国泰君安证券研究图：合盛硅业毛利率持续领先于同行（%

）605040302010002 单体产品同质化，规模效应+工业硅自供构筑成本壁垒14电价是工业硅成本差异的核心来源。电力及还原剂构成工业硅主要成本项，工业硅电力单耗约12000-13000kWh，占成本比重约36%；炭质还原剂具体由石油焦、洗精煤、木炭、木片搭配混合使用，厂商按需调整各还原剂用量，占成本比重约27%。煤、电等能源成本差异将是企业成本优势的主要来源，其中最主要的产区间成本差异在于电力环节，即产区间硅用电价的差异。单耗/t能耗电力/kWh12000-13000原材料硅石/t2.7-3炭质还原剂/t石油焦2-2.2洗精煤木炭木片电极/t0.1-0.13其他,19%电力,

36%电极,8%硅石,10%还原剂,

27%图：电力占工业硅成本比重达36%资料来源：百川盈孚、国泰君安证券研究资料来源：中国有色金属工业协会、百川盈孚、国泰君安证券研究表：工业硅生产电力单耗约12000~13000kWh02 低成本工业硅，难以复刻的资源优势15工业硅产能主要分布在西北及西南地区，西北火电及西南水电成本优势显著。据SMM统计，预计2023年底前五大工业硅产区依次为新疆、云南、四川、内蒙古、甘肃。我们假设除电力以外的成本相同，依据各省份已规划产能分布及相应电价水平，按50%产能利用率进行大致测算得成本曲线，可以看到成本具备竞争力的主要为西北及西南地区省份，其中新疆较云南和四川成本低750~1100元/吨。资料来源：SMM、国泰君安证券研究产量（万吨）新疆青海云南四川资料来源：百川盈孚、国泰君安证券研究图：2023E金属硅产能分布图：国内已规划产能对应产量成本曲线成本（元/吨）新疆38%云南19%四川12%3%宁夏

2%湖南3%福建3%甘肃4%内蒙古9%2%

1%广西

重庆

贵州

其他4%02 低成本工业硅，难以复刻的资源优势16低价电力本是稀缺资源，加之当前已严控新建燃煤自备电厂，现有自备电工业硅牢牢锁定成本曲线最左端。据国泰君安基础化工组《合盛硅业首次覆盖：工业硅景气或超预期，龙头有望量价齐升》测算，合盛自备电不含税成本在0.16元/kWh左右，远低于新疆外购含税电价约0.33元/kWh的水平，以一吨工业硅消耗12000

kWh电测算，自备电可较外购电节省约1568元/吨的生产成本。近年，国家出台多项规范自备电厂建设及运行的政策，2022年6月，生态环境部等七部门印发《减污降碳协同增效实施方案》，再次明确严禁在国家政策允许的领域以外新（扩）建燃煤自备电厂。因而，当前厂商在新疆等地自备电厂生产低成本工业硅，已经构成难以复刻的资源壁垒。表：政策严控新建燃煤自备电厂发布时间政策文件内容2018年3月《燃煤自备电厂规范建设和运行专项治理方案（征求意见稿）》严格控制新建燃煤自备电厂、全面清理违法违规燃煤自备电厂等2021年8月《国家能源局贯彻落实中央生态环境保护督察报告反馈问题整改方案》针对前期政策供给落实不力的问题，明确清理规范燃煤自备电厂建设、规范燃煤自备电厂管理的整改目标及具体措施2021年10月《全国煤电机组改造升级 规范燃煤自备电厂运行，全面清理违法违规燃煤自备电厂，实施方案》 加大自备煤电机组节能减排力度2022年6月《减污降碳协同增效实施方案》严控煤电项目，“十四五”时期严格合理控制煤炭消费增长、“十五五”时期逐步减少。重点削减散煤等非电用煤，严禁在国家政策允许的领域以外新（扩）建燃煤自备电厂资料来源：政府公告、国泰君安证券研究02 低成本工业硅，难以复刻的资源优势17有机硅产品中110胶、107胶等基础胶的产能主要集中在一体化布局的单体厂商之中，然而下游高温胶、室温胶、硅油等格局依旧相对分散，且我国企业在深加工产品的研发及生产上较海外龙头仍有差距。1）高温胶：据ACMI/SAGSI统计，2022年中国HTV产能约为141.40万吨，产量为93.80万吨。主要的生产厂家有合盛、东爵、新安、迈高、东莞新东方等。据天辰新材公开转让说明书，排名前十HTV企业的合计产量占总产量的

