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钢铁、有色金属行业专题研究：把握关键有色矿产新材料

（报告出品方/作者：东方证券，刘洋）

一 、紧跟国家安全发展观，把握关键有色矿产新材料

2014年，提出“总体国家安全观”，把资源安全纳入到国家安全体系，战略性矿产资 源首次在我国提升到国家安全的战略高度。2020 年，我国“十四五”规划纲要明确指出，战略性矿 产资源属于我国实施能源资源安全战略的重要组成部分，要切实提高资源领域的安全发展能力， 实现战略资源领域安全可控，筑牢国家安全屏障。2021 年 11月中央政治局召开会议审议《国家 安全战略（2021－2025 年）》时提出，“确保能源矿产安全”，这是如此高规格会议首次把矿 产安全和能源安全并列，意味着矿产安全上升到国家战略。

2021 年 12 月工业和信息化部、科技部、自然资源部等三部门编制发布的《“十四五”原材料工 业发展规划》中，强调资源安全和关键材料的重要性。一方面，“保障产业体系安全化”被列入 规划中五大重点任务，“战略资源安全保障工程”也成被写入五大重点工程；另一方面，《规划》 把“健全创新体系、攻克关键技术、突破关键材料、提高产品质量”作为促进产业供给高端化的 四大主攻方向，并通过“技术创新重点方向”、“新材料创新发展工程”等专栏形式明确重点， 特别要求实施“关键短板材料攻关行动、大宗基础材料巩固提升行动、前沿材料前瞻布局行动、 材料基因工程计划”。

“十四五”乃至今后更长时期，保障矿产资源安全和解决关键材料“卡脖子”问题将成为我国有 色钢铁新材料行业重点发展方向，本文将对有色新材料行业从资源端和材料端两方面对战略关键 矿产资源和新材料进行梳理。（报告来源：未来智库）

二、资源端

2.1 我国有色金属矿产资源安全保障形势

从供给侧上游来看，我国矿产资源呈现总量丰富、矿种齐全，但资源禀赋较差、人均资源量少的 特征。我国 矿产资源中仅 14种经济可采储量高于中国人口全球占比 18.8％，159种矿产经济可采储量远低 于中国人口全球占比。占比超 30%矿种为：钨、钼、钒、稀土、钛５种；储量占全球比例在 20%-30%之间的有锡、锑、石墨、铅４种；10-20%之间的有锌、镁、萤石、煤炭、铁 5 种；而 锰、金、铝土矿、铜、镍、钴、铬、锆、锂等不到 10%。

从储量角度，钨、钼、锡、锑、碲是我国具有相对优势的品种，铜、铝、镍这三种在我国消费量 超百万吨规模的金属供应潜力较小。钨、钼、锡、锑、碲这五种金属我国资源储量均位居世界第 一，均在世界供给体系中具有重要影响。而市场规模较大的金属中，我国铅、锌位居全球资源储 量第二位，资源储量分别占全球的 21%和 19%，但铜、铝、镍等资源储量仅分别占全球的 3.1%、 3.3%和 3.1%，国内开发及供应潜力较小。

从产量的角度，我国已是全球矿产资源生产大国，人均矿产产量形势好于人均储量，这意味着我 国地质勘探的投入仍需加大，以匹配资源开采的进度。我国产量占全球比例过半的金属矿产有镓、 镁、铋、钨、锗、稀土、铟、锑 8 种；占比介于 30-50%之间的有铅、锡、钼、锌、钛 5 种。而 锂、铝土矿、金银、锆、铜、铌、铼、钽、钴、铂族、镍这 11种有色金属产量占比仍低于我国人 口占比。

而在需求侧，由于我国作为全球制造业重镇，除了本土，还承接了大量海外对矿产资源的间接需求。2020 年有 36 种矿产消费量位居全球第一，两种位居全球第二，6 种位居全球第 3-5 位，消 费占全球比例超 50%的矿种有 22 种。

供给与需求之间的巨大失衡，直接导致我国矿产资源对外依存度居高不下。2020年我国铌、锆、铂族等对外依存度超过 98％； 钴、镍对外依存度超过80％；锂、铜、铝对外依存度在70％以上。矿产的贸易逆差也持续加大， 根据中国海关数据，钴、贵金属、铝土矿、镍矿、铌钽锆钒矿、锡、铜这 7种有色金属进口量超 过全球一半。

2.2 重点关注品种识别

各大经济体的关键矿产清单列表中的矿种均有不同，中美关键矿产重叠程度较大。整体来看欧盟、 日本和美国由于已进入后工业化，对大宗传统矿产需求开始下降，战略新兴矿产需求呈上升趋势， 因此关注点主要在稀有金属和稀土金属，而我国同时还关注铝、铜、金等大宗型矿产资源。值得 注意的是，中美欧确定的关键矿产中，有相当一部分重叠，难以避免推动竞争，其中：锂、锆、 镍、锑、钴、钨、锡、铝、稀土为双方所共同关注的关键有色金属矿产。

我国对战略性矿产的界定兼顾“供应风险”和“经济重要性”。2016 年 11 月，国务院批复通过 《全国矿产资源规划（2016~2020 年）》，将 24 种矿产列入战略性目录，其中金属矿产除了考虑对国家经济具有重要的小金属，还囊括了存在供应风险的传统大宗矿产，如铜、金等。这也是 由于我国作为制造业大国，传统大宗矿产及相关产业链在我国国民经济中仍占据重要地位，但原 料却高度依赖进口，如铜我国消费量多年占比全球过半，但储量占比均不到 20%，传统大宗商品 也面临着“卡脖子”风险。

结合《全国矿产资源规划（2016~2020 年）》中对战略金属矿产资源的名录和界定思路，我们也 将从供应风险（通过对外依存度和国内资源储量来衡量）、经济重要性（通过需求增速衡量）两 个角度，以对我国经济安全或产生重大影响的关键有色金属资源进行识别：

从供应风险角度，如前文对我国有色金属资源供需形势的分析，对外依赖度高是战略金属普遍存 在的问题，但钨、钼、锡、锑这四种金属我国资源储量再在世界排名中位居前列，具有较大内生 供应潜力。

从经济重要性角度，根据中国有色金属工业协会预计，2019-2030 期间，除锆、钼或在 2025- 2030 年之间迎来消费峰值，我国对其余战略有色金属的需求量将持续攀升，其中黄金、钴、锂、 镍、稀土 19-30 年复合增速或超 4%。

需求增速的预期与各品种下游需求结构息息相关，如锡、钼、锆消费结构中交通、电力、电池等 与新能源息息相关的领域占比较小，2019-2030 年整体复合需求增速较低。战略有色矿产金属在近年的全球消费结构：

通过对上述金属的供应风险和未来需求增速分析，我们认为黄金、铜、铝、镍、锂、钴、稀土是 我国战略金属矿产资源名录中更值得关注的七大有色金属资源。由于黄金作为战略金属有其特殊 意义，并且其强货币属性，使得其资源消耗属性相对较弱，供给蓄水池较大，因此在此不对其供 给安全进行分析，将着重分析铜、铝、镍、锂、钴、稀土。

2.3 六大有色矿产资源供需分析

我们认为矿产资源保障应对措施应以国内资源利用优先于海外资源的原则，摸底国内相应矿产资 源规模、资源利用的经济程度，若国内资源规模较小或经济性较差，是否可通过回收利用进行弥 补，再将视角投放海外，从海外资源供给格局出发，寻找海外供应保障措施。

2.3.1 铜

中国铜资源相对短缺，铜储量仅占全球铜储量的 3%。根据 USGS 数据显示，2020 年，全球铜 矿储量为 8.8 亿吨，主要的铜资源国包括智利、澳大利亚、秘鲁、俄罗斯、印度尼西亚等。中国 铜资源严重不足，按照美国地质调查局数据，中国铜储量仅占全球铜储量的 3%。

回收铜利用水平仍较低，随着废杂铜的蓄积量不断扩大，铜资源回收有望成为供给端的重要补充。 2000 年以来，中国铜回收量由 34.8 万吨增加到 2018 年的 200 万吨，增加了 5 倍。其中，国 内直接从厂商回收铜由 2005 年的 43.1 万吨增加到 2018 年的 171.6 万吨。中国的精炼铜回收利 用率由 2000 年的 18%提高到 2014 年的 25%，近年来随着回收量的减少，2018 年降至 16%， 明显落后于发达国家。

例如：法国在 1997 年二次回收比例就高达 95%，英国在 1999 年二次回 收比例同样高达 97%。随着中国铜消费量的快速增加，国内废杂铜的蓄积量不断扩大，按铜产品 的平均使用寿命 15 年计算，到 2020 年中国再生铜供应量约为 445 万吨，其中可回收利用的废 杂铜金属量可达到或接近 300 万吨；到 2030 年中国再生铜供应量约为 510 万吨，其中可回收利 用的废杂铜金属量达到约 400 万吨，这对缓解中国铜供需矛盾起到重要作用。

我国铜资源供应一直以境外资源进口为主。我国国内自产铜资源量虽然逐渐增长，从 2000 年的 94 万吨增 长到2017年的335万吨，但是由于我国铜消费量增速更快，自给率整体下降幅度很大，从2000 年的 49%下降到 2017 年的 28%，中国铜资源供需缺口由 99 万吨增长至 844 万吨。中国国内 矿山铜生产在中国铜资源供应体系中的占比呈现收缩趋势，从 2000 年的 21%下降至 2017 年的 13%左右，近几年国内废铜回收占比有所扩大，进口资源量在中国铜资源供应体系中的比重始终 较大。

全球铜矿资源分布较为广泛，资源集中度尚可。主要分布在北美洲、拉丁美洲和中非三个地区， 以智利、澳大利亚、秘鲁、俄罗斯、印度尼西亚、墨西哥和美国等国家为主。USGS 数据显示， 2020 年，全球铜储量为 8.8 亿吨，其中前四大资源国分别是智利、澳大利亚、秘鲁和俄罗斯， 这四个国家的储量占全球铜储量的 49%。

