石英材料行業專題報告1.石英玻璃—高新技術領域關鍵原材料石英玻璃是應用日益廣泛的高新技術材料。石英玻璃的成分為二氧化硅（SiO2），具有透光性高，耐溫性好，膨脹系數低等優越的物化性質，因此被廣泛應用于半導體、光伏、光學、光纖和軍工等高新技術領域。石英玻璃已成為近代科學技術和現代工業不可或缺的重要材料。新材料領域的專家們把石英玻璃稱為“玻璃王”，無論從制造的高指標或工藝的復雜性，還是應用場合的技術難度來看，石英玻璃堪稱玻璃材料的“皇冠”。1.1石英玻璃材料及制品物化性質優越，應用領域廣泛石英玻璃的力學、熱學、光學和化學性能優越，在半導體、光學、光纖、光伏、電光源以及航空航天等領域應用廣泛。石英玻璃是由二氧化硅單一組分構成的工業技術玻璃，由于二氧化硅為原子晶體，Si-O間是共價鍵，所以石英玻璃耐溫性強且化學性質穩定；Si-O間化學鍵能大且結構緊密，使得石英玻璃具有良好的機械性能，耐壓力強；此外石英玻璃具有較小的密度，再加上石英玻璃的微觀結構是由二氧化硅四面結構體結構單元組成的單純網絡，短程有序，長程無序，使得其光學性能優良且介電強度高。憑借優越的物化性質，石英玻璃廣泛應用于包括半導體、光纖、光學、光伏、電光源以及航空航天等諸多高新技術領域。1）半導體（占比約65%）：石英制品是重要的半導體耗材，用于半導體加工全過程。石英玻璃內二氧化硅純度高，化學性質穩定，不與除氫氟酸和磷酸外的任何酸反應，充分滿足半導體制造過程中需要抗高溫、變形性能強、不活潑的材料作為晶圓承載和清洗等容器的要求，被廣泛運用于半導體生產過程。此外，由于石英玻璃折射率低，耐溫性強，能夠滿足掩膜版對于基版材料光學透過率高，熱膨脹率低的要求，是高精度玻璃掩膜版的重要材料。2）光纖（占比約14%）：石英玻璃材料是生產光纖預制棒和光纖拉絲過程中主要的消耗材料。石英玻璃的折射率極低，吸光系數小并且透光波段范圍寬，而光纖作為以全內反射原理傳輸的光傳導工具，對折射率有極高的要求，因此石英玻璃被大量應用于光纖制造，主要產品有預制棒、爐芯管、石英管等。3）光學（占比約10%）：石英玻璃構成的部件是光學儀器中的關鍵性元件。透明石英玻璃的光學性能好，折射率低，可以滿足185-3500mμ波段范圍內任意透光波段，因此既可以作為光學儀器的透紫外材料也可以作為透紅外材料，主要產品為制造攝譜儀、紅外照相機、棱鏡以及透鏡。同時，石英玻璃具有很強的熱穩定性，數值在800~1000℃之間，光學石英玻璃還廣泛應用于高空高溫照相，比如：高溫作業窺視窗口、高精度測距儀以及大型天文望遠鏡。4）光伏（占比約7%）：光伏領域生產加工環節中，石英玻璃制品為硬性耗材。石英玻璃所制造的石英坩堝憑借潔凈、同質和耐高溫的性能，一般作為熔融多晶硅料的盛裝器具，用于后續拉制單晶硅棒/多晶硅錠的過程，是生產過程中的主要耗材。隨著新能源產業的強勁發展，中國光伏產業規模不斷壯大，天然石英產品尤其是石英坩堝產品的市場需求不斷擴大。5）電光源（占比約4%）：在電光源領域，石英玻璃電光源產品在家居、醫療、交通、娛樂等行業應用廣泛。汽車照明用的氙燈，衛生消毒用的紫外線殺菌燈以及娛樂場所用的金屬鹵化物燈，都采用石英玻璃作為照明器具。6）軍工：在航空航天領域，石英玻璃制品為宇宙飛船和航天飛機的核心元件。石英玻璃的密度小，抗壓能力強且光學性能好，滿足太空窗口材料濾紫外耐輻射的要求，避免高能射線照射下形成“色心”，被廣泛應用于衛星及宇宙飛船，耐輻照的石英玻璃可以有效控制航天器姿態，高強度抗輻照玻璃蓋片能為宇宙飛船的太陽能電池能源系統提供有效保護，此外，石英玻璃纖維隔熱性能優良，介電性能好，被廣泛用于機載天線罩用復合材料中。1.2石英產業鏈集中度較高，海外企業占主導完整的石英玻璃制品產業鏈包含從高純石英砂原料到下游應用領域的全過程：高純石英砂—石英玻璃材料—石英玻璃制品—下游應用領域。石英產業是以二氧化硅為主要原材料成分的材料及制品行業。產業鏈中，上游為高純石英砂生產及供應。現階段，由于高純石英砂的生產與高品質礦源密切相關，產業內主要被背靠高品質石英礦的海外企業壟斷，主要參與者包括尤尼明、挪威TQC等，國內石高純英砂龍頭生產廠家為石英股份。