50.5%，行业集中度相对较低。2）室温胶：中国RTV生产企业非常分散，仅通过国家权威认证的企业就有百家左右，2022

年行业内生产规模居前的主要企业总产能已达

203.2

万吨，产量为

126.4

万吨。硅宝、回天两家头部厂商市占率均为个位数。3）硅油：2020年中国硅油总产能、产量分别为54.0、40.7万吨。国内从事硅油及其下游产品的公司众多，大多企业直接或间接配套硅油二次加工。表：深加工产品主要厂商HTVRTV硅油LSR硅树脂合盛硅业杭州之江有机硅陶氏（张家港）迈高（深圳）江西新嘉懿新东爵有机硅硅宝科技埃肯有机硅埃肯有机硅江苏三木新安化工回天新材瓦克（张家港）新安化工湖北隆胜四海迈高（深圳）广州白云新安化工东莞正安宿迁同创东莞新东方广州集泰山东东岳广州瑞合常州源恩广东乐普泰陶氏（张家港）浙江溶力深圳森日浙江恒业成山东东岳郑州思蓝德扬州宏远东莞新东方江西大凯正安有机硅广东欧利雅宜昌科林信越有机硅（南通）迈图（南通）湖南贝森山东永安浙江恒业成陶氏（张家港）山东大易江苏明珠湖北通成宁波润禾江苏天辰常州嘉诺资料来源：CAFSI、SAGSI、ACMI、国泰君安证券研究02 深加工产品格局未定1803气凝胶：电池隔热需求驱动规模化19气凝胶是一种低密度纳米多孔非晶态材料，呈连续的三维网络结构，是目前已知导热系数最低、密度最低的固体隔热材料。气凝胶具有纳米多孔结构、低密度、低介电常数、低导热系数、高孔隙率、高比表面积等特点，在保温隔热、吸附分离、吸声隔音、生物医用、光电催化、储能转化等用途中均表现出优异性能，其目前的主流应用即作为隔热材料。气凝胶种类多样，SiO2气凝胶产业化最为成熟。SiO2气凝胶产业链上游主要为有机或无机硅源，中游包括气凝胶材料、制品，下游涉及有保温、隔热、防火等需求的各应用领域。其中，中游制造环节，由于气凝胶的结构力欠缺，通常需要以纤维增强材料作为支撑骨架，制成气凝胶毡、气凝胶板、气凝胶布等制品使用，常见的是以玻纤、陶瓷纤维、预氧丝等为主的介质。传统的油气管道隔热等应用中，最常用的气凝胶产品为气凝胶毡；在电池电芯隔热需求这一新应用中，由于气凝胶毡存在掉粉问题，故需要增加对气凝胶毡的模切封装环节，制成气凝胶隔热片使用。图：气凝胶产业链03 气凝胶材料性能优异，下游应用场景丰富资料来源：IDTechEx、国泰君安证券研究20气凝胶过去主要用于油气管道等领域，未来电池应用或将成为其规模放量的真正驱动。IDTechEx数据显示，2021年油气及工业隔热对二氧化硅气凝胶的需求占总需求量的比例高达74％，仅8％用于交通运输（电池）。至2022年，动力电池对气凝胶的需求占比迅速提升至超30%，并且预计将成为未来气凝胶的主要应用。气凝胶主要用于锂电池电芯间隔热，电池安全强制要求为气凝胶打开广阔空间。在此我们对确定性更强的动力电池用气凝胶隔热片需求进行测算，综合考虑2022年三元电池装车占比37.5%，假设2022年气凝胶主要用于三元，在其中渗透率达80%，得装车渗透率30%，并将2025年保守/中性/乐观情况下渗透率假设为30%/40%/50%。结合单车用量及单价，测算得中性假设下2025年动力电池气凝胶隔热材料需求量有望达1800万平，对应气凝胶基材规模14.4亿元、隔热片规模43.2亿元，2022-2025年CAGR达54%。