生产国家集中度与市场集中度也较为宽松。全球铜矿的主要生产国有智利、秘鲁、中国、美国、 刚果等，其中智利是全球最大铜矿生产国，2020 年铜矿产量约占全球铜矿产量的 28%。全球铜 矿的生产国家也较为集中，2020 年前四大铜矿生产国的产量约占全球铜矿产量的一半以上，分 别为智利、秘鲁、中国和刚果金。根据东方证券有色钢铁团队于 2021 年 11 月发布的《2022 有 色行业年度策略》统计， 2020 年全球前十大铜矿生产商的产量为 10Mt，占全球矿山铜产量的 49%。

综上可发现，再生铜和海外铜资源的广泛分布，使得我国铜资源供应安全整体趋好。因此在资源 布局方面，应进一步形成多元化的铜资源供应格局。目前我国海外铜资源投资已初显成效，如 2007 年中铝收购了特罗默克铜矿,2014 年五矿收购了拉斯邦巴斯铜矿,2015 年紫金矿业收购了卡 莫阿铜矿,2016 年洛阳钼业收购了 Tenke 铜钴矿,2019 年紫金矿业再次出手完全收购 Timok 铜 金矿。随着卡莫阿铜矿以及 Timok 铜金矿的开发,中国铜资源企业在非洲等地的新增产能很多将 在后疫情时代兑现,未来铜的海外来源将更加分散。

优质铜资源竞争日趋紧张，国内铜矿资源开发利用程度应进一步加强。随着铜价的连续攀升以及 铜资源的良好前景,全球主要矿业公司纷纷再次聚焦铜业务,未来国内矿业公司在海外的并购竞争 将会逐渐加大,铜资源的市场并购价也会随之提升,获得控制优质在产项目的机会将会越来越少。 我国也需议加大国内铜矿资源勘查基地的勘查力度，开展原有大型矿山深部及外围找矿勘查工作， 提高铜矿资源控制程度和资源储量级别，提高低品位铜矿资源的开发利用程度，增强国内一次资 源保障能力。

扶持铜二次回收行业的发展。我国废铜回收已进入快速发展期，废铜回收量逐年增加，未来将有 效缓解我国面临的国内铜资源供应压力。应加快废铜回收产业化、规模化发展步伐，提高国内二 次资源综合利用率，进而提高国内二次铜资源供应能力。

2.3.2 铝土矿

我国铝土矿资源已明显短缺。自然资源部数据显示，截至 2019 年底，我国铝土矿查明资源储量 54.7 亿吨，其中资源量 44.3 亿吨，基础储量 10.4 亿吨，储量 4.2 亿吨，仅占全球的 1.5%。

2019 年，我国铝土矿开采总量约 1.1 亿吨，以全球 1.5%的储量支撑了 28%的开采量，采储比仅 4 年，资源保障年限较短。

我国氧化铝占世界总产量 54%，对海外铝土矿资源依赖呈必然。伴随着我国铝工业的高速发展， 我国氧化铝产量近十几年由年产 400 多万吨，一举突破到年产 7000 万吨，占世界氧化铝总产量 的 54%。而我国铝土矿储量仅占世界的 1.5%，难以支撑我国氧化铝 50%以上的生产，进口铝 土矿成必然。我国近 5 年进口铝土矿以每年 20%的速度增长，2019 年，我国进口铝土矿已经占 到氧化铝全部矿石消耗的 53.8%。

我国进口矿石来源地丰富，目前已形成以几内亚、澳大利亚、印尼为主、众多国家为辅的供应格 局，供应格局较为宽松。

应充分利用进口铝土矿资源，相较于国内铝土矿，进口铝土矿从能源、社会、经济、市场等各个 方面都具有优势更具优势：

从能源角度，使用进口铝土矿可以减少四分之一以上的氧化铝综合能耗，由于进口铝土矿一般以 三水铝石型为主，其氧化铝溶出过程可以采用低温（145℃）或中温（230℃），且生产氧化铝 不需要加石灰，而国产铝土矿为一水硬铝石型，溶出过程必须采用高温进行（270℃）；

从社会效益角度，进口铝土矿对环境的危害相对较小，更具环保性。一般情况下，进口矿石生产 氧化铝后的赤泥产出率为 1 吨/吨，而国产矿石生产氧化铝赤泥产出率一般 1.5 吨/吨。赤泥处理是 一个“世界性”难题，目前的处理方式依然基本靠堆存，不仅占用大片土地，而且易于产生风险， 相对较小的赤泥产出率对环境是非常友好的；

从经济效益角度，有相关数据显示，山东省部分使用进口铝土矿生产氧化铝企业的平均成本比山 西省使用国产矿石生产氧化铝企业的平均成本约低 300 元/吨以上；

从市场角度，国内铝土矿资源存在巨头垄断的情况，进口铝土矿的发展可以促使更多的公司拥有 资源和竞争力，将目前国内存在的价格同盟打破，使市场更加多元化和灵活化。

利用进口铝土矿是必然趋势，中国企业海外开发铝土矿势在必行。近年来，中国企业积极践行 “走出去”的发展理念，在海外投资铝土矿的步伐加快，海外铝资源开发取得显著进展。安泰科 数据显示，至 2020 年底，中国累计获得境外铝资源权益量约 100 亿吨，海外已形成开采和运输 能力的铝土矿项目超过 9000 万吨/年，在建项目 1750 万吨/年左右，拟建项目 5300 万吨。而我国国内的铝土矿资源已明显短缺，强烈建议逐步减少国内的开采，为关键时刻提供资源保障；即 使开采，也要兼顾开采低品位铝土矿与高品位进口矿石调配使用，更好地回收利用资源、减少资 源破坏、延长资源服务年限。

2.3.3 锂

我国锂矿资源量位于世界前列，我国锂矿资源在可采年限方面供应能力等级较强。据美国地调局 （USGS）统计，2020 年世界锂矿储量为 2200 万吨，其中智利、澳大利亚、阿根廷三国合计 占全球总储量比例 78%。

我国锂资源产量位列世界第三，但对外依存度仍高达约 70%。2020 年澳大利亚、智利、中国、 阿根廷为前四大锂资源生产国，合计占比 97%，其中中国占全球产量比例达 16%。但由于我国 是锂资源消费大国，对外依赖度仍较高，

通过以上分析，全球锂资源储量分布较为集中，但好在我国锂资源规模较大，有条件降低对外依 赖程度。我国锂矿资源可分为硬岩型锂矿床与盐湖卤水型锂矿床，盐湖卤水型锂矿占比高达 80% 以上，硬岩锂矿主要为花岗伟晶岩型和花岗岩型锂矿：

花岗伟晶岩型锂矿：品位较高、便于开采，主要分布在新疆阿尔泰成矿带、川西松潘-甘孜成矿 带。川西锂辉石矿品位并不低，但高海拔、高山地貌、恶劣的冬季、以及环保等间接因素所带来 潜在挑战；

花岗岩型锂矿床：也叫锂云母矿，位于我国华南地区的，品位较低且伴生组分复杂，开发利用的 成本较高；

盐湖卤水型锂矿床：主要集中分布在我国的西藏、青海地区，但镁锂比较高，并且多位于海拔高 且自然环境恶劣地区，交通条件不便。

鉴于我国锂资源供应潜力较大的有利因素，如何提高我国锂矿资源的海外供应能力重中之重。对 于四川花岗伟晶岩型锂矿，集中在甘孜州的甲基卡和阿坝州的可尔因两大矿区，由于工艺成熟、 品位较高，但存在单体矿区规模较小的问题，因此应加大勘察开发利用程度；对于于江西的锂云 母矿，尽管目前已解决生产工艺中含氟量较高的问题，但纯度和废渣量较大问题仍亟待解决；而对于我国盐湖资源，具有资源量大且分布较广的特点，但制约因素主要在于我国盐湖资源禀赋较 差，提锂工艺尚不成熟，且当地基础设施更新迭代缓慢，随着我国盐湖提锂技术的不断提高与突 破，应加速提锂 工艺的成果转化投产进度，加强企业管理优化产业结构配置推进，推出优惠政策 加快企业 投建投产，才能有效的利用我国国内锂资源从而有效的提高我国锂矿资源供应能力。

2.3.4 镍

我国镍储量占比仅为世界储量的 3-4%，储消比不断下降。中国镍矿储量在世界占比自 2002 年 以后出现大幅下滑，根据 Wind 数据统计，2002-2018 年比重仅有 1.8%，虽然从 2009 年以 后，随着勘探技术的进步，储量有所回升约为 250 万吨，比重有所回升，但也仅占世界储量的 3%~4%。2016年中国镍资源储消比呈快速下降趋势，这主要是由于中国精炼镍消费量呈快速上 升趋势，从 2000 年的 5.8 万吨增长至 2016 年的 106.3 万吨，年均增长率高达 20%。消费量的 快速增加导致 2000-2016 年中国镍资源储消比呈快速下降趋势，2016 年储消比下降至 20 年以 下。

镍资源分布和供应较为集中。截至 2020 年，前五大镍储量国分别为印尼、澳大利亚、巴西、俄 罗斯、新喀，CR5 达 76%。从生产国家来看，CR5 在 2020 年近 70%，分别为印尼、菲律宾、俄 罗斯、新喀、澳大利亚。

生产企业中，我国控股原生镍产量在 2020 年达 40%，随着印尼新建项目的投产有望进一步提升。 国内镍资源有限，受此影响国内企业加大了海外投资的力度，先后在巴布亚新几内亚、缅甸和印 尼都有项目投资。 2020 年我国原生镍总产量约 101 万吨（不包含中国当地镍铁企业），占全球比例 40%，其中仅 金川 14.6 万吨以本土和进口硫化镍矿为主要矿源，瑞木位于新喀，其余项目几乎都为位于印尼， 矿源为当地红土镍矿。