中游石英玻璃材料一般會以錠、筒、棒、管等形態保存，目前產業內主要競爭者包括國外的邁圖、賀利氏、東曹、昆希、以及國內的菲利華、石英股份等；下游的石英制品是以石英玻璃為材料制成的一系列器件，包括石英舟、鐘罩、坩鍋等，其對生產技術人員和生產設備要求高，國內石英制品加工企業技術與外資企業仍有差距，賀利氏信越、杭州大和、沈陽漢科、泰谷諾等外資企業占據主要市場份額，國內石英制品加工企業主要有凱德石英，菲利華石創、東科石英以及強華股份等；石英制品下游客戶主要包括半導體設備商和晶圓制造商、光伏石英坩堝制造商、光伏硅片制造廠商、以及光學、光纖、軍工和電光源領域相關生產廠商，其中半導體市場為主要應用市場。2.上游：高純石英砂資源屬性強，呈寡頭競爭格局2.1高純石英砂是上游原材料，產品純度決定其應用領域高純石英砂是石英玻璃制備關鍵原材料，產品純度標準決定其應用領域。高純石英砂是指Si含量大于99.9%，Fe2O3含量小于0.0001%、Al2O3含量小于0.01%的石英砂。按照純度指標高純石英砂可分為3N（低端）、4N（中端）、4N8（高端）、5N2（超純）、6N（高純SiCl4），純度決定其應用領域。半導體：6N的SiCl4用來制作光掩模基板，5N2砂可制硅生長坩堝，4N和4N8砂可制硅片氧化、擴散等用的石英材料；光纖：6N的SiCl4用于制備芯棒，4N8和4N砂可制沉積環節的種子棒與預制棒燒結的爐芯管；光伏：4N8砂可制硅生長坩堝，4N砂可制光伏電池擴散等用石英材料；光源：4N8和4N砂可制特種、汽車燈和紅外光源用石英材料；軍工與航空航天：6N的SiCl4可制對精度要求極高的傳感器，4N砂可以生產石英纖維；光學：6N的SiCl4制玻璃可作光刻鏡頭，激光陀螺等高端產品，4N、4N8砂可用來制作鍍膜錠等產品。2.2礦物提純是主流制備工藝，礦物質量和晶格除雜是關鍵高純石英砂的制備工藝根據天然和合成可以分為礦物提純和四氯化硅合成兩種方式，受制于原料儲量和成本，當前礦物提純為主要制備工藝。天然高純石英砂可以通過天然水晶經過粉碎-磁選-浮選-酸浸-干燥-焙燒傳統工藝得到，也可以通過花崗偉晶巖、脈石英巖等在改進傳統工藝環節的基礎上增加絡合和氯化煅燒等過程除去包裹體和晶格內的雜質深度提純獲得。合成四氯化硅制備通過光反應提高四氯化硅雜質的沸點，再通過精餾除雜制備。由于天然水晶的儲量小且原料價格高，合成四氯化硅的制備成本高，難以大規模生產，因此，石英礦物提純加工是當前高純石英砂的主要制備方法。天然高純石英砂制備采用物理和化學提純相結合的方法，礦石質量和晶格除雜工藝是產品質量決定因素。制備過程包括粗選-破碎-水淬-粉碎-磁選-分級-焙燒-水碎-浮選-去離子水洗-干燥-酸浸等12個步驟。石英礦物提純工藝流程較為復雜，礦石質量和晶格除雜工藝是產品質量的決定性因素。礦石質量：礦石中不同礦物包裹體、流體包裹體和晶格雜質含量決定了石英礦提純和加工后的高純石英砂最終質量。根據不同成礦特性和理化特性，石英巖可分為花崗偉晶巖、脈石英巖、石英巖和石英砂巖，其中，前兩類巖石晶粒結晶粒度粗，易于單體解離，是中高端高純石英砂的理想原料。目前認為，原料評價應當以化學成分、嵌布粒度、脈石礦物、包裹體和晶格雜質作為關鍵指標綜合評價，當石英原料在5個指標中有3個及以上達到A級時，可以推薦為高純石英原料。根據中國粉體網數據，當前，全球高純石英原料礦床分布于美國、挪威、澳大利亞、俄羅斯、印度、加拿大、中國等7個國家，除中國外有14處礦床，其中尚未開采的有7處，礦源質量最高和儲量最大的為美國SprucePine礦。深度綁定高品質礦石資源是行業內企業競爭關鍵。晶格除雜：石英礦物中的Al離子和Fe離子容易替代石英晶格中的硅離子，形成新的鋁氧四面體和氧鐵四面體，同時造成晶格內部電荷缺陷而引入K、Na、Li、H等電荷補償雜質，該種雜質需要改變晶格結構才能得以去除，因此，晶格除雜為高純石英砂加工過程中難以突破的瓶頸。中國目前試圖通過氯氣、氯化氫與礦物反應，高溫焙燒改變石英晶體結構達到除雜效果，但是受制于溫度和酸浸參數，中國氯化焙燒處理能力仍處于較弱水平。尤尼明礦石的液體包裹體小于5個/cm2，中國則達到15個/cm2，通過高溫焙燒對Al和Fe的去除率分別能夠達到96.7%和87.7%，在確定起始溫度、焙燒時間、酸濃度及反應時間方面，仍有待一步突破。高純四氯化硅制備以光化和精餾結合工藝為主，除雜環節成本高昂是中國企業技術路線的“卡脖子”環節，三孚股份率先實現技術突破。目前工業界采用光化與精餾結合的方式制備高純四氯化硅，具體工藝流程如下：（1）光化反應：利用光照條件將氯分子解離為氯自由基，取代三氯氫硅及其它含有氫雜質含氯化合物上的氫原子，得到HCl、SiCl4和其他含氫化合物。