图：气凝胶需求结构预测（2022-2034）资料来源：IDTechEx20222025E保守中性乐观新能源车销量（万辆）688.7150015001500气凝胶渗透率（%）30%30%40%50%单车用量（平方米）3333基材价格（元/平米）80808080隔热片价格（元/平米）240240240240需求量（万平）620135018002250气凝胶基材规模（亿元）4.9610.8014.4018.00隔热片规模（亿元）14.8832.4043.2054.00表：中性假设下，2025年我国动力电池隔热片需求有望超40亿资料来源：中汽协、中国汽车动力电池产业创新联盟、国泰君安证券研究03 电池隔热硬需求正驱动气凝胶规模化应用21无机硅源+常压干燥有机硅源+超临界干燥项目单位成本（元/m3）成本占比项目单位成本（元/m3）成本占比原辅料原辅料去离子水0.160.00%硝酸（60%）1.900.02%水玻璃393.877.29%硫酸（98%）0.330.00%硫酸（98%）10.800.20%液碱（30%）1.790.02%烷烃（99%）91.681.70%正硅酸乙酯（工业级）4665.6049.10%改性剂（硅氧烷类）700.5612.96%乙醇（95%）0.000.00%玻璃纤维1452.8226.88%玻纤基层1452.8215.29%无水乙醇213.763.95%二氧化碳10.370.11%烷胺（99%）1291.3213.59%人工/折旧/能源人工/折旧/能源人工720.0013.32%人工518.405.46%折旧1223.6322.64%折旧902.009.49%电力75.601.40%电力336.003.54%蒸汽520.009.62%蒸汽300.003.16%水2.060.04%水21.600.23%合计5404.92100.00%合计9502.13100.00%资料来源：宏柏新材环评、纳诺科技环评、百川盈孚、盖德化工网、国泰君安证券研究注：已考虑原辅料等的回用，测算采用年新投入量；未考虑自供原辅料或能源的情况，测算价格采用市场价；对两个项目的玻纤用量取平均值进行统一短期来看，电池安全的强制要求以及电车的体积焦虑，使得气凝胶成为“必选项”，推动气凝胶的规模化进程。而往后看，气凝胶在其作为“可选项”的众多潜在应用场景中的替代能力如何，将由其降本程度决定。这里我们可以分两个阶段来看气凝胶的降本潜力：1）工艺优化：当前主流的有机硅源+超临界干燥工艺在市场竞争的推动下持续优化。2）技术迭代：若无机硅源+常压干燥工艺路线实现突破，有望打开大幅降本空间。表：气凝胶经历工艺优化+技术迭代后的理论成本有望降至5405元/吨03 工艺优化+技术迭代降本潜力巨大，有望逐阶打开潜在替换场景2204高纯石英砂：原矿资源+提纯工艺高壁垒23高纯石英是指SiO2质量分数高于99.9%的石英，其主要由天然水晶、石英砂岩、脉石英等经过加工提纯，或者化学合成而制得。高纯石英独特的晶体结构和晶格特征使其具有优异的光学特性、耐腐蚀性、耐高温性、高绝缘性，广泛应用于半导体、光伏、光纤等行业。用于半导体、光伏的4N5以上产品国产化仍在路上。高纯石英砂从中低端到高端一般应用路径为光源行业(2N~4N)、高端光学器件、激光器件(4N以上)到半导体、光伏、光纤通信、微电子等领域(4N5~6N)。我国在3N~4N中低端产品上已完成国产化，而4N5以上产品受制于矿石原料品级以及提纯技术，仅个别头部厂商具备生产能力。国内厂商在光伏用高纯石英砂上已实现突破，国产化率逐步提升，而应用于半导体的产品技术壁垒更高，且受限于长周期的验证工作，仍基本从国外进口。高纯石英分类高端产品中高端产品中端产品低端产品SiO2纯度w(SiO2)≥99.998%,