我国镍资源海外投资基础较好，但过于集中，应在当地加强资源外交，并同时加强镍资源全球配 置。在境外投资主要集中在印尼，造成极易受制于人的局面，我国可向镍资源丰富的俄罗斯、 菲律宾等周边国家寻求潜在的合作渠道。

2.3.5 钴

全球钴储量高度集中，我国钴资源稀缺，钴储量大致为 8 万吨，仅占全球总量的 1.16%。据美 USGS 年统计，2020 年世界钴储量为 760 万吨，主要集中在刚果(金)、澳大利亚、古巴、菲律 宾、加拿大和俄罗斯，6 国合计储量约占世界钴总储量 80%。刚果(金)的钴储量为 350 万吨，占 全球钴总储量 46%，我国钴资源稀缺，钴储量大致为 8 万吨，仅占全球总量的 1%。

世界矿山钴生产高度集中，比资源分布的集中程度更为严重，刚果（金）长期占据着世界矿山钴 生产的主导地位。从各产钴国的生产情况来看，根据 USGS 统计，2020 年刚果（金）矿山钴产 量高达 10 万吨，全世界矿山钴总产量为 14 万吨，刚果（金）的产量占到了世界总产量的 69%， 其他产钴国中，2020 年分别生产矿山钴数百至数千吨不等，其中，产量位居世界第二的俄罗斯， 矿山钴产量也只有 0.9 万吨，世界矿山钴生产情况高度集中于刚果（金）。

企业生产集中度过高，也是资源生产环节的重要风险因素。从各企业的生产情况来看，根据杨卉 芃等芃等于 2019 年《矿产保护与利用》《全球钴矿资源现状及开发利用趋势》统计，2018 年各 主要矿业企业依然占据着世界主要的生产地位，嘉能可钴产量达 4.2 万吨，占全球矿产钴的 31%， 洛阳钼业全年产钴 18700 吨，占比 14%，剩下六大企业分别占据着全球钴产量的 4%-5%，供 给结构较为单一，呈现出寡头垄断的格局。

中国钴资源储量严重不足，造成中国矿山钴产量常年处于低位。据 USGS 统计，2020-2021 年 中国矿山钴产量年产仅约 2200 吨，增长潜力极为有限。

钴资源的回收利用是缓解资源供应安全的重要因素。废金属、废催化剂和可充电电池是最容易回 收利用的含钴产品，而颜料、玻璃和油漆中应用的钴回收是不可能的，因为它在使用中会消散。 就吨位而言，在 1995 至 2005 年期间，从二级资源中回收钴的量增加了一倍多，从估计的 4200 吨增加到 10000 吨以上。

电池钴有望带来大量回收增量。目前，国内回收钴的主要来源是废旧电池、废高温合金和废硬质 合金，其中，高温合金和硬质合金的回收体系较为成熟，回收率较高。随着我国 3C 产品升级换 代的逐渐加快，先前的新能源汽车逐渐到达使用寿命，将会带来大量可供回收的钴资源，再生钴 产量将有所提升。但是，就目前来看，中国钴回收量难以有大的增量。由于动力电池本身存在形 态、尺寸、规格、封装形式、设计工艺等诸多差异，对企业拆解回收工艺要求较高，且回收体系 十分复杂，涉及到电池生产商、电动汽车生产商、资源再生企业等诸多利益，行业内面临着技术 和商业模式不清晰等问题，尚需完善相应的行业规范。

综上所述，我国钴资源对外依存度过高这一供应风险存在的根本原因，由于中国钴储量受限这一 基本事实无法改变，因而建议加强资源的回收利用，建立切实可行的回收机制，提高从电池、高 温合金和硬质合金中回收钴的比例，扩大二次资源供应占比。

针对中国钴产品进口集中度过高这一问题，中国应多元化拓展供应渠道。虽然除了刚果（金）以 外的矿山钴主要生产国产量占直接之比仅有 4-5%，印尼和古巴等国的储量较为丰富，2020 年 占全球储量比例约 8%、7%，矿山产量的增长潜力较大，且这些国家的政治稳定程度要远高于刚 果（金）。中国应就钴资源积极与这些国家展开合作，在国家层面上巩固外交关系，在企业层面 上通过控股、参股和投资等多种合作方式展开合作，在多元化的同时，积极获取上游资源，降低 矿业巨头垄断对中国产生的影响。

2.3.6 稀土

稀土元素具有优异的磁、光、电等物理和化学特性，是不可或缺的核心基础材料，被誉为工业的 “维生素”。

稀土元素在地壳中十分丰富，但是在世界范围内的分布极不均匀。我国稀土资源储量一直处于世 界首位，根据 USGS 数据显示，2020 年中国稀土储量的占有率达到世界稀土的 35%。此外， 美国、巴西、澳大利亚、印度等国稀土资源也比较丰富，这些国家和我国的稀土资源基本上构成 了世界稀土资源的主体。

一直以来我国为全球稀土市场供应的大量稀土资源。随着对稀土资源的重视，国家严格管控稀土 资源产量，随后几年稀土产量逐渐下降，2020 年产量所占比重约为 60%。自 2000 年以来，我国 稀土产量一直位于全球首位，为全球稀土市场提供了大量的稀土资源，有些国家的稀土主要从我 国进口，表明其他国家对我国稀土依赖性较强，同时源源不断的稀土对外输出也表明我国稀土资 源正在不断地消耗，以一国之力为全球稀土市场供应了大量资源。

我国稀土产品市场价值与资源本身的经济价值不匹配。一方面我国既是稀土出口大国，同时也是 稀土进口大国，2018 年我国稀土进口量大幅增长，进口稀土产品总量约 98411 吨，同比增长 180%，其中，稀土金属矿 29000 万吨，同比增长 3729%，稀土化合物 69486 吨，同比增长 102%。2018 年稀土矿产品的大量进口，表明我国稀土市场的供给不足。另一方面，同类稀土产 品进出口价格差异巨大，以钕铁硼类产品为例，进口均价明显高于出口均价，2018 年永磁体出口 均价为 51.73 美元/公斤，进口均价为 92.38 美元/公斤，同类产品价格翻了 1.78 倍，说明我国产 品附加值有待提升。并且我国作为全球稀土的主要供应国，并没有得到相应有的稀土定价权。我 国稀土出口均价波动较小，除了 2011 年稀土价格发生剧烈波动之外，整个观测期间内，稀土价 格上升幅度很小。

稀土开采、冶炼环境代价大，威胁我国环境安全。稀土开采引起的元素放射性污染，对当地的空 气产生不良影响；稀土浸出等生产流程会产生大量废水，其中富含氨氮、重金属等污染物，排放 过程中破坏当地的水资源，对水系统的破坏极大，对土壤的破坏性极强，导致植被不能正常生长； 稀土产生的废渣所含重金属或有害元素，经雨水循环进入河流或地下水体，对当地居民的身体健 康产生负面作用，对生态环境的破坏力度极强。

随着保护稀土资源的意识不断加强，自 2011 年起，政府部门开始管控稀土产量，实行稀土开采 总量制度，严格把控稀土资源开采量，同时也加强对稀土冶炼分离环节的管理。

需求端，稀土功能材料的需求占比逐年提升，2018 年达 72.6%。稀土产品的消费领域可分为传统 领域和稀土功能材料领域。前者包括冶金机械、石油化工、玻璃陶瓷、农业轻工纺织等。稀土功 能材料是指依托稀土元素优异的物理、化学特性，通过在功能材料中加入相应稀土元素从而提升 其原有材料性质所形成的新材料。常见的稀土功能材料主要包括：稀土永磁材料、稀土催化材料、 稀土储氢材料、稀土发光材料、稀土抛光材料等，在新能源汽车、新型显示与照明、工业机器人、 电子信息、航空航天、国防军工、节能环保及高端装备制造等战略性新兴产业中均发挥着重要的 作用。

稀土永磁材料是稀土消耗量最大的应用领域，需求仍将快速提升。自 2000 年以后，我国稀土永 磁材料应用的产业规模不断扩大，烧结钕铁硼磁体毛坯产量由“十二五”初期的 8 万吨增加到 2021 年的 20.7 万吨。另一方面，稀土催化材料在国民经济中占据重要地位，可以广泛应用于环 境和能源，促进高丰度轻稀土元素镧、铈等大量应用，有效缓解并解决我国稀土消费失衡，提升 能源与环境技术，改善人类生存环境。石油裂化催化剂和机动车尾气净化催化剂是稀土催化材料 用量最大的两个应用领域，包括石油裂化催化剂、移动源（机动车、船舶、农用机械等）尾气净 化催化剂、固定源（工业废气脱硝、天然气燃烧、有机废气处理等）尾气净化催化剂等。

综上所述，虽然我国是稀土资源大国，长期以来稀土资源供需不平衡、资源优势逐渐流失、稀土 产业结构失衡以及稀土资源综合利用率低下等一系列问题，这严重影响了稀土产业的安全水平。 针对稀土产业安全存在的问题以及影响因素，建议首先加大稀土资源勘查力度，保证稀土资源储 量的平稳增长；其次，提高稀土产业创新能力，提升资源回收率，延伸稀土产业链；再次，完善 稀土市场管理制度，以提升我国稀土定价权。（报告来源：未来智库）