光化反應對去除三氯氫硅雜質極為有效，可以將某些雜質轉化為沸點更高的雜質；（2）精餾：主要根據四氯化硅與各種雜質沸點不同來實現分離，可以將SiCl4中的低沸點組分和高沸點組分分離出來，但是AlCl3，FeCl3等極性重金屬氯化物有可能形成配合物，揮發度同四氯化硅相近，精餾法不能達到理想效果。此類雜質可用吸附法進一步提純，但是活化處理十分繁雜且費用高，給除雜帶來困難，雜質吸附環節是技術路線中關鍵成本環節。近年隨著國內精餾技術的提升，三孚股份率先完成技術突破，產品達到9N級別，實現對原材料要求較為苛刻的PCVD芯棒生產工藝的規模化供應，初步完成進口替代。目前公司3萬噸高純四氯化硅產能已全部投產，國產化進程加速。2.2光伏石英砂需求旺盛，供給持續緊張，行業景氣高企我們預計到2024年，全球光伏用高純石英砂市場空間有望達9.15萬噸，21-24年CAGR達到27.3%。在光伏領域，高純石英砂主要用來制作拉制單晶硅棒的石英坩堝。在全球“雙碳”目標和光伏發電成本不斷下降的雙重驅動下，全球光伏裝機量迎來高增長。根據新增光伏裝機量，硅片生長爐工作時間及產能，石英坩堝平均使用壽命，可以測算出高純石英砂的需求量。我們作出如下假設：（1）全球硅片產量：我們預測，21-24年全球新增光伏裝機量為240、300、350GW。在制備組件/電池片/切片過程中的良品率分別為99%/98%/99%，新增裝機量和硅片產量比例大概為1：1.25，21-24年光伏硅片產量預計為299、373、435GW。（2）生長爐產能：根據國內技術與規模雙領先的光伏設備供應商晶盛機電晶體生長設備的收入和銷量，可以計算出生長爐的單價為218.5萬元。又根據隆基股份公告，1GW硅片產能約需要2億元晶硅生長爐。由此可得，晶體生長爐的產能約為10.9MW/臺/年，假設行業平均晶體生產爐產能為10MW/臺/年。隨著生長爐設備企業研發的持續投入與技術的不斷突破，預計單臺設備產能22-24年增長為0.8、1、1MW/臺/年，21-24年單臺生長爐產能為：10/10.8/11.8/12.8MW/臺/年。（3）生長爐工作時間：隨著光伏領域制造設備的不斷改進，高控制精度全自動晶體生長爐的普及，已經可以實現全過程計算機控制自動生長，延長了設備的工作時間。因此，我們假設22-24年每臺生長爐工作時長為7750、8000、8200h。（4）石英坩堝壽命：由于光伏行業對于石英坩堝的純度、潔凈度、精度具有嚴格標準，同時大硅片的演進也使得石英坩堝工藝技術一直向“高純度、大尺寸、低成本、長壽命”

方向發展。根據晶盛機電和歐晶科技的公告，我們假設21年坩堝平均壽命為350小時，隨著坩堝壽命的不斷提升，我們假設22-24年坩堝使用壽命為360、380、400h。（5）中國硅片產量占全球比例：根據CPIA數據，中國硅片產量的全球份額不斷提升，從2018年的93.04%增長至2021年的99.23%。隨著全球光伏硅片龍頭企業隆基、中環等持續擴產，我們預計中國光伏硅片產量占全球比例將進一步提升，22-25年均維持在99.5%。綜上，我們預計21-24年，全球的光伏用高純石英砂需求為4.43/6.31/8.07/9.15萬噸。我們預計22-24年市場供給約5.5/7.5/8.9萬噸，供給偏緊，未來三年仍有0.81、0.57、0.25萬噸的缺口，景氣度將持續，隨著產能釋放，預計25年開始供給將逐步寬松。2.4海外企業高度壟斷市場，中國企業快速崛起高純石英砂市場被美國尤尼明長期壟斷，國內僅石英股份可規模量產。尤尼明擁有美國北卡羅萊納州SprucePine地區花崗質偉晶巖原礦，儲量超過1000萬噸，是全球最理想的高純石英砂提純礦石，其還掌握先進的提純工藝，能夠運用數學模型驗證礦體，保證產品穩定供給，因此，長期處于壟斷地位，占據全球70%以上的高純石英砂市場。挪威TQC依靠美國SprucePine地區的優質礦源和本地石英礦成為第二大石英砂供應商，占據10%的市場份額。中國石英股份公司2009年取得重大技術突破，成為全球第三家，國內唯一一家能夠規模量產高純石英砂的企業。石英股份深度綁定上游礦源，幫助企業持續生產高品質高純石英砂，保證產品產量和持續供應能力，快速崛起。高純石英砂制備技術海內外差距逐漸縮小，國產替代為必然趨勢。國外已經可以規模量產5N2的高純石英砂，中國尚處4N8階段，多數高端產品依賴進口。