4N8w(SiO2)≥99.995%,

4N5w(SiO2)≥99.99%,

4Nw(SiO2)≥99.9%,

3N杂质含量 ≤20×10-6 ≤50×10-6 ≤100×10-6 ≤1

000×10-6粒度大小 40～80目、80～140目、100～200目

、80～300目等技术现状国内石英股份可量产，多数仍从美国、挪威等进口基本国产化 国产化 国产化矿石原料品级A级矿优质矿或优质原料B级矿上等矿或上等原料C级矿中等矿或中等原料D级矿下等矿或下等原料资料来源：《高纯石英的概念及其原料品级划分》、国泰君安证券研究图：中低端产品国产化充分，半导体、光伏用高端产品仍依赖进口04 原矿资源+提纯工艺高壁垒，高度集中的格局难以撼动24稀缺的优质原矿资源是根本。高纯石英技术包括原料选择、提纯工艺、加工装备和质量检测等四个方面，是既相互独立又相互联系和制约的技术整体，其中以高纯石英原料的识别、评价与选择最为关键。全球优质矿源稀缺，海外厂商尤尼明、TQC的矿源均主要来自美国斯普鲁斯派恩矿，该矿床规模最大且品级最为优质。而我国

4N8

高纯石英高端产品未能国产化的根本原因，即迄今还没有找到能够稳定满足工业生产需要的优质原矿。弥补“先天不足”的提纯工艺复杂，壁垒极高。矿源品质不足，则对厂商提纯工艺要求更高。不同行业对高纯石英有着不同的质量要求，高纯石英的质量与杂质含量并不是简单的线性关系，而是取决于其杂质的工艺矿物学特征，提纯工艺需适配杂质特征。多年的商业化实践证明，提纯工艺的突破并非易事，国内至今仅石英股份能够生产符合光伏内层砂要求的4N8产品，高度集中的行业格局短期难以撼动。资料来源：《全球高纯石英原料矿的资源分布与开发现状》图：高纯石英原料矿床稀缺表：高纯石英砂格局集中，仅少数厂商具备供应能力数据来源：国泰君安建材组《建材行业2023年年度策略报告》公司名称主要产品产能（可供国内）应用领域 地域尤尼明石英、长石、正长岩、橄榄石、碳酸钙、粘土、高岭土石灰石和ITOA系高纯石英砂产品等1.5万吨左右（2022年）半导体（广泛）、

国外光源、光伏等挪威TQC高纯石英砂等1万吨左右（2022年）半导体、光伏及电光源领域国外高纯石英砂、石英管（棒）石英股份

大口径适应扩散管、石英坩埚、各种石英器件等3.3万吨左右（2022年）高端电光源石英半导体领域应用较少管、光伏等领域，

国内04 原矿资源+提纯工艺高壁垒，高度集中的格局难以撼动25面对提纯法高纯石英砂供应所面临的种种瓶颈，已有部分企业开启对合成高纯石英砂的探索。合成高纯石英的技术路线多样，与其他合成二氧化硅粉体常见的合成工艺原理类似，但如何在规模化生产中实现对纯度的极致要求，同时保证合理的成本区间，可能仍然存在较多技术难点需要攻克。合成高纯石英的制备实际仍主要处于实验室阶段，由研发、小试、中试、小批量试生产到商业化量产的过程仍有较大不确定性，其产业化进展有待后续的持续跟踪。工艺原理反应式优缺点采用硅或有机硅的氯化物（如SiCl4或CH3SiCl3等）生产流程简单，合成条件易控制，反应速度快，适合大规模生产。气相合成法原料，将其气化后与氢气、氧气混合，在高温下发生水解形成雾状的SiO2，最后通过冷却、分离、脱过程中需要高温环境，反应生成的HCl会严重腐蚀设备，因此对生产设备的材质、加热形式等要求比较严格；耗能大，加工成本较高。酸等气固分离得到产品。化学沉淀法采用硅酸钠与二氧化碳或酸溶液（加盐酸、硫酸或硝酸）作为原料，在一定的合成温度和表面活性剂的作用下混合反应，得到偏硅酸沉淀，再经过滤、洗涤、干燥、煅烧工序制备出SiO2。操作方便，生产流程简单，原料易得，能耗和投资低。Fe3+、Al3+、Ca2+等杂质的存在会促成凝块的形成，严重影响产品的质量，导致产品性能差、纯度低、粒径大，易发生团聚；反应体系的浓度较低、沉淀速度快、沉淀过程不易控制的缺点；存在废酸、废水的处理问题。溶胶-凝胶法以无机盐或者金属醇盐（一般为硅酸乙酯）为原料，以醇作为共溶剂，加入酸或碱溶液作为催化剂，进行水解，缩聚反应形成