三、新材料端

3.1 新材料是我国制造业产业安全的基础

3.1.1 我国处在新材料的快速发展期

新材料服务于社会各领域，是制造业的两大“底盘技术”之一。新材料是指新出现的具有优异性 能或特殊功能的材料，或是传统材料改进后性能明显提高或产生新功能的材料。根据国家工业和 信息化部 2021 年 12 月发布的《重点新材料首批次应用示范指导目录（2021 年版）》，新材料产 业包括先进基础材料、关键战略材料、前沿新材料等三大类共 304 种，涉及 先进半导体材料、新 型显示材料、新型能源材料以及电子化工新材料等多种电子材料。新材料服务于国民经济、社会 发展、国防建设和人民生活的各个领域，是经济建设、社会进步和国家安全的物质基础和先导， 支撑了整个社会经济和国防建设，与新一代信息技术并称制造业的两大“底盘技术”。

发达国家在新材料产业占据绝对优势，中国处在快速发展期。据《中国工程科学》2020 年刊载的 《面向2035的新材料强国战略研究》，全球新材料产业已形成三级梯队竞争格局，各国产业发展 各有所长。第一梯队是美国、日本、欧洲等发达国家和地区，在经济实力、核心技术、研发能力、 市场占有率等方面占据绝对优势。第二梯队是韩国、俄罗斯、中国等国家，新材料产业正处在快 速发展时期。第三梯队是巴西、印度等国家。从全球看，新材料产业垄断加剧，高端材料技术壁 垒日趋显现。大型跨国公司凭借技术研发、资金、人才等优势，以技术、专利等作为壁垒，已在 大多数高技术含量、高附加值的新材料产品中占据了主导地位。

2010-2019 年，我国新材料产业总产值年均增速超过 22%。中国自“九五”计划开始就将新材料 作为发展重点，自从“十二五”以来，国内的新材料技术发展取得了很大的进步，自主创新能力 越来越强，创新成果越来越多，国内新材料的龙头企业和领军人才的整体实力也得到大幅度的提 升。我国新材料产业总产值由 2011 年的 8000 亿元增长至 2019 年的 4.5 万亿元，年均增速超过 22%。

3.1.2 欧美发达国家限制高技术对我国出口

《瓦森纳协议》限制高技术对我国出口。《瓦森纳协议》全称为《关于常规武器与两用产品和技 术出口控制的瓦瑟纳尔协定》（简称“WA”），WA 成员国包括世界主要武器生产国和出口国， 是用于管制常规军品和两用物项出口的多边管制机制。主要两类：一是军事类，即专用于军事目 的的设备、物资和技术；二是军民两用类，包括核、电子设备、互联网等在内的敏感物件和技术。

自新中国成立以来，对中国的技术出口管制随中美关系经历了三个阶段。（1）1949 年，美国主 导，英、法、德、日等 17 国在巴黎成立巴黎统筹委员会（简称“巴统”），旨在控制武器装备、战略物资及高技术出口至社会主义国家阵营；并于1952年设立专门中国委员会，禁运等级高于前 苏联和东欧各国。（2）中美两国 1972 年签署三个“联合公报”后，美国主导巴统下调对华贸易 管制等级；1983 年，里根政府还将中国列入“友好的非盟国”。（3）前苏联解体后，美、日、 英、法、德、俄等 40 国于 1995 年签署了取代巴统的《瓦森纳协定》，对包括中国在内的第三方 实行常规武器和两用品及技术出口控制。

OECD 定义 R&D 占产值的比重远高于各类产业平均水平的产业为高技术产业，包含五大类。 “高技术”是指根据研究开发费用比重、技术研发人员比重和技术复杂度三个指标对某类产品及 产业技术评价的术语，也指以当代高精尖技术为基础发展起来的核心技术群。经济合作与发展组 织（OECD）对高技术产业分类的标准在国际上最为通行。OECD 定义 R&D 占产值的比重远高于 各类产业平均水平的产业为高技术产业，包含航空航天制造业、计算机与办公设备制造业、医药 制造业、电子与通信设备制造业、医疗及专用科学仪器制造业五大类，并制定了按照国际贸易标 准 SITC（Rev.3）编码的高技术产品目录。

《瓦森纳协议》对我国高技术产品贸易产生了较大的影响。美国事实上长期对中国进行出口限制， 主要集中在高科技领域的限制上。进入 21 世纪以来，中国高技术产品对美国的出口额增长迅速， 而美国对中国高技术产品出口限制较为严重，信息与通讯技术、光电技术、武器、高新材料为美 国对中国主要逆差行业，并有继续扩大的趋势。日本在2016年以前，日本对中国高技术产品出口 一直为顺差；日本从2017年起对中国的高技术产品出口也转为逆差。随着我国高技术对外贸易规 模的不断扩大，我国自美国、欧盟和日本进口高技术产品的进口金额虽然有所上升，但其所占中 国全部高技术产品进口额的比重却逐年下降。

3.1.3 新材料是支撑制造业发展的基础

《瓦森纳协定》基本限制了中国 2025 战略的所有行业。近年来，西方发达国家对华出口限制的 目的正在发生变化。原来主要是为了遏制中国的军力发展，限制内容主要针对的是军事技术和产 品，富有冷战色彩。随着中国国力的不断增强，军事与高科技限制并重的趋势越来越明显，这些 国家往往更多从国家竞争的战略高度来看待对华出口，以限制高科技对华出口为根本目的，通过 种种管制手段来阻挠我国高科技的发展，从而确保其本国科技实力的领先。从《瓦森纳协定》两 用商品与技术限制清单与我国《“十四五”规划纲要》的对比分析来看，在高技术领域的对华出 口限制，已经成为《瓦森纳协定》关注的限制内容，并在其主要成员国中达成所谓的共识。其中 的案例随处可见，如 2003 年，我国向法国政府购买分辨率为 1 米以下的侦察卫星，便是以受《瓦 森纳协定》清单限制为由而受阻。

我国关键主干高端材料远未实现自主供给，材料产业链风险较大。我国已经建成了门类最为齐全 的材料研发和生产体系，但是关键领域核心技术与发达国家仍有较大差距，新材料体系还不够完 善。我国产业链中关键战略材料、关键原辅料、高端制备装备和高精尖检测设备等核心环节被国 外垄断或控制，材料产业链风险较大。我国关键主干高端材料远未实现自主供给，受制于人问题 十分突出。在大飞机领域表现尤为突出。

目前美国最新的出口管制制度体系（简称“新规”）中， 民用飞机零部件限制向我国出口，我国国产 C919 大飞机的研制和生产带来新的挑战。尽管我国 C919整机拥有自主知识产权，但仍有很多零部件和技术是由国外供应商提供，而其中的发动机、 飞行控制器、航空电子、起落架等核心部件则主要来自于美国。因此，新规的实施使国产大飞机 不得不尽快制定替代方案，选择其他供应商或加速国产替代，这有可能对 C919 大飞机的试飞与 投产进度产生一定影响。

我国新材料产业发展要迎头赶上，支撑制造业发展。新材料产业是战略性、 基础性产业，也是高技术竞争的关键领域，我们要奋起直追、迎头赶上。我国必须建立起支撑材 料体系化发展、产业链安全、关键主干材料自主可控的产业基础能力，提升材料基础制造工艺水 平，保障关键原辅材料的供应链安全，加快发展与新材料相关的工业母机、基础零部件/元器件 (包括高端芯片和传感器)、基础工业软件、基础检验检测设备和平台，提升新材料产业装备基础 水平。

3.2 军工新材料

3.2.1 碳纤维：航空航天刚需，2020 年自给率提升至 37%

碳纤维概况是新一代增强纤维，广泛应用于航空航天、风电叶片、体育休闲、压力容器、碳/碳复 合材料、交通建设等诸多领域。碳纤维是由有机纤维在 1000℃以上裂解碳化形成的含碳量高于 90%的无机纤维，不仅具有碳材料的固有本征特性，又兼备纺织纤维的柔软可加工性，是新一代 增强纤维。碳纤维呈黑色，其质轻、强度高，同时具有易于成型、耐腐蚀、耐高温等多种优良性 质，已经被广泛应用于航空航天、风电叶片、体育休闲、压力容器、碳/碳复合材料、交通建设等 诸多领域。

碳纤维下游各市场领域，风电市场和汽车行业市场潜力巨大。2020 年全球碳纤维的需求量约为 10.69 万吨，其中风电市场依然保持在 20%的强劲增长，而航空航天市场则遭受重挫（主要受影 响的主要是民用航空、公务机），用量急剧降低。风电市场的增长潜力非常巨大，这有待于维斯 塔斯之外的其他风电巨头企业，尤其是中国风电企业批量使用碳纤维。汽车行业中采用碳纤维的 车型越来越多，尤其是新能源汽车，其中电池盒（尤其是底盖），有望成为碳纤维的重大需求品 种。

碳纤维全过程流程长，工序多，技术和生产壁垒非常高。完整的碳纤维产业链包含从一次能源到 终端应用的完整制造过程。从石油、煤炭、天然气均可以得到丙烯，目前低油价形势下，原油制 丙烯的成本最优；丙烯经氨氧化后得到丙烯腈，丙烯腈聚合和纺丝之后得到聚丙烯腈（PAN）原 丝，再经过预氧化、低温和高温碳化后得到碳纤维，并可制成碳纤维织物和碳纤维预浸料，作为 生产碳纤维复合材料的原材料；碳纤维经与树脂、陶瓷等材料结合，形成碳纤维复合材料，最后 由各种成型工艺得到下游应用需要的最终产品。聚丙烯腈（PAN）基碳纤维目前为碳纤维主流产 品，占市场份额的 90%以上。全过程连续进行，任何一道工序出现问题都会影响稳定生产和碳纤 维产品的质量，全过程流程长，工序多，技术和生产壁垒非常高。

国内碳纤维需求增长迅速，自给率逐步提升。2020 年中国碳纤维的总需求为 48,851 吨，对比 2019 年的 37,840 吨，同比增长了 29%，其中，进口量为 30,351 吨（占总需求的 62%，比 2019 增长了 17.5%），国产纤维供应量为 18,450 吨（占总需求的 38%，比 2019 年增长了 53.8%）。 2020 年的中国市场的总体仍然供不应求。2010-2020 年，我国碳纤维总需求量中对于国产碳纤维 的占比从 4.8%提高到当前的 37.8%。相比 2019 年的 31.7%，增长率为 53.8%。连续三年超过 30%的高速增长，说明国产碳纤维的巨大进步。