中國的礦源主要為脈石英和石英巖，雜質含量多，提純難度大，目前3N和4N產品已經實現國產化，石英股份生產的半導體和光伏級高純石英砂都達到了4N8水平，與尤尼明IOTA-標準產品達到相同純度。隨著中國選礦評價體系的完善和提純工藝的進步，國產替代成為必然趨勢。本土龍頭石英股份加速擴產，國產化進程提速。在國產替代及高純石英砂需求激增的驅動下，石英股份積極擴產迎接機遇，市場份額有望進一步提升。石英股份已有高純石英砂產能1.5萬噸，新建的2萬噸已基本建成，另有1.5萬噸高純石英砂項目計劃2023年投產，菲利華計劃建設兩萬噸超純石英砂產能，預計23年投產1萬噸，25年兩萬噸全部投產。尤尼明、TQC和RussianQuartz近兩年無明顯擴產計劃，隨著高純石英砂需求的不斷走高，預計2022年高純石英砂仍有缺口，國產化進程提速明顯。3.中游：石英玻璃技術壁壘高企，國內企業快速追趕3.1純度和不同雜質含量決定石英玻璃材料應用領域石英玻璃材料分為天然石英玻璃和合成石英玻璃，主要制備方法包括電熔法、氣煉法以及化學合成法，純度和不同雜質含量決定其應用領域。石英玻璃由高純度的二氧化硅組成，一般以棒、管、片或錠的形態保存，按照原料的不同，可以分為天然石英玻璃和合成石英玻璃。根據制備工藝，可以分為電熔法和氣煉法和化學合成法。電熔法羥基含量低于氣煉法，金屬雜質含量較高通常用于電光源和半導體擴散氧化等高溫環節，氣煉法羥基含量較高，氣泡少，主要用于光源和半導體刻蝕等低溫環節。CVD法制得的石英玻璃純度高，金屬雜質含量低，但成本高，能耗大其被廣泛應用于高端光學，半導體光掩模板以及光纖等。3.2電熔和氣煉法是主要制備工藝，CVD法是未來發展方向電熔法和氣煉法為石英玻璃的主流制備工藝，二者都利用高溫熔融石英砂的原理，但加熱方式不同導致產品羥基和金屬雜質含量有差異。電熔法工藝流程為：將處理好的石英砂加入反應爐中，通電抽真空并注入氮氣或氫氣，加熱翻料熔融，將熔融態石英進行機械拉管、切割、磨平、酸洗等工序制成石英玻璃，該法制備玻璃品質主要取決于原料純度，金屬雜質含量較高。氣煉法工藝流程為：氫氣和氧氣點燃形成氫氧焰，噴灑到石英玻璃靶托上，靶托勻速旋轉并下降，石英砂粉末不斷融化成玻璃態，后續流程同電熔法，由于氣煉法采氫氧焰加熱，氫氣會滲入石英玻璃，所以該種方法羥基含量較高。化學氣相沉積工藝（CVD）是合成玻璃的制備工藝，產品純度更高，改進加熱方式和制備步驟可進一步降低羥基含量。CVD法的具體制備流程為：（1）氫氣和氧氣分別過濾后通入反應熔爐，燃燒形成氫氧焰作高溫熱源；（2）氫氣作為載流氣體將鼓泡瓶中的高純SiCl4通過上料管輸送入反應熔爐；（3）SiCl4在氫氧焰中高溫水解或氧化生成SiO2微粒，并逐層沉積在旋轉的基體上形成透明石英玻璃；（4）冷卻后出爐引料頭，通過機械拉管、切割與酸洗得到石英玻璃成品。CVD制得的石英玻璃SiO2含量可達6N，但羥基含量超1000ppm。若采用等離子（PCVD）代替氫氧焰加熱，羥基含量可降至5ppm；若采用低溫CVD沉積再進行燒結（間接合成法），羥基含量可降至1ppm。電熔法制備石英玻璃的優點是羥基含量少，但金屬雜質多；氣煉法制備金屬雜質少但羥基含量高；四氯化硅合成的石英玻璃雜質和羥基含量都較少，但是制備成本較高。電熔和氣煉工藝均是以高純石英砂為原料，經過1800℃以上高溫熔制成石英玻璃，由于原料純度和熔制工藝自身的局限，所制備的石英玻璃純度較低、存在較多氣泡、雜點，技術空間提升小等缺陷，但技術成熟，是目前石英玻璃主流的制備方法。采用化學合成方法（CVD、PCVD、兩步CVD）制備出的合成石英玻璃不但品質較高，而且以四氯化硅為原料也很好地解決了多晶硅產業副產物對環境的污染問題，但制備成本高，工藝流程較為復雜，是未來技術主要發展方向，其中兩步CVD法克服了電熔法對原料純度的依賴以及一步法中羥基含量過高的缺點，為制備大尺寸低羥基石英玻璃提供了解決辦法，是工業界近年來的重點發展方向。石英玻璃質量主要受制備方法和工藝影響，業內領軍企業均保有高技術壁壘。國際上：