SiO2凝胶，过滤并对凝胶中的有机溶剂进行洗涤，干燥、煅烧得到SiO2粉体。生产流程简单，合成条件易控制，对设备材料的要求不严格，且过程中无其他添加剂，所以制备出的SiO2纯度较高、均匀度好、比表面积大。成本较高，生产周期长，工业化价值不大；可变因素较多，不能达到准确控制（如水解体系、干燥方式及烧结途径等），目前只停留在实验室小试阶段。四氯化硅液相水解法是SiCl4与纯水接触发生水解或缩聚反应，之后将反应产物经洗涤、过滤、干燥、煅烧、筛选等流程，制备SiO2

粉体。制备得到SiO2粉体纯度较高、羟基含量较低。四氯化硅与水发生的水解和缩聚反应剧烈，中间过程难以管控，粉体易团聚，形成的石英粉致密度较低。资料来源：《高纯合成石英的制备技术和应用》、《气凝胶材料的研究进展》、国泰君安证券研究表：合成高纯石英技术路线多样，与其他合成二氧化硅粉体常见的合成工艺原理类似04 合成法存多种工艺可能性，商业化量产仍需时日26高纯石英砂2024年预计延续紧缺态势。我们估算海外龙头尤尼明及TQC对于中国出口高纯砂规模22-23年保持2.4-2.5万吨基本不变，2024年可能会新增产能1.2万吨（目前看大概率实现不了这个体量）。而国内供给除了石英股份外，基本没有确定性的增量。据CPIA数据，判断2023年光伏装机规模达到330-360GW，同比可能继续保持30%以上的增长。以此估算高纯石英砂市场供需缺口可能将从2022年的1.1万吨扩大至2023年的1.7万吨，至2024年仍然紧缺，但缺口或有所收窄。高纯石英砂的短缺将直接导致石英坩埚的产量受限，进而影响下游的拉晶数量，高纯石英砂及石英坩埚可能将成为产业链卡脖子环节。202020212022E2023E2024E表：2019-2024年全球高纯石英砂供需平衡分析表供需平衡表 2019需求端全球光伏装机（GW）115138170240330400容配比+损耗1.31.31.31.31.31.3硅片需求量（GW）1501792213124135201GW

需要单晶炉（台）808080808080对应单晶炉（台）11960143521768024960330004160036

英寸及以上石英坩埚占比10%18%35%45%50%60%36

英寸以下石英坩埚占比90%82%65%55%50%40%36

英寸及以上坩埚使用寿命(小时)40040040039539038536

英寸以下坩埚使用寿命(小时)350350350345340335坩埚使用寿命（小时）355359368368365365需求坩埚总量（个）29431734924542027959333578983099566536

英寸及以上每个坩埚消耗石英砂（吨）0.100.100.100.100.110.1136

英寸以下每个坩埚消耗石英砂（吨）0.080.080.080.090.090.09每个坩埚消耗石英砂（吨）0.080.080.090.090.100.10损耗率0.800.800.800.800.800.80高纯石英砂需求量（万吨）3.03.64.67.09.912.7供给端尤尼明和

TQC（内层）2.42.42.42.42.43.6石英股份0.50.71.4358其他0.300.300.500.800.80缺口-1.1-1.7-0.3资料来源：国泰君安建材组《建材行业2023年年度策略报告》04 供需展望：2024年预计延续紧缺态势2705多种二氧化硅粉体：关注中高端产品国产替代2829二氧化硅可分为天然二氧化硅和合成二氧化硅两类。（1）

天然二氧化硅主要是由高品位硅矿石经过机械粉碎等物理方法加工形成的超细粉体，通常为石英粉或硅微粉。硅微粉是以结晶石英、熔融石英等为原料，经研磨、精密分级、除杂等多道工艺加工而成的二氧化硅粉体材料，具有高耐热、高绝缘、低线性膨胀系数和导热性好等性能。（2）

