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陶瓷后盖产业启动在即,粉体制备是核心,精细加工是关键

氧化锆陶瓷后盖上百亿元的大市场中,产业链参与方众多

氧化锆后盖产业链最上游的氧化锆粉体材料壁垒最高,目前三环集团、TOSOH(东曹)、京瓷、国瓷等厂商在该领域有较强的积累;中游的加工包括前道工序(成型加工)和后道工序(CNC 后处理),三环集团在成型加工领域实力突出,长盈精密、伯恩光学、蓝思科技、富士康等传统加工厂商在后加工领域实力强劲。

目前真正完成从粉体到浆料、成型、烧结、后加工完全垂直一体化的厂商,主要是三环集团,此外,顺络电子在前道工序的能力也很强,而长盈精密在后加工工序及客户评价、客户资源获取等方面也具备极其强大的竞争力。

粉体制备是核心,三环集团、日本TOSOH 等实力突出

纳米氧化锆粉体是手机陶瓷后盖主要的原材料。陶瓷粉体是新型电子材料中技术最成熟、产量最大、综合性能最优、应用最厂、产值最高的材料。粉体的技术壁垒也最高,目前绝大多数纳米级高端粉体制造技术掌握在日美德等少数国家手中。

氧化锆陶瓷粉体纯度、颗粒大小和形状等各种性能直接决定了陶瓷后盖的良品率、抗摔耐磨性能等,重要性不言而喻,尤其手机后盖要求采用特级的纳米氧化锆,其粉体制备的技术难度大、壁垒高。

手机后盖用粉体性能要求高,兼顾性价比和产能规模的寥寥无几。

纳米氧化锆其制备方法很多,包括物理方法和湿化学方法,如化学共沉淀法、水热法、气相沉积法和气相热分解法等。粉体的关键性能包括粉粒的细度、分散性(是否容易结团)、成本(工艺和设备)、烧出来成品的良品率和抗摔性、可加工性等主要指标,但是同时能兼顾成本及性能、产能规模的配方寥寥无几。

在粉体制备环节,如何制备高质量粉体并掺入何种添加剂来改善粉体性能;在加工处理环节,如何通过粉体配方来控制收缩率和产成品的一致性;在生产设备环节,如何深刻理解粉体材料性能并自制关键生产设备等都构筑了高端纳米氧化锆粉体及成型加工环节的巨大壁垒。

尤其是粉体配方环节,为了增强粉体烧结成的产品的韧性等性能,还需向高质量氧化锆基础粉体里面添加改性材料,改性添加剂主要包括稀土类元素,例如钇、钬、镝等,以保证配方粉的绝缘性;另一部分添加剂,例如镁、锰、钒、铬、钼、钨等,主要用以保证配方粉的温度稳定性和可靠性。可以说,改性添加剂的掺入成分和掺入比例是配方粉的关键,这些都需要靠长时间的积累,不易通过并购或挖团队获取。


不能解决粉体的产能瓶颈,就无法谈及陶瓷后盖的产能问题

目前纳米氧化锆产业布局较全的厂商包括日本TOSOH(东曹)、法国圣戈班、日本第一稀元素、日本昭和电工等,主要用于生产假牙、仿真宝石、光纤连接器核心部件、工业密封件、切削刀具、传感器及敏感元件等。全球每年年产能约为4 万吨,其中一多半以上是中低端粉体,无法用于生产手机后盖;即便是1 万多吨产能的高端粉体,也不一定都能用于生产手机后盖,传感器、燃料电池用粉体就是例证。按照我们的调研数据,每吨粉体约对应1 万片手机后盖,扣除不能用于生产后盖的产能之后,真实产能所剩不多。

在陶瓷后盖所用的纳米氧化锆粉体领域,实力最强的厂商是日本TOSOH、三环集团等。以Apple Watch 产品为例,其陶瓷版本极为精致,其粉体就是采用日本TOSOH 的粉体加工而成。但是,按照我们调研的情况,日本TOSOH 的纳米氧化锆粉体的售价高、产能少、扩产速度不快。

图片摄于三环集团展台

而反观三环集团,公司目前在手机后盖用氧化锆陶瓷粉体产能已经达到250 吨/月,产能已经远超日本竞争对手,按照手机厂商的跌落试验结果来看,三环集团粉体加工的后盖抗摔性能已经好于包括日本厂商在内的其他竞争对手。可以说,三环集团粉体的性能、成本、产能和扩产速度等方面均好于其他厂商,其研发的小米MIX氧化锆陶瓷后盖及中框性能非常卓越,已经通过了市场和消费者的考验。