高端市场对碳纤维及其复合材料有高性能要求，尤其在军用航空航天领域，对于国内而言体现为 较大程度的“刚需”。在军用航空领域，碳纤维增强树脂基复合材料主要应用在战斗机机身、主 翼、垂尾翼、平尾翼及蒙皮等部位中，不仅能提高战斗机抗疲劳、耐腐蚀等性能，还可以起到明 显减重作用；在卫星构件上，高模量碳纤维主要应用于卫星承力筒、桁架、夹层面板及电池板支 架上。目前，我国卫星中已使用高强高模 MJ 系列碳纤维复合材料。

民用航天航空领域，在考虑性能和技术的同时，成本亦为重要考虑因素。轻量化研究是现代材料 设计制造的一大主流，随着节能减排要求的提高，传统的机动化及金属材料使用即将达到极限， 轻量化材料在各领域的应用将会更为广泛。在民用航空领域，高端碳纤维具有优异的力学性能、 环境稳定性和轻质性，是材料领域的轻质、高强高模的典型代表，主要应用于民用大型飞机的制 造。就材料性能而言，碳纤维复合材料是目前最理想的、可应用最广泛的轻量化材料。此外，民 航制造商因航油价格高昂，轻量化的需求比其他领域更为强烈。当成本端达到制造成本低于后期节省燃油费用，民用航空领域大规模使用碳纤维复合材料才成为可能。我国国产 C919 大型客机 的机尾和侧翼均采用碳纤维复合材料制成，而它的商业化将拉动国内对碳纤维材料的需求。

3.2.2 高温合金：距国际先进水平存在较大差距

高温合金是以铁、镍、钴为基，在 600℃以上的高温及一定应力作用下长期工作的一类金属。高 温合金区别于传统金属、合金的特点在于：具有优异的高温强度，良好的抗氧化和抗热腐蚀性能， 良好的疲劳性能、断裂韧性，并在各种温度下保持良好的组织稳定性和使用可靠性等综合性能， 又被称为超合金（Superalloys），主要应用于航空航天领域和电力、石油化工等能源领域。按制 造工艺分为变形高温合金、铸造高温合金和粉末高温合金三类，其中变形高温合金应用范围最广， 占比达 70%，其次是铸造高温合金，占比 20%。按基体元素分为铁基、镍基、钴基等高温合金， 镍基高温合金应用范围最广，占比达80%，其次为铁基，占比14.3%，钴基占比最少，占比5.7%。

与铁基和钴基高温合金相比，镍基高温合金具有更高的高温强度和组织稳定性，广泛应用于制作 航空喷气发动机和工业燃气轮机的热端部件。现代燃气涡轮发动机有 50%以上质量的材料采用高 温合金，其中镍基高温合金的用量在发动机材料中约占 40%。镍基合金在中、高温度下具有优异 综合性能，适合长时间在高温下工作，能够抗腐蚀和磨蚀，是最复杂的、在高温零部件中应用最 广泛的合金。

镍基高温合金按照制造工艺，可分为变形高温合金、铸造高温合金、粉末冶金高温合金。

（1）变形高温合金。变形高温合金经过真空冶炼等工艺浇铸成合金铸锭，通过锻造、轧制等热 变形制成饼坯、棒、板、管等材料，最后模锻成涡轮盘和叶片等毛坯，经热处理后加工成涡轮盘、 叶片等零件。变形高温合金塑性较低，高温变形抗力大，使用普通的热加工手段变形有一定困难，因而需要采取钢锭直接轧制、钢锭包套直接轧制和包套墩饼等新工艺来加工，也采用加镁微合金 化和弯曲晶界热处理工艺来提高塑性。变形高温合金是高温合金中应用最广的一类，占比达到 70%。变形高温合金一直是航空发动机中主要用材，其中 GH4169 在我国航空发动机中已得到广 泛应用，被称为高温合金中的万金油，其材质水平和加工工艺水平近年来得到显著提高。

（2）铸造高温合金。铸造高温合金是通过真空重熔直接浇铸成型的高温合金。随着使用温度和 强度的提高，高温合金的合金化程度越来越高，热加工成形越来越困难，必须采用铸造工艺进行 生产。另外，采用冷却技术的空心叶片的内部复杂型腔，只能采用精密铸造工艺才能生产。铸造 高温合金应用较为广泛，占比约20%，国内的铸造高温合金以“K”加序号表示，如K1、K2等。

（3）粉末冶金高温合金。粉末高温合金是将高合金化难变形的高温合金用气体雾化、等离子旋 转电极等方法制成高温合金粉末，然后采用热等静压或热挤压等方法将粉末制成坯料，最后制成 涡轮盘等零件。随着耐热合金工作温度越来越高，合金中的强化元素也越来越多，成分也越复杂， 导致一些合金只能在铸态上使用，不能够热加工变形，并且合金元素的增多使镍基合金凝固后成 分偏析严重，造成组织和性能的不均匀。粉末高温合金由于粉末颗粒小，制粉时冷却速度快，消 除了偏析，改善了热加工性，把本来只能铸造的合金变成可热加工的形变高温合金，提高了高温 合金的组织均匀性、屈服强度和疲劳性。目前国内粉末高温合金已应用于先进型号发动机上的涡 轮盘、压气机盘等重要部件上。

从航空发动机的发展趋势分析，高温合金必定向着高强度、高抗热腐蚀性、密度小、低成本的方 向发展。发展高质量性能的高温合金材料、提高高温合金成品的工艺水平（比如叶片精密铸造工 艺从等轴晶、定向晶，向单晶工艺发展），是高温合金产业发展必然趋势。

（1）高强度。通过添加适量的 Al、Ti、Ta，保证 γ′强化相的数量。加人大量的W、Mo、Re 等难 熔金属元素，也是提高强度的有效途径。但是为了维持良好的组织稳定性，不析出 σ、υ 等有害 相，而在新一代合金中通过加入 Ru 来提高合金的组织稳定性。

（2）发展抗热腐蚀性能优越的单晶合金。通过添加适量W、Ta 等难熔金属，保证高的 Cr 含量。

（3）发展密度小的单晶合金。从航空发动机设计的角度考虑，密度大的合金难有作为，特别是 对动叶片，在非常大的离心力下是不适合的。为此，要发展密度小的单晶高温合金，如 CMSX-6、 RR2000、TMS-61、A3、ONERA M-3 等，其中的 RR2000 单晶合金实际上是在 IN100（K17） 合金基础上发展的，密度为 7.87g/cm3。

国产化程度：目前我国高温合金生产企业数量有限，仍有超过 40%的高温合金需从国外进口。经 过近 60 年的努力，我国已建立起自己的高温合金体系，但高温合金性能水平低、质量稳定性差、 成本价格高的问题并没有得到根本解决。目前我国高温合金生产企业数量有限，生产能力与需求 之间存在较大缺口，仍有超过 40%的高温合金需从国外进口，并且发达国家部分涉及核心关键技 术的高温合金产品不允许出口。高温合金尤其是高性能高温合金市场仍主要依赖进口，应用于涡 轮叶片、燃烧室、涡轮盘等的高温合金部件全部依赖进口。

高温合金材料限制我国航空发动机发展，金属水平低导致国产高温合金价格反而高于进口低端产 品。由于航空发动机用高温合金材料存在技术瓶颈，我国航空发动机仍然存在部分进口的局面， 高温合金材料国产化是航空发动机国产的先决条件。以航空发动机用量最大的 GH4169 高温合金 棒材为例，从性能水平看，该材料在美国共有 28 个等级，其中仅仅有中低等级的产品允许向我国 出口，即使如此，这些产品的品质也优于国内同类产品。从质量稳定性看，国内不同厂家、不同 批次的材料，甚至同批材料的不同位置，性能波动也较大，产品合格率仅 50%-60%。从成本看， 国产产品售价为 35 万元/吨，自美国进口的同规格产品售价仅 23 万元/吨，价格差距超过 50%。

规模较大的高温合金生产企业为抚顺特钢、钢研高纳和航材院，宝钢特钢、攀长钢、中科院金属 所也具备一定的产能。国内企业间属于竞争合作关系，直接竞争较少，同时存在上下游合作，以 实现技术创新、扩大产能以满足市场需求为主要发展目标。但我国高温合金的整体技术水平较国 外龙头企业仍有较大差距，整体产能和实际有效产能较小，在技术水平、成本上尚存在差距。

发达国家高温合金生产企业技术先进，部分产品由于限制出口不向中国销售。全球的高温合金生 产商不足 50 家，并且集中在美国、英国、德国、法国、俄罗斯、日本和中国。美国有多家独立的 高温合金公司，包括 GE 和普特拉-惠特尼公司（PW）能够生产航空发动机用高温合金的公司， 以及汉因斯-斯泰特公司（Haynes Stel-lite Company）、因科国际公司（Inco Alloys International, Inc.）、ATI 和卡彭特技术公司（Carpenter Technology Corporation）等能生产其他特钢和高温 合金的公司。欧盟国家中英、德、法、俄是世界上主要的高温合金生产和研发代表。

英国是世界 上最早研究和开发高温合金的国家之一，其高温合金铸造技术世界领先，代表产品是国际镍公司 （Mond Nickel company）的 Nimocast 合金，之后航空发动机制造商罗罗控股公司（RollsRoyceplc）又研制了定向凝固和单晶合金 SRR99、SRR2000 和 SRR2060 等，主要用于航空发 动机制造。国际高温合金生产企业技术先进、产品种类齐全，但由于发达国家限制技术出口，一 些国外公司的部分产品尚不向中国销售。