合成二氧化硅是一种无定形的合成氧化硅粉体材料，虽然其结构和炭黑不同，但应用性能与炭黑相似，且外观呈白色，因此习惯上称之为“白炭黑”。合成二氧化硅按制造方法分类，主要分为气相法二氧化硅（SiO2无水二氧化硅）和液相法二氧化硅（SiO2·nH2O水合二氧化硅），其中液相法根据酸性/碱性条件差异可进一步分为凝胶法和沉淀法。合成二氧化硅常态下为白色絮状粉末，物理性质为耐高温、不燃、无毒、无味、具有良好的电绝缘性，因而广泛地应用于橡胶、塑料、涂料、胶粘剂、密封胶、绝热保温材料等领域。二氧化硅合成二氧化硅天然二氧化硅气相法二氧化硅硅微粉沉淀法二氧化硅液相法二氧化硅凝胶法二氧化硅资料来源：汇富纳米招股书、凌玮科技招股书、国泰君安证券研究图：几种二氧化硅粉体材料分类05 二氧化硅粉体材料种类多样30二氧化硅粉体材料间存在共性，同时根据产品特性各有侧重应用。几种二氧化硅粉体有其作为二氧化硅材料的共性，例如稳定性、补强性，均可用作填料补强。同时，各类粉体中不同级别的产品，针对各应用领域发挥特性，例如，气相二氧化硅在纯度/比表面积/粒径方面均较优，主要应用于硅橡胶补强；沉淀法二氧化硅产品多数相对低端，主要作为化工填料应用于橡胶、轮胎等补强，以及应用于饲料作为载体等，性能更优的产品可用于牙膏摩擦剂；凝胶法二氧化硅相较于沉淀法来说，粒径更小、比表面积更大、结构更紧密，应用于性能要求较高的领域，例如作为消光剂、吸附剂应用于涂料、油墨等。普通硅微粉可用于涂料或人造石材填料，电子级可用于芯片封装的环氧塑封料等。资料来源：汇富纳米招股书、凌玮科技招股书、联瑞新材招股书、国泰君安证券研究合成二氧化硅气相法二氧化硅通常采用硅的卤化物（主要

纯度≥99.8%

、含水量通常低于2%，不是一甲基三氯硅烷和四氯化

含结晶水，属于无水二氧化硅，比表面硅），通过氢氧高温燃烧水

积通常为100-400m2/g，干燥减量低，粒子粒径在7-40nm之间广泛应用于有机硅行业（以硅增稠性、触变性

胶体电池、医药、化妆品、食

品橡胶为主）、油墨涂料、合成

生产设备投入大，制

在特定的应用范围内，气树脂、胶粘剂、化学机械抛光

备工艺复杂，产品价

相法二氧化硅地位稳固，解制备，反应在气相中进行

表面含有高活性硅羟基，二氧化硅原生

稳定性、补强性

、复合材料、绝热保温材料、

格整体高于液相法产

市场份额基本稳定液相法沉淀法二氧化硅

等优越，

应用于

品等众多领域 通常采用硅酸钠、浓硫酸，

纯度≥

98

%、含水量4

-

8

%、灼烧减量不同领域时对产生产流程易于控制，

与橡胶行业发展密切相关在液相碱性条件下进行合成

≤7%，比表面积50

-250

m2/g，一次粒

品的性能要求各

轮胎、制鞋、饲料、橡胶、涂

产品价格较低（涂料

近年来涂料、牙膏等领域后经压滤洗涤、干燥、粉碎

子50-

100

nm左右、二次凝集粒子硬度

有侧重（

通用指

料及牙膏等行业 级、食品级、牙膏级

需求增长凝胶法二氧化硅粉碎制成制成 较软、凝集性较小（易散开） 标主要包括比表 相对价格较高）通常采用硅酸钠、浓硫酸，

纯度≥

98

%、含水量4

-

8

%、灼烧减量面积、粒径、孔在液相酸性条件下进行合成

≤

7%，比表面积通常为250-

900

m2/g

容、吸油值等）

涂料、油墨、塑料、金属防腐

生产流程难于控制，

增长较快，广泛应用于涂后经老化、压滤洗涤、干燥

二氧化硅原级粒子10-50nm左右、二次

、高温保温隔热、电池涂覆板

产品价格相对较高

料、塑料、彩钢板、隔热天然二氧化硅硅微粉工艺加工而成、线性膨胀系数0.5-14×10-6

1/k、热传

导热性好导率1.1-12.6W/(m·K)凝集粒子硬度较硬、凝集性较大（不易

等

保温材料等行业散）密度2

.