邁圖在熔融石英行業處于領先地位，主要掌握生產熔融石英的氣煉法和電熔法，占據半導體和光纖市場。賀利氏掌握氣煉法制備石英玻璃技術已有117年，擁有完整的熔融石英預制棒生產-拉絲工藝光纖產業鏈，深耕光纖領域。東曹主營領域為半導體，掌握氫氧焰融、電熔法生產熔融石英玻璃，和火焰水解合成工藝生產合成石英玻璃的技術，在半導體領域具有優勢。昆希是全球唯一掌握等離子技術的企業，在半導體領域具有獨特優勢。中國石英玻璃制備技術與國外先進技術水平相比，在高純度、大尺寸石英玻璃制備、熔制設備和節能控制方面還有較大差距。菲利華、石英股份、億仕達（退市）和鑫億鼎（新三板）等國內石英材料生產企業逐步崛起，加大技術投入，縮小海外差距。菲利華：掌握電熔法、氣熔法以及合成法三條工藝路線以及氣煉電熔二步法生產大規模石英擴散管技術，深厚的技術積累助力菲利華的石英材料全面布局，公司目前獲得三大關鍵半導體設備廠商認證，產品質量獲國際認可。同時，公司還是全球石英纖維主要提供商之一。石英股份：公司以電熔法工藝為主，為國內連熔技術行業標桿，在連熔生產工藝技術上創新發展，填補國內多項連熔法生產半導體級高級石英管、棒、板、筒等產品的空白。產品品質穩定，具備成本優勢。公司產品通過TEL擴散，LAM刻蝕環節認證，AMAT認證也取得階段性成果。此外，億仕達（退市）和鑫億鼎（新三板）均掌握石英材料生產工藝，產品應用于電光源、半導體、光伏等多個領域。3.3海外龍頭占據市場主要份額，中國企業積極擴產加速替代石英玻璃市場集中度高，全球CR5約為74%。目前全球高端石英玻璃市場（尤其是以半導體、光通訊為主的電子級石英玻璃市場），主要由賀利氏、邁圖、東曹、昆希等海外龍頭企業掌握。這些海外龍頭企業歷史悠久，具備獨特的技術優勢，各自有其擅長的領域和市場，產品附加值高、競爭力強，且在長期市場耕耘過程中，積累了較強的上下游產業渠道優勢和產業規模優勢。根據IBISWorld統計的數據，2013年全球石英市場份額中，美國邁圖公司占比38%、德國賀利氏占比21%、日本東曹占比8%，三家企業合計占比67%。半導體為石英玻璃材料主要應用領域，中國企業加速完成半導體原廠認證，加速國產替代進程。目前全球只有6家石英玻璃制造企業獲得TEL認證，其中四家為海外公司包括邁圖、賀利氏、昆希、東曹，中資企業有菲利華和

石英股份。中國企業菲利華目前獲得三大關鍵半導體設備廠商認證；石英股份通過TEL擴散，LAM刻蝕環節認證，AMAT認證也取得階段性成果，加速完成半導體原場認證將助力中國企業快速發展，推動國產替代進程。石英股份大幅擴張產能，菲利華積極布局全產業鏈。截止2020年底，石英股份具備9500噸/年石英材料產能，近年來均處于滿產狀態。2019年公司發行3.6億可轉債募投6000噸/年電子級石英材料以及1800噸/年石英砣產能，2021年四季度完成擴產項目。隨著擴產工程順利落成投產，公司產能及業績規模將再上臺階。菲利華現有天然石英產能2500噸，合成石英錠約400噸的產能。2019年發布定增募投項目用于合成石英玻璃、電熔石英玻璃的擴產，預計達產后石英玻璃新增收入達2億元。4.下游：石英制品是科技領域關鍵耗材，內資龍頭切入高端半導體領域4.1石英制品為尖端科技領域關鍵耗材，不可替代石英制品是尖端科技領域中的關鍵耗材，種類豐富且應用廣泛，在半導體、光伏、光學、光纖、高端電光源、航空航天等高新科技領域產品生產過程中至關重要，不可替代。石英玻璃是由石英材料進行加工改型后制得的石英玻璃器件，涵蓋石英管道、石英舟、石英坩堝等多種產品，作為關鍵材料被廣泛應用于半導體、光纖、光學、光伏、電光源、航空航天等領域，其中半導體是最主要的應用領域，占比超過65%。4.2火加工看技工冷加工看設備，內資龍頭切入高端市場冷加工+火加工工藝是石英制品主要制備工藝，設備和經驗豐富的技工是工藝過程關鍵因素。冷加工主要工藝為切割、研磨和拋光，多利用數控機械設備對石英材料進行處理，有的刻蝕類產品可以直接依靠機械設備做成成品，設備的種類、數量和精度是加工關鍵。火加工是將石英部件進行二次改型，制備適合下游產業使用的產品，經驗豐富的技工是該環節的核心。火加工分為玻璃車床和手工火加工，由于熔融石英玻璃熔點和粘度都很高，溫度過低無法熔融，過高則過于稀軟且極易蒸發，而焊接需要行分層次、分部件操作且使其均勻受熱，因此對技工要求極高，行業內成熟的火加工技術工人培訓周期通常為8-10年，該技術至今仍然高度依賴技工成熟的手藝，難以被替代。關鍵環節一：堿金屬除雜。由于堿金屬極其活潑容易污染制品，故在高端石英制品制造中堿金屬除雜尤為關鍵。全過程多次清洗是堿金屬除雜的主要手段，清洗試劑濃度是除雜關鍵。關鍵環節二：脫羥處理。羥基能夠改變二氧化硅的鍵合結構，導致石英制品耐熱性能大幅下降，含量高于200ppm的材料軟化變形溫度可降低100余攝氏度。