图片摄于三环集团展台

粉体是最重要的成本项之一,只有粉体成本可控,后盖才有机会规模化推广

除了性能、产能,目前最大的问题还包括粉体价格过高。以日本TOSOH 粉体为例,市场价格约为每公斤1000 多元,按照每个手机后盖采用100 克粉体测算,每个后盖光粉体成本就超过100 元,如果再加上成型烧结及后加工,后盖价格及其昂贵,大规模推广的可能性就不高。好在国内厂商三环集团、国瓷材料通过大规模扩产,已经把粉体价格大幅优化,以国瓷材料粉体为例,每公斤300 元,对应到单个后盖的粉体成本是30 元,已经具备可推广的基础。我们认为,目前在手机氧化锆陶瓷后盖领域,能够兼顾性能和成本的粉体厂商主要是三环集团,国瓷材料的粉体售价也远低于日本TOSOH,成本优势明显。随着三环集团、国瓷材料的粉体扩产加速,预计氧化锆陶瓷后盖规模化推广的基础已逐步形成。

精细加工是关键,三环集团、顺络电子在前道工序先发制人,长盈精密后加工能力突出

氧化锆陶瓷后盖的加工环节包括前道工序(成型加工)和后道工序(CNC 后处理),前道工序通过生磁成型&烧结工序形成氧化锆陶瓷毛坯,后道工序是在毛坯产品的基础上,通过CNC 等数控机床设备研磨、抛光及后处理最后成为陶瓷后盖成品。

氧化锆陶瓷加工环节不同于粉体制造,其学习曲线时间较多,新进入者也较多。从氧化锆陶瓷加工厂商来看,三环集团凭借对陶瓷粉体的深刻了解,在前道成型加工工序上优势明显,其前道成型加工的良率要高于同行;伯恩光学、蓝思科技、富士康等厂商也积极扩产陶瓷加工产能,它们凭借过去在玻璃或者金属加工的工艺积累,快速掌握了氧化锆陶瓷加工的能力。

前道工序主要包括生瓷成型和烧结,有一定壁垒,新进入者较多,但真正在大规模生产能力上,能保证效率和良品率的厂商并不多,三环集团是其中的佼佼者,顺络电子能力也较为优秀。

图片摄于三环集团展台

延成型是最适合手机后盖大规模生产的工艺,三环集团产能最大

成型方法众多,有注射成型、流延成型、热压铸成型、挤出成型、RP 成型、胶态成型、轧模成型等,非常复杂。消费电子陶瓷外观件的生瓷成型环节主要采用注射成型、模压成型和流延成型三种方法来实现,注射成型多用于手表外壳等小型陶瓷件,而手机陶瓷后盖主要采用流延成型和模压成型法,难度大壁垒高。流延成型比模压成型更适用于大规模自动化生产。三环集团目前在流延成型工艺产能位居全球第一,公司有300 多人的设备研发团队,95%以上的设备都完成全自制,自动化程度和生产效率、良率品排前。

图片摄于三环集团展台

1. 注射成型:

主要生产外形复杂、尺寸精确或者带嵌件的小型精密陶瓷件,生产效率高。

2. 模压成型:

主要生产轻量型、高刚性的扁平形状陶瓷制品,生产效率高,适合大量生产,成本低,材料利用率高,剪切性及回收性良好。

3. 流延成型:

适合薄片状陶瓷制品,生产这类产品具有速度快、自动化程度高、效率高、组织结构均匀、产品质量好等特点。三环集团的手机后盖主要采用流延成型工艺。

图片摄于三环集团展台

烧结方法众多,不是买来设备就可以烧结出良品率高的精密陶瓷产品。

烧结过程中,温度控制环节极其复杂,最终各家厂商烧结良品率差异巨大。三环集团、顺络电子在此领域均具备长时间的经验积累,能力优秀。


后加工环节也需要更好的工艺来提升良品率、压缩工时

后道加工工序主要通过CNC 对氧化锆陶瓷毛坯研磨抛光来实现,由于氧化锆陶瓷的莫氏硬度高,因此在后端加工上更需要高端的工艺来提高加工环节的良品率,并且在特定生产设备数量的基础上提高单位设备的生产加工效率。陶瓷CNC 加工与金属CNC 加工存在一定相似性,但需要在加工工艺上进行改进,然后进行陶瓷CNC 加工。从单片手机后盖加工时长角度来看,陶瓷CNC 加工的加工时长比金属CNC 加工时长要略长,这也要求后道加工厂商不断强化精加工能力,提升陶瓷加工效率。

长盈精密在后加工环节积累了长期的经验,公司同时具备大客户基础和设备制备/改造能力,预计未来在陶瓷后加工领域将成为领头羊。也许这个也是为何长盈与三环结盟的原因吧。

文字来源:华强微电子


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