2

-

2

.65

×

103kg/m³、莫氏硬度 可分为普通级、电工级、电子以结晶石英、熔融石英等为

6.5-7、介电常数3.88-4.65（1MHz） 高耐热、高绝缘

级，应用于覆铜板、环氧塑封

不同应用的产品工艺

电子领域需求预计增长较原料，经研磨/

分级/

除杂等

、介质损耗0.0002-0.0018（1MHz） 低线性膨胀系数

料、电工绝缘、胶粘剂、陶瓷

难度及价格跨度较大

快，对产品的结构和成分、涂料、高级建材(人造石材)

提出更高要求等表：几种二氧化硅粉体特征比较材料 原料及制造方法 相关技术指标 主要性能 应用领域 成本因素及价格 发展趋势05 材料间存在共性用途，亦各有侧重应用31不同应用领域所关注的性能指标存在差异，厂商需通过配方和工艺控制理化指标组合，生产出适用于不同下游的产品。资料来源：凌玮科技招股书、国泰君安证券研究表：各行业二氧化硅要求标准表：纳米二氧化硅的用途及应用领域序号用途下游应用领域1补强剂、填充剂橡胶、轮胎、制鞋2载体、填充剂饲料添加剂、农药、医药3消光剂、增稠剂、防沉剂涂料、油墨4填充剂造纸5摩擦剂、增稠剂牙膏6绝缘体锂电池7催化剂载体炼油化工8开口剂、防黏剂塑料化工9吸附剂数码10除锈颜料金属防腐11抛光剂芯片晶圆抛光12保温隔热材料航空航天、石油管道13澄清剂食品标准编号标准名称发布部门实施日期状态HG2791-1996食品添加剂二氧化硅化学工业部1997-01-01现行HG/T

3061-2009SJ/T

10675-2002 电子及电器工业用 信息产业部2003-03-01现行橡胶配合剂2010-06-01现行GB25576-2010 食品添加剂 卫生部2011-02-21现行二氧化硅微粉沉淀水合二氧化硅工业和信息化部二氧化硅国家质量监督检验检疫总局、中国国家标准化管理委员会GB/T

20020-2013 气相二氧化硅HG/T

4526-2013

消光用二氧化硅工业和信息化部QB/T

2346-2015口腔清洁护理用品牙膏用二氧化硅工业和信息化部GB/T

32678-2016橡胶配合剂高分散

国家质量监督检验检疫总局、沉淀水合二氧化硅 中国国家标准化管理委员会2014-01-31

现行2014-03-01

现行2015-10-01

现行2017-01-01

现行05 材料间存在共性用途，亦各有侧重应用32气相法二氧化硅：2021

年我国消费总量约为

11.31

万吨，其中有机硅领域的消费量为

7.76

万吨。气相二氧化硅主要用作有机硅弹性体的补强剂，目前其在硅橡胶领域的使用量占其总消费量的60%以上。沉淀法二氧化硅（凝胶法未单独划分）：2021年我国消费量为140万吨，主要应用于橡胶工业，2021年我国轮胎、鞋类及其他橡胶制品领域消费的二氧化硅占比达77%，牙套、涂料等高附加值应用领域消费占比较低。硅微粉：2018年我国需求超250万吨，产品等级多样，生产和应用均较为分散。生产相对集中、壁垒较高的主要为电子级硅微粉，应用于覆铜板、环氧塑封料等，需求占比约14%。图：2021年我国气相二氧化硅消费结构2018年 2025年E下游应用 具体用途 用量 规模 用量 规模行业举例（万吨）（亿元）（万吨）（亿元）系数和热传导率等物理特性减少开裂现象等等性能覆铜板 填充改善印刷电路板的线性膨胀 24.5310.4137.5933.30环氧塑封料 增大导热系数，提高机械强度， 8.003.4021.068.94PCB线路板 制造过程辅料 3.121.334.411.88蜂窝陶瓷 降低膨胀性和提高强度,高耐热 0.610.791.692.11涂料 可部分替代涂料中的颜料钛白粉 35.2014.9461.4826.10高级建材人造大理石的填充材料180.0037.88645.44135.83合计251.4668.75771.67208.16注：该测算仅为国内部分硅微粉应用领域的市场测算资料来源：联瑞新材招股书、国泰君安证券研究表：我国硅微粉市场需求测算图：2021年我国沉淀法二氧化硅消费结构资料来源：ACMI/SAGSI、国泰君安证券研究资料来源：中国橡胶工业协会、国泰君安证券研究68.7%7.2%5.8%4.8%5.0%8.50%有机硅（含硅橡胶等） 涂料、油墨胶粘剂 合成树脂化学机械抛光（CMP） 其他37.1%28.9%