通過脫羥處理可有效去除羥基。關鍵環節三：退火消除熱應力。熱應力是在非均勻溫度下產生的應力，能夠降低石英制品的機械穩定性，熱穩定性和光學均勻性。在半導體硅片生產中，石英制品對硅片產生的應力作用可能會導致碎片，因此消除熱應力至關重要。石英玻璃的應力分為兩種：（1）冷加工的中產生的應力（暫時應力），可以通過酸洗和火拋消除；（2）加熱冷卻不均勻產生的應力（永久應力），必須通過退火工藝消除。退火工藝的主要流程為加熱、恒溫和冷卻。其中，溫度控制和冷卻速率對除應力效果起決定性作用。外資企業占據高端產品主要份額，內資龍頭石英制品公司逐步切入高端半導體石英制品領域。中國高端石英制品加工技術與國外領先水平仍有一定差距，火加工領域，國內大尺寸高端石英制品產品精度和產品潔凈度與海外龍頭企業仍有差距，冷加工領域，國外企業擁有先進儀器設備提高加工精度，如東曹石英采用的激光加工設備具有微孔加工等精密研磨技術，最小加工直徑達到0.3mm，國內先進儀器設備不足。但隨著技術積累和創新，火加工企業凱德石英實現技術突破，其生產的12英寸石英晶舟通過中芯國際認證，系列石英制品通過TEL認證初審，強華股份8英寸石英制品通過中芯國際認證，內資龍頭石英制品公司逐步切入高端半導體石英制品領域，開啟了中高端石英制品替代之路。4.3石英纖維技術壁壘高，菲利華是中國唯一可量產企業石英纖維物化性質更加優異，是軍工和航空航天領域關鍵材料。石英玻璃纖維是一種SiO2含量高（>99.95%）的無機高性能纖維，由石英玻璃材料拉絲制得，保持了石英玻璃的部分特點，在某些性能上更加優越。石英纖維可分為石英棉、石英氈、石英紗、石英布、石英套管和石英纖維樁等，廣泛應用于軍品市場，在諸多航空航天項目的應用中取得成功，在高性能材料中處于重要戰略位置，如制造火箭噴火口，航天熱防護裝置、飛機導彈雷達罩等。棒拉絲法為主要制備方式，制備原料、拉絲工藝、浸潤劑的使用對石英纖維的質量起決定作用。石英玻璃纖維制法主要有三種：直接熔融拉絲法、棒拉絲法和溶膠凝膠法。其中棒拉絲法為工業生產中的主要制備方式。石英纖維的質量主要受以下幾個方面因素的影響：1）原料直接影響著石英纖維的力學性能和抗燒蝕性能；就國內情況而言，制備原料主要包括水晶料、硅石料等。2）拉絲工藝的質量直接影響著纖維的性能。避免表面熱損傷工藝是技術關鍵，石英纖維的強度隨著溫度的升高而降低，高溫下石英纖維表面產生大量裂紋和缺陷，纖維強度損失嚴重。石英纖維的熱損傷緩解機制的技術僅由極少數廠家掌握，也限制了絕大部分廠家的生產。4）浸潤劑的種類、質量、涂抹的均勻程度和使用量等均顯著影響著制備產物的性能。高純石英纖維技術壁壘高，美國在行業中處于領先地位，菲利華是國內唯一一家具有軍工資質的石英纖維制造商，產業鏈延伸將進一步打開成長空間。在生產方面能達到石英纖維規模化生產的企業較少，全球僅有少數企業具有量產能力，其中美國企業在行業中處于領先地位。全球具備批量生產能力的企業主要包括法國圣戈班、美國JPS、俄羅斯NPO、英國TFP、日本AFG和中國菲利華。中國現階段石英纖維生產成本較高，生產技術整體水平與全球存在一定差距。國內能掌握石英纖維量產能力的企業僅菲利華一家，占據國內95%的市場份額，打破國外石英纖維生產技術及產品壟斷，滿足國內航天等核心領域對高性能石英纖維的需求。隨著中國航天領域逐漸進入高速發展期，航天器隔熱、耐高溫部件對石英纖維及其制品的需求將顯著增長，疊加民用市場擴大，考慮當前供應有限且價格高昂，我們認為現階段菲利華未來發展潛力巨大。4.4光纖用四氯化硅精餾技術突破，國產替代提速光纖通過四氯化硅、四氯化鍺、氫氣、氧氣、氦氣等原材料生產，其制造過程可分為制棒、拉絲與涂敷三道主要工序，預制棒質量是光纖質量決定因素。光纖預制棒是用于拉制光纖的材料預制件，是石英系列光纖的核心原材料，屬于技術密集型、高附加值產品，光纖預制棒占據光纖行業利潤的70%，光纖預制棒主要原材料為高純四氯化硅，占30%以上的成本。2022年全球高純四氯化硅市場規模有望突破15.5萬噸，國內市場預計達到7.7萬噸，行業持續高度集中。隨著5G和物聯網的高速發展，全球光纖需求快速增長，據CRU預測，2022年全球光纖預制棒需求量有望達到2.58萬噸。全球光纖市場高度集中，CR10達到98.59%，其中國內龍頭長飛、亨通、烽火、中天和富通合占47%的市場份額。