3.2.3 钛合金：高端棒材、丝材进出口价差显著

轻合金材料作为一种新型金属材料，其中以铝合金、镁合金、钛合金为代表的轻合金材料应用越 来越广泛。钛合金因具有强度高、耐蚀性好、耐热性高等特点而被广泛用于航空航天、化工、石 油、电力、海水淡化、建筑、体育休闲等各个领域。钛合金是以钛元素为基材加入其他元素组成 的合金，具有密度小、比强度大、耐腐蚀性好、耐热耐低温性好、无磁性、抗冲击性好、焊接性 能好等优点，以及超导性、记忆特性和储氢性能等特异性能，广泛应用于化工、航空航天、电力、 船舶、海洋工程、医药、冶金等领域。钛合金能够减轻结构重量、提高结构效率、耐高温、与复 合材料结构相匹配、满足高抗蚀性和长寿命的要求，广泛应用于航空领域，主要用在飞机的结构 件和发动机部件上面。

在飞机结构件方面，钛合金主要应用于飞机结构承力部件，例如壁板、缘条、框、梁、接头和起 落架等。这些部件需要的钛合金材料加工材主要有棒材、厚板、薄板、锻件、乳制型材和挤压型 材等产品。

航空发动机要求良好的抗高温强度、抗蠕变性和抗氧化性能，钛合金是最佳选择。发动机是飞机 的心脏。发动机的风扇、高压压气机盘件和叶片等转动部件，不仅要承受很大的应力，而且要有 一定的耐热性。航空发动机部件要求金属材料在室温至较高的温度范围内具有很好的瞬时强度、 耐热性能、持久强度、高温蠕变抗力、组织稳定性。这样的工况条件对铝来说温度太高；对钢来 说密度太大。目前，航空发动机用高温钛合金的最高工作温度已由 350℃提高到 600℃，能够满 足先进发动机对材料的需求。钛在飞机发动机上的用量越来越多，在国外先进航空发动机中，高 温钛合金用量已占发动机总质量的 25%~40%。

专有技术的限制和巨额资金的投入是钛加工行业的主要进入壁垒。在技术方面，由于钛金属非常 活泼，钛的熔炼和加工技术难度高。钛及钛合金从熔炼到最终产品一般需要海绵钛的制备、钛材 的制备和钛材的应用三步，其中前两步的技术复杂、制备难度大，是钛应用的难点和关键环节， 海绵钛和钛材的质量直接决定钛制品的质量。目前仅有美、俄、日、欧洲和中国等少数国家能够 进行工业化生产。在资金方面，高技术难度要求具备专业研究能力的机构或企业进行长期的积累， 并投入大量资金，进行设备的投入与更新和合金的研制，因此其生产成本一直居高不下。

钛合金材料的发展趋势：

（1）钛合金材料质量的批次稳定性控制技术。钛合金材料质量的批次稳定性直接影响到高端装 备的性能和安全性，其控制技术发展是一个永恒的话题。批量化生产质量的批次稳定性受工艺先 进性、装备状态、现场作业规范性等因素影响，且随着钛合金铸锭锭型、棒材规格不断增大，必 须大力投入研发来提高工艺合理性、识别过程质量控制关键要素，进而提高钛合金材料质量的批 次稳定性控制技术，以满足高端领域的要求。

（2）大型钛合金铸锭、棒材以及锻坯的制备技术。为了提高装备性能和结构效率，减轻结构重 量，缩短生产周期和控制成本，新型军用飞机、民用大型客机以及各种航空发动机钛合金零部件 用量越来越大，而且钛合金零部件结构整体化比例越来越高。比如叶片和叶盘被整体叶盘取代， 多个框梁被整体框取代，发动机机匣和鼓筒直径也越来越大。近年来，我国多台大型模锻成型设 备投产，大吨位成型技术快速发展。我国更多新型军用飞机、大飞机的大量部件从设计之初就明 确采用整体化制造工艺路线，相关零部件锻件用钛合金棒材和锻坯的规格也越来越大，大型钛合 金铸锭、棒材以及锻坯的制备技术仍是行业技术发展的重要方向之一。

（3）超高强高韧钛合金和高温钛合金的研发。随着新型航空装备的结构效率要求越来越高，对 超高强高韧钛合金的需求越来越紧迫。国内有关单位也相继开展了 1,350MPa 以上的超高强钛合 金的研制。国内开发了 1300MPa+60MPa•m1/2 级别的超高强高韧钛合金及单重达 5 吨、截面厚 度近 400mm 的超大规格锻坯，而目前国外尚未出现此类大规格锻件用超高强度高韧钛合金材料。

超高强高韧钛合金的技术成熟度需要进一步提高。高温钛合金是航空发动机的关键材料，使用温度可涵盖 300℃~600℃，可以取代部分高温合金和不锈钢，用于制造发动机和燃气轮机叶片、盘 件、机匣、鼓筒等多种发动机零部件。国外 IMI834 钛合金是目前 600℃使用最为广泛、技术成熟 度最高的钛合金，在 Rolls-Royce 的 Trent 系列、EJ200、普惠的 PW350 均有应用。我国 600℃ 及 600℃以上使用的高温钛合金技术成熟度暂无法满足新型航空发动机的研制要求，相关研制工作需要加快推进。

（4）兵器等用特种钛合金研发及制备技术。钛合金的比强度高、耐腐蚀性好，具有在兵器、海 洋工程、核电等领域应用的独特优势。比如采用钛合金作为导弹战斗部材料，不仅能够通过减重 提高巡航速度，同时良好的损伤容限性提高了战斗部精确打击能力。开发新型特种钛合金对其在 高性能武器、海洋工程、核电等领域扩大应用具有重要意义。

2011 年至 2016 年，中国钛材的需求下滑，随后大幅上升趋势。2008 年以来，中国钛材的需求总 体上呈上升趋势，2011 年钛材市场达到阶段性高点，其后国内钛材需求开始下滑，中国钛工业出 现结构性产能过剩，航空用高端钛材供不应求，民用中低端钛材产能严重过剩。在高端化工、航 空航天、船舶和电力等行业需求带动下，我国钛加工材需求不断创新高。

目前，我国的钛合金市场成熟、航空用钛材基本实现国产自主供应。由于大量军工装备、大飞机 研制及批量化生产加快，航空等领域对钛材的技术要求不断提高，少数优势单位依托承担国家项 目、自立项目的研发推动，我国高端钛材相关技术显著提升。大规格钛合金铸锭真空自耗电弧熔 炼技术、大规格棒材锻造技术等发展迅速，航空装备用钛合金材料的国产化水平不断提高，不少 钛合金材料填补了国内空白，基本满足了国内高端市场对钛材性能水平的需求。

但我国发展航空 航天用钛合金技术的起步时间相对较晚，技术基础较为薄弱，应用研究深入度不够，长期以来， 我国钛合金材料研发主要以仿制美国、俄罗斯等国钛合金牌号为主。航空航天用钛合金与国际平 均水平（50%）有较大差距，和美、俄（70%以上）相比差距更大。如钛合金挤压型材、模锻件、 大型钛合金宽厚板、大型钛合金铸件、航空紧固件用钛合金棒丝材等，高端领域用钛合金产品的 品质与国外还有很大的差距，急需我国钛行业提高产品品质，以充分满足国防军工对钛合金的发 展需要。

全球市场格局：目前我国高端钛材订单集中于西部超导和宝钛股份两家龙头，合计占据超过 95% 以上的市场份额，已经形成较为稳固的双寡头竞争格局。西部超导以棒丝材为主，侧重航空、航 天、舰船、兵器等军用市场，宝钛股份品种齐全，产品用途更为广泛，板、带、管、棒、线等广 泛应用于航空航天，海绵钛自足并外销。在全球钛合金供应市场中，目前国外几大铁材生产商拥 有超过 80%的市场占有率，产业集中度很大，即国际铁合金市场，特别是航空用铁市场在某种程 度上说是一个寡头垄断的市场。

在这个市场上具有垄断地位的厂家仅有少数，分别是俄罗斯的 VSMPO-AVISMA（阿维斯玛镁钛联合企业），美国的 Timet（美国钛金属公司）、RTI（国际金 属公司）、ATI（阿勒格尼技术）等。这些生产厂家都有自己生产用于加工钛合金加工材原料的 海绵铁的生产能力，他们除了生产钦铸锭、棒、丝等加工材外，还可生产钛合金锻件和铸件、板 材、管材等材料。这几个国际钛行业生产巨头对市场价格的控制力较强，市场竞争较为激烈。

3.3 半导体产业金属新材料

根据半导体的制作流程，半导体材料主要分为前端制造材料和后端封装材料，其中相关金属材料 主要包括靶材、硅微粉、锡球、键合丝。具体来说，在前段制造，硅晶圆环节会用到硅片；清洗 环节会用到高纯特气和高纯试剂；沉积环节会用到靶材；涂胶环节会用到光刻胶；曝光环节会用 到掩模板；显影、刻蚀、去胶环节均会用到高纯试剂，刻蚀环节还会用到高纯特气；薄膜生长环 节会用到前驱体和靶材；研磨抛光环节会用到抛光液和抛光垫。在后端封装，贴片环节会用到封 装基板和引线框架；引线键合环节会用到键合丝；模塑环节会用到硅微粉和塑封料；电镀环节会 用到锡球。其中相关金属材料主要包括靶材、抛光液、硅微粉、锡球、键合丝五种。

3.3.1 建设靶材：溅射法制备薄膜的核心材料，日美厂商占比约占 90%

溅射靶材是溅射法制备薄膜的主要材料之一。溅射工艺是制备电子薄膜的主要技术之一，它利用 离子源产生的离子，在高真空中经过加速聚集而形成高速离子束流，轰击固体表面，离子和固体 表面原子发生动能交换，使固体表面的原子离开固体并沉积在基底表面。被轰击的固体是用溅射 法沉积薄膜的原材料，称为溅射靶材。