10.7%10.4%3.2%3.1%6.6%鞋类涂料其他橡胶制品牙膏轮胎兽药饲料其他05 材料间存在共性用途，亦各有侧重应用33气相二氧化硅产品单价较高，液相法二氧化硅、硅微粉产品中不同应用领域的产品价格跨度均较大。资料来源：企业公告、国泰君安证券研究20162017201820192020202120222016201720182019202020212022气相法二氧化硅液相法二氧化硅（中低端产品）汇富纳米确成股份亲水型气相二氧化硅---22700171002500030900橡胶工业用高分散二氧化硅-6025615861215806--疏水型气相二氧化硅---43500455005430066700橡胶工业用传统型二氧化硅-4550476346184432--液相法二氧化硅（中高端产品）饲料添加剂二氧化硅-4863516348444712--凌玮科技新纳科技（主要用于轮胎/制鞋/硅橡胶）消光剂---16131160311613717182二氧化硅----458151195690吸附剂---14253142311571216594远翔新材（主要用于硅橡胶）开口剂---20629202672335026284通用型二氧化硅（YX-8系列为例）---591556736456-防锈颜料---28350291422895727468高透型二氧化硅（YX-9系列为例）---772577118507-硅微粉金三江（主要用于牙膏）联瑞新材摩擦型二氧化硅--108821014710056--结晶硅微粉179418701972193919162015-增稠型二氧化硅--831784247867--熔融硅微粉457645764766494248864793-综合型二氧化硅--661462836266--球形硅微粉12792123041250113602128851356814862表：二氧化硅粉体材料单价比较（元/吨）注：凌玮科技、确成股份、汇富纳米最近年份数据为1-6月数据05 由价格直观地观察产品差异34气相法二氧化硅：制造工艺复杂、难度高，产品较为高端。其使用硅的卤化物（主要是一甲基三氯硅烷或四氯化硅）通过在氢氧火焰中高温水解，生成带有表面羟基的无定形的纳米级颗粒。液相法二氧化硅：凝胶法具备较高工艺壁垒，核心工序在于合成反应。依据反应条件（酸性/碱性）差异分为沉淀法和凝胶法白炭黑，沉淀法工艺相对凝胶法工艺更易操作，生产过程可控性高，易实现工业化生产，但不易制备粒径较小的纳米颗粒。凝胶法制备的产品形貌较均匀，各项化学性质稳定，但不易大型生产。合成反应是核心工序，其通过控制反应过程的物料浓度、加料先后比例关系、ph值、温度、反应速度、搅拌等条件，得到不同比表面积、粒径、形态、结构以及孔隙度的产品。此外，部分中高端产品还涉及粒子的表面处理。图：气相二氧化硅（亲水型）生产工艺流程图：液相法二氧化硅生产工艺流程05 工艺：气相法工艺复杂，液相法之中凝胶法壁垒较高资料来源：汇富纳米招股书、新纳科技招股书、国泰君安证券研究35硅微粉：工艺难度主要在于球形粉制造的球化环节。依据形态可分为角形粉和球形粉，角形硅微粉依据原料（结晶/熔融石英）可分为结晶硅微粉、熔融硅微粉，球形硅微粉通过熔融硅微粉经过球化制得。硅微粉价值量的提升主要来源于球化过程，厂商需要攻