在“寬帶中國”、“三網融合”等政策驅動下，中國光纖市場有望持續增長，根據工業和信息化部統計數據，截至2021年底，中國累計建成并開通5G基站142.5萬個，去年全年新建超65萬個，總量占全球60%以上。預計2022年中國預制棒產量占全球的50%，根據每噸預制棒需6噸高純四氯化硅計算，2022年中國高純四氯化硅需求有望突破7.75萬噸。由于精餾技術的突破，中國目前已可以自給要求最苛刻的高端芯棒用高純四氯化硅，未來全面國產替代是必然趨勢。2019年之前，中國95%以上的光纖預制棒進口自信越化學、住友電氣，古河電工等企業。隨著精餾技術的突破，三孚股份通過研發能夠生產不同純度產品的四氯化硅精餾技術，用多通道出料方式節省了增加精餾塔的費用和能耗；通過同時生產電子級四氯化硅等三種產品的方式降低除雜成本。目前，公司的高純四氯化硅達到9N級別。公司通過改進合成爐，實現了對原材料要求較為苛刻的PCVD芯棒的規模化供應。公司目前有3萬噸/年的產能，產銷量超90%。武漢新硅、洛陽中硅等企業也可生產用于預制棒外包層的高純四氯化硅，產能分別達到3萬噸和0.62萬噸。我們預計當前國內高純四氯化硅總產能8.62萬噸，除去出口海外的產品，自給率達到80%。又由于2018年商務部決定對原產于日本、美國的進口光纖預制棒繼續征收5年的反傾銷稅，國產高純四氯化硅替代提速。5.重點企業分析5.1

石英股份：深耕高純石英砂，發力半導體石英材料公司是國內首家且是唯一一家能夠規模量產高科技領域用高純石英砂的企業，積極擴產推動業績增長。公司自2003年開始深耕高純石英砂領域，致力于研究石英砂的提純制備工藝，2009年實現了石英砂提純技術的突破，率先打破了海外企業尤尼明的壟斷，開啟了高純石英砂規模量產之路。公司所生產的高純石英砂產品可供公司自制石英管及出售給下游廠商生產光伏用石英坩堝。隨著下游光伏行業的不斷增長，高純石英砂需求高居不下。目前公司已有產能1.5萬噸/年，隨著擴產計劃的推進，預計2022年產能達到3.5萬噸/年，2023年達到5萬噸/年，業績增長可期。深耕高端石英材料，產品取得半導體領域多項認證，逐步建立行業壁壘。自1999年設立以來，公司一直專注于石英管的制造，是國內最大的石英管制造企業。公司近年來發力半導體用高端石英材料，目前已取得多項認證。公司產品通過了日本東京電子株式會社（TEL）官方認證，成為全球第三家、國內首家通過TEL高溫擴散領域認證的原材料供應商；2020年下半年又通過了美國拉姆研究（（LamResearch）刻蝕環節的國際認證；美國應用材料

（AMAT）認證也取得階段性成果，日本及國內其他國際知名半導體廠商認證也處于快速推進中。由于該領域認證技術難度大、門檻高、程序復雜等特點，短期內難以有新的進入者。隨著公司高純砂市占率提升，以及半導體領域認證突破，公司營收穩定增長，ROE連續四年超10%且持續增長。收入端：公司2019/2020/2021年營收分別為6.2/6.5/9.6億元，同比增長-1.73%/3.7%/48.8%。2019年營收下降系受到光伏退補政策影響，國內新增光伏裝機量下降，另單晶硅片迅速替代多晶硅片，導致公司多晶用石英坩堝營收下降60.09%。2021年營收實現爆發增長主要系：（1）高純石英砂量價齊增，產量增加50%，營收同比增長110.95%，價格上漲，成本維持低位，毛利上漲；（2）公司進入半導體高端市場，半導體類產品收入同比增長101.01%。盈利端：公司盈利能力整體穩定增長。19毛利下降主因光源產品加工成本上升，下游光纖價格下降導致光纖石英制品價格下降，20年毛利下降主因光源外銷收入下降，光纖價格進一步下降導致。據此，公司積極調整營收結構，擴大半導體領域營收占比，同時，光纖市場也迎來新一輪快速發展期，公司盈利能力持續攀升。公司全產業鏈布局，進軍高端石英材料，毛利有望進一步提升。公司作為業界稀缺的從高純石英砂到電子級石英管棒類材料及下游石英器件全產業鏈布局的優質企業，具備全產業鏈優勢。成本端：公司自產石英制品原材料高純石英砂，成本有望進一步下降。收入端：隨著下游光伏行業的高速增長，高純石英砂的供給短缺預計造成價格增長。另外，半導體領域石英制品附加值高，隨著公司認證的持續突破，營收結構將繼續調整，毛利有較大的增長空間。公司持續推進高純石英砂研發，不斷完善工藝，國產高純石英砂有望進一步實現進口替代。海外尤尼明、TQC等長期占據全球較高市場份額，國內高端產品用石英砂多從尤尼明進口。隨著國內雙碳目標的持續推進，新能源領域全產業鏈競爭力不斷提升。目前3N和4N石英砂已經實現國產化，石英股份生產的光伏級高純石英砂已經達到4N8水平，與尤尼明IOTA-標準產品純度相同。隨著公司除雜技術與產品穩定性的提升，高純石英砂實現國產替代是發展趨勢。5.2