从下游应用来看，靶材下游市场主要包括平板显示、信息存储、太阳能电池、半导体四个领域， 四大板块约合占比 96%。据我们测算，2020 年全球靶材结构中平板显示靶材占比约 39%、记录 媒体靶材占比约 33%、太阳能电池靶材占比约 17%、半导体靶材占比约 8%。我国靶材市场结构 中显示面板靶材占比约 48%、记录媒体靶材占比约 31%、太阳能电池靶材占比约 9%、半导体靶 材占比约约 9%。

其中半导体芯片行业是对靶材的成分、组织和性能要求最高的领域，靶材纯度要求通常达 99.9995%（5N5）甚至 99.9999%（6N）以上。在下游应用领域中，半导体产业对溅射靶材和溅 射薄膜的品质要求最高，随着更大尺寸的硅晶圆片制造出来，相应地要求溅射靶材也朝着大尺寸 方向发展，同时也对溅射靶材的晶粒晶向控制提出了更高的要求。溅射薄膜的纯度与溅射靶材的 纯度密切相关，为了满足半导体更高精度、更细小微米工艺的需求，所需要的溅射靶材纯度不断 攀升，通常半导体靶材纯度要求通常达 99.9995%（5N5）甚至 99.9999%（6N）以上。单纯 的金属提纯无法满足靶材要求，而超高纯铜、超高纯铝等核心技术多掌握在霍尼韦尔、日矿、东 曹等美、日企业手中。

除金属提纯环节外，我国在靶材制造与溅射镀膜环节也仍有众多技术难点尚待突破：

靶材制造环节是在溅射靶材产业链条中对生产设备及技术工艺要求最高的环节，但目前我国生产 设备及技术工艺相对于国外差距仍然较大。靶材制造环节首先需要根据下游应用领域的性能需求 进行工艺设计，然后进行反复的塑性变形、热处理来控制晶粒、晶向等关键指标，再经过水切割、 机械加工、金属化、超生测试、超声清洗等工序。溅射靶材制造所涉及的工序精细且繁多，工序 流程管理及制造工艺水平将直接影响到溅射靶材的质量和良品率。目前制备靶材的方法主要有铸 造法和粉末冶金法。对于难熔金属，也可采用熔炼法，但目前我国生产设备及技术工艺相对于国 外差距仍然较大，靶材质量与国外先进水平相比仍有较大距离。

溅射镀膜环节：溅射机台长期被美国、日本等跨国集团垄断。在溅射镀膜过程中，溅射靶材需要 安装在机台中完成溅射反应，溅射机台专用性强、精密度高，市场长期被美国、日本跨国集团垄 断。具体来看，镀膜设备大体可分成真空形成系统、发射源和沉积系统、沉积环境控制系统、监 控系统、传动机构系统 5 部分，但目前国产供应商多集中在中低端产品，中高端市场占比极小。 如发射源和沉积系统，尽管国内有能力制作热蒸发系统，但普遍使用的电子枪系统和溅射电源设 备依然依赖进口，而在 RF 离子源方面，已有国内企业打破技术封锁成功研发出高端国产设备， 但与国外仍有一定差距。

半导体靶材技术含量极高，日矿金属、东曹以及美国的霍尼韦尔、普莱克斯四家日美厂商占据了 全球半导体芯片用靶材市场约 90%的份额。半导体靶材技术含量极高，处于靶材应用场景顶端， 市场集中度极高，日矿金属、东曹公司以及美国的霍尼韦尔、普莱克斯公司，四家靶材制造国际 巨头，占据了全球半导体芯片用靶材市场约 90%的份额。凭借着先发优势，美日等国的靶材企业 已经具备了从金属材料的高纯化制备到靶材制造的完备的技术垂直整合能力，在全球高端电子制 造用靶材市场占据着绝对的领先地位。

在政策引导和支持下，我国半导体用铜、铝、钛等靶材已实现定点突破，江丰电子（铝靶、钛靶、 钽靶）、有研新材（铜靶）是国内半导体用溅射靶材的龙头企业。

3.3.2 硅微粉：半导体封装核心填充材料，大部分高质量球形硅微粉还依赖进口

硅微粉是以结晶石英、熔融石英等为原料，经研磨、精密分级、除杂等工艺加工而成的粉体。作 为无机非金属矿物功能性粉体材料，硅微粉具有高耐热、高绝缘、低线性膨胀系数和导热性好的 特性，广泛应用于覆铜板、环氧塑封料、电工绝缘材料、胶粘剂、陶瓷、涂料等领域，在消费电 子、家用电器、移动通信、汽车工业、航空航天、国防军工、风力发电等行业渗透深入。

硅微粉主要包括结晶硅微粉、熔融硅微粉和球形硅微粉三类，其中球形硅微粉填充率最高，能降 低覆铜板和和环氧塑封料的线性膨胀系数，需求趋势向上。其中球形硅微粉填充率高于角形硅微 粉，能够显著降低覆铜板和环氧塑封料的线性膨胀系数，在大规模集成电路封装上应用较多，并 逐步渗透到航空、航天、精细化工及特种陶瓷等高新技术领域中。且在 5G、数据中心和汽车电动 化趋势下，高频高速等高端 CCL 市场空间将会打开，球形硅微粉需求趋势向上。

大规模集成电路对球形硅微粉要求严格，我国大部分高质量球形硅微粉还依赖进口。据金戈新材 料 2018 年发布的《球形硅微粉 5 大应用领域及指标要求》一文介绍，大规模集成电路对球形硅微 粉的纯度、粒度分布、填充率及杂质含量有严格的要求，技术壁垒高：

高纯度：高纯度是电子产品对材料最基本的要求，在超大规模集成电路中要求更加严格，除了常 规杂质元素含量要求低外，还要求放射性元素含量尽量低或没有。

其中美国生产的用于超大规模集成电路封装料的球形硅微粉，SiO2 含量达 99.98%以上；

FeAlCaMg 等金属氧化物含量总和小于 130×10-6；放射性元素含量在 0.5×10-6以内；

日本生产的球形硅微粉：SiO2 含量达 99.9%；Fe2O3 含量可达 8×10-6；水淬取液中 Na+K+Ca2+Cl-等离子含量分别可达 5×10-6以下；放射性 U 含量达 0.1×10-9以下。

国内一般也要求 SiO2 的质量分数大于 99.5%、Fe2O3 的质量分数小于 50×10－6、Al2O3 的质量 分数小于 10×10－6，还要求放射性元素铀(U)和钍(Th)含量很低。

超细化及高均匀性：国外用于超大规模集成电路封装料的球形硅微粉粒度细、分布范围窄、均匀 性好，美国一般为 1-3μm，日本平均粒径一般为 3-8μm，最大粒径小于 24μm。

高球化率及高分散性：球化率是保证填充料高流动性、高分散性的前提，球化率高、球形度好才 能保证产品的流动性和分散性能好，在环氧塑封料中就能得到充分的分散并能保证最佳填充效果。 国外产品球化率一般都能达到 98%以上，而国产料球化率一般只能达到 90%左右，少数可达到 95%。

目前，国内大部分高质量球形硅微粉还依赖进口。制备高纯、超细的球形硅微粉已成为国内粉体 研究的热点。国内生产的主要是角形结晶硅微粉和角形熔融硅微粉，基本能满足国内市场需求， 也有部分出口，但大部分产品档次较低，国内市场需求的高档硅微粉如球形硅微粉仍依赖国外进 口，据联瑞新材招股书披露，按照我国半导体集成电路与器件的发展规划，我国对球形硅微粉的 需求预计将达到 10 万吨以上，成长潜力较大。同时球形硅微粉的国产替代对于我国半导体产业的 国产率提升与安全具有极其重要的意义，备高纯、超细的球形硅微粉也是成为国内粉体研究的重 点方向之一。

从市场格局来看，电化株式会社、日本龙森公司和日本新日铁公司三家企业合计占据了全球球形 硅微粉 70%的市场份额。国内球形硅微粉主要生产企业有联瑞新材（2022 年具备 2.39 万吨球形 硅微粉产能）、华飞电子（雅克科技）（2022 年具备 2.2 万吨球形硅微粉产能）。

3.3.3 键合丝：半导体封装专用材料，外资品牌的厂商仍然占据大部分市场份额 ，大陆企业市场 份额仅为 11%

半导体键合丝产品作为芯片和外部电路之间的电连接引线，是半导体集成电路、分立器件、传感 器、光电子等传统封装工艺制程中必不可少的核心基础原材料，也是是半导体封装专用材料。键 合丝是半导体器件和集成电路组装时，使用引线键合技术实现芯片内电路的输入/输出连接点(键 合点)与引线框架的内接触点之间实现电气连接的微细金属丝。为半导体封装专用材料，是芯片与 外部电路主要的链接材料，具有良好的力学性能、电学性能和焊点稳定性。

常见的键合丝有金丝、银丝、铜丝、铝丝等，从基础材料划分，目前市场上使用比较普及的键合 丝产品主要有 4 大类型：键合金丝、键合铜丝、键合银丝、键合铝丝。从合金成份及复合结构细 分，主要有纯金丝、金银合金丝（行业中也称高金线）、银合金丝、纯铜丝、铜合金丝、镀钯铜 丝、金钯铜丝（多元金属覆膜）、镀金银丝、纯铝丝、硅铝丝等。不同类型的键合丝产品性能各 有差异，但在不同封装领域都有批量使用需求。