菲利華：軍用石英纖維唯一供應商，石英玻璃材料專家公司是石英玻璃龍頭企業，產品線豐富，在半導體、航空航天、光通訊及光伏等高科技領域應用廣泛。公司產品種類極其豐富，主要包括：（1）半導體領域：半導體制程擴散、氧化、沉積、蝕刻工藝中石英法蘭、擴散管等制品用材料石英錠、石英筒和光掩膜基版的主要基材合成石英錠；（2）航空航天領域：可作航空航天飛行器關鍵部位的結構增強、透波、隔熱材料的石英纖維；（3）光通訊：光纖預制棒制作和預制棒拉纖時的支撐材料石英棒、管；（4）光學：用作高端光學領域的透鏡、棱鏡，TFT-LCD高清顯示器的合成石英玻璃材料。在半導體、航空航天、光通訊及光學等多項業務驅動下，公司營收連年增長，盈利能力穩定提升。收入端：公司2017-2021年的營收為5.5/7.2/7.8/8.6/12.2億元，歸母凈利潤為1.2/1.6/1.9/2.4/3.7億元,CAGR分別達到22.04%和32.51%，2021年公司營收同比增長41.68%，主要系（1）半導體領域消費類電子產品需求旺盛，國際半導體行業景氣度持續上揚，市場需求規模快速擴大，半導體用石英材料營收增幅明顯；（2）國家航空航天事業的高速發展帶動了石英玻璃纖維需求量的快速增長。盈利端：公司毛利與凈利穩定增長，ROE水平維持在12%以上。總體來看，公司業務結構合理，管理能力強，各項費用控制較好，2021年管理費用率和銷售費用率顯著下降，規模效應凸顯，凈利率持續增長。2018年毛利小幅下降主要系境外產品毛利下降。2019年和2020年權益乘數與總資產周轉率均小幅降低導致ROE略微降低。公司是全球少數幾家具有石英纖維批量產能的制造商之一，中國航空航天等國防軍工領域唯一的石英纖維供應商。公司持續開發應用在航空航天與海洋裝備領域的功能材料石英玻璃纖維系列產品，延伸石英玻璃纖維產業鏈，拓展石英玻璃纖維立體編織、石英玻璃纖維增強復合材料制造領域。公司立足于高性能石英玻璃纖維和低成本機織物的技術特點和優勢，開展了先進結構與功能一體化防隔熱復合材料和高絕緣石英玻璃纖維復合材料的研發工作。2021年，公司二個型號的復合材料產品研發成功并通過了相關試驗的考核；另有多個型號高性能復合材料項目在研發中。根據2021中國航天白皮書，未來五年，中國將開啟全面建設航天強國新征程，作為國內軍工領域唯一石英纖維供應商，公司必將率先受益。公司已取得多項國際與國內半導體設備廠商認證，驅動公司海內外業務同步增長。從海外來看，公司的半導體用氣熔石英玻璃材料通過了日本東京電子株式會社（TEL）、泛林研發（LamResearch）、應用材料公司（AMAT）三大國際半導體原廠設備商以及日立高新技術公司的認證，公司境外業務有望提升。從國內來看，公司電熔石英玻璃材料研發成功并得到認可，上海石創的石英玻璃制品通過中微半導體設備（上海）股份有限公司認證。在半導體自主可控國產化的國家政策支持下，公司國內業務有望取得更大突破。5.3凱德石英：本土石英制品龍頭，半導體國產化開局人公司深耕石英制品二十五載，已成為國內行業領頭人。公司成立于1997年，主營業務為半導體和光伏用石英制品的研發、生產和銷售，包括石英儀器、石英管道、石英舟等，21年半導體和光伏領域業務分別占比74.7%和23.8%。從人員來看，技術人員對石英制品類技術密集型行業至關重要，公司深耕行業25年，培養和積累大量石英制品加工人才。公司現有研發人員39人，生產人員143人，位居行業前列。從技術來看，公司技術水平領先，有12項發明專利，穩居行業第一梯隊。受半導體和光伏行業驅動，公司業績穩步提升，盈利能力較為穩定。收入端：公司2017-2021年營收從0.91億元增長至1.66億元，歸母凈利潤從0.12億元增長至0.4億元，CAGR分別為16.2%和35.1%。主因近年半導體行業回暖以及光伏產業規模不斷擴大，雙輪驅動下公司業績穩步提升。盈利端：公司毛利率、凈利率相對平穩，盈利能力穩定。19年公司光伏業務占比提升25.03%，而光伏毛利率比半導體毛利率低8.41%，因此毛利下降；20年由于執行新收入準則，調整運費包裝費至營業成本，毛利下降；21年毛利上升系公司高毛