外资品牌的厂商仍然占据大部分市场份额 ，大陆企业市场份额仅为 11%。随着新的半导体封装 技术不断涌现，对键合丝也提出了更高的要求。

1）超细线径、高强度：在芯片尺寸越来越小、终端产品越来越轻薄、工作频率越来越高的情况 下，超细线径键合丝产品的应用受到着力推动；焊线间距越来越窄要求键合丝有更加优良的键合 力和成弧能力；加之多芯片堆叠式封装产品的不断普及发展，需要键合丝具有更高的强度来满足 低弧长弧的作业要求。

2）低成本、高可靠、高专业性：随着电子数码产品全面进入了微利时代，作为上游供应链的半 导体封测行业面临更大的成本压力，选择低成本键合丝产品成为必然选择。键合铜丝、键合银丝 产品固然解决了成本上难题，但铜金属材料和银金属材料抗腐蚀性差及 IMC 生成过快的劣势在产 品应用中也无可避免的凸显，因此生产研发高可靠性的低成本产品是键合丝企业努力的方向。同 样基于降本原因，封装企业对键合丝产品的打线效率提出了越来越高的要求，提高键合丝产品的 作业性成为生产企业重要的研发课题。

但国内键合丝厂家大多不太重视产品研发或不具备产品研发能力，习惯采取摸着石头过河的方法 对不成熟的产品强行推广，结果往往是让封装客户对国产品牌键合丝失去信心。

外资品牌的厂商仍然占据大部分市场份额。据中半协封装分会调研数据显示，由于键合丝属于半 导体封装的核心材料，产品门类多，应用的场景复杂，质量要求高，产品制造有一定的技术壁垒 和工艺难度，国内企业从事全系列键合丝生产制造的厂家不多，产品相对单一或低端，产地分布 也相对分散些，区域性特征并不十分明显。相比而言，从企业规模、发展历程及市场辐射能力来 看，外资品牌的厂商仍然占据大部分市场份额。其中烟台一诺电子是纯内资品牌企业中具有自主 研发能力，产能最大的民族企业。市占率仅为 11%。

3.3.4 锡球：日本千注和中国台湾升贸等几大企业占据市场 86%以上份额，大陆市场份额低

封装 BGA 锡球作为 BGA、CSP 等先进芯片封装过程中的关键性原材料。随着 BGA、CSP 等先 进封装形式越来越主流以及随着芯片集成化程度越来越高，预计使用量将会不断攀升。BGA 锡球 是 IC、精密电子等产品中起到电性以及机械连接作用的一种连接件. 一般为由锡（Sn），银（Ag)， 铜(Cu)组成的合金（最常用为 SAC305 材料），其主要特点是：直径微小（70μm--760μm）、 真圆度高、光亮度、含氧量低、导电和机械连线性能佳、球径公差微小等；作为 BGA、CSP等先 进芯片封装过程中的关键性原材料。随着 BGA、CSP等先进封装形式越来越主流，以及随着芯片 集成化程度越来越高，I/O 数量上升，封装锡球的尺寸会进一步减小，预计使用量会继续攀升。

BGA锡球生产设备及工艺要求较高，以日本的千注和中国台湾的升贸等几大企业为主，占据市场 86%以上的份额。

BGA锡球生产设备及工艺要求较高，中国大陆相关企业工艺较为落后，无法满足高端半导体产业 的需求。BGA 锡球生产设备及工艺要求较高，对 BGA 锡球的真圆度、光亮度、导电和机械连接 性要求较高，同时要求锡球的球径公差较小，含氧量较低，因此使得该产品对生产设备和技术要

求较高，附加值高，特别是近年来为了配合线路的密集型趋势，对锡球球径的要求呈逐步缩小趋 势，从而更是给 BGA 锡球的生产增加了难度，但中国现有锡合金焊接球制造工厂因为技术水准相 对较低，有些甚至采取传统裁切后，热油成形的制程，都有生产效率低，容易氧化，CPK 差及油 污等缺点，无法满足高端半导体产业的需求。

BGA 锡球替代空间巨大，以日本的千注和中国台湾的升贸等几大企业为主，占据市场 86%以上 的份额。2019 年，每月大约有 25 万 KK 的 BGA 锡球需求量，约 5000 万人民币的金额。全球主要锡球厂商为日本千住和韩国 Duksan。千住在全 球和中国的锡球市场占有率分别约为 40%和 37%，均为第一。韩国最大的锡球供应商 Duksan 市 场占有率在全球大约 20%,在中国约 8%。

国内主要有新华锦、上海华阳、重庆群威以及深圳六海等少数企业能够提供锡球产品，但是市场 占有率都不高。目前中国锡合金焊接球市场各个供货商之市占率大约如下：千住(37%)，恒硕 (19%)，MKE(15%)， Duksan(8%)，大瑞(7%)，新华锦(6%) 及其他(8%)。

3.4 5G 产业金属新材料

5G 产业金属相关材料方面，主要包括高频覆铜板、砷化镓、磷化铟等。5G 通讯用材料品种异常 丰富，从金属材料、陶瓷材料、工程塑料、玻璃材料、复合材料到功能材料，都有着巨大的市场 空间。5G 的布局带动了整个产业链的发展，但目前我国部分 5G 材料依然高度依赖进口，在中美 科技竞争日趋紧张的态势下，国产替代的紧迫性日趋提升，金属相关材料方面，主要包括高频覆 铜板、砷化镓、磷化铟等。

3.4.1 高频覆铜板：印刷线路板（PCB）的核心组件，大陆企业市占率仅为 7.3%

覆铜板上游原材料主要包括铜箔、玻璃纤维布、树脂等材料。覆铜板（CCL）是由石油木浆纸或 者玻纤布等作增强材料浸以树脂，单面或者双面覆以铜箔，经热压而成的一种板状材料。高频覆 铜板则是一类应用在高频下具有高速信号、低损耗传输特性的 PCB 基板材料，覆铜板上游原材料 主要包括铜箔、玻璃纤维布、树脂等材料。覆铜板的下游印刷线路板（PCB）应用领域广泛，包 括计算机、通信终端、消费电子、汽车电子、工业控制、医疗仪器、国防、航空航天等领域。从 覆铜板结构来看，其中增强材料与粘结剂组成覆铜板的绝缘基体，支撑覆铜板电子电气、机械、 化学等性能，铜箔则使制成的印刷电路板形成导电线路。

其中覆铜板的原材料铜箔、玻璃纤维布、树脂分别约占覆铜板材料成本的 40%、 27%、 23%， 铜箔为覆铜板最主要的成本来源。

分类：按传输损耗等关键性能指标，覆铜板的基材可分为常规电路基材、中等损耗高速电路基材 以及高频电路基材。基材主要涉及一些树脂材料，如 PTFE、碳氢化物树脂、环氧树脂等。高频 线路板基材，这类材料处于覆铜板行业金字塔的顶端，行业门槛最高，且在未来万物互联时代应用空间最大。中间层为用于高速信号传输的高速材料，亦有一定壁垒。最底层为一般的常规电路 基材。

5G 高频技术对 PCB 提出了更高的要求，高频覆铜板也具有高技术壁垒。5G 高频技术对 PCB 提 出更高的要求，其通讯设备对 PCB 的性能的要求主要包括高特性阻抗的精度控制、低传输延迟及 低传输损失三方面。而促使 PCB 高频化主要有两个途径，一是提高 PCB 加工中的工艺控制，另 一是使用高频的覆铜板。其中覆铜板工艺生产的核心难点也在于原材料的选择及配方比例，直接 影响覆铜板介电损耗与介电常数的主要因素。因此对于高频 PCB 而言，高频 CCL 材料非常重要， 包括基板材料 Dk/Df、TCDk、介质厚度稳定性以及铜箔类型等，也形成了高技术壁垒。

3.4.2 磷化铟、 砷化镓、氮化镓：lnP 与 GaAs 国内外差距较大，GaN 技术代差较小，仍存在弯 道超车机会，但目前仍有八成依赖进口

磷化铟、 砷化镓、氮化镓因具有高功率密度、低能耗、适合高频率、支持宽带宽等特点，是实现 5G 的关键材料。常见的半导体材料以物理性能区分可划分为三代，其中第一代半导体以 Si、Ge 为代表，第二代半导体以 GaAs、InP 为代表，第三代半导体以 GaN、SiC 为代表。在高频、高功 耗、高压、高温等特殊应用领域，III-V 族化合物半导体材料以及宽禁带化合物半导体材料作为衬 底有独特的优势。因此我们预计 5G 时代也将带来以 InP（磷化铟）、GaAs（砷化镓）、GaN （氮化镓）为代表的第二、三代半导体材料的需求倍增。

1）磷化铟：光模块器件和高端射频器件是磷化铟下游主要的应用。磷化铟是磷和铟的化合物， 磷化铟作为半导体材料具有优良特性。使用磷化铟衬底制造的半导体器件，具备饱和电子漂移速 度高、发光波长适宜光纤低损通信、抗辐射能力强、导热性好、光电转换效率高、禁带宽度较高 等特性，因此磷化铟衬底可被广泛应用于制造光模块器件、传感器件、高端射频器件等对应下游 终端领域包括 5G 通信、数据中心、人工智能、无人驾驶、可穿戴设备等领域。据 Yole 数据显示， 2020 年光模块器件、传感器件、高端射频器件三者销量占比分别为 82%、4%和 14%。光模块器 件和高端射频器件目前是磷化铟下游主要的应用。

磷化铟衬底用于制造光模块中的激光器和接收器，随着 5G 基站建设的大规模铺开，将极大带动 对光模块需求的增长。光模块是光通信的核心器件，主要应用于通信基站和数据中心等领域。磷 化铟衬底用于制造光模块中的激光器和接收器。据悉，5G 基站对光模块的使用量显著高于 4G 基 站，随着 5G 基站建设的大规模铺开，叠加 5G 基站网络结构的变化，将极大带动对光模块需求 的增长。根据 Yole 统计，2025 年全球电信光模块（包括 5G 通信市场）市场规模将从 2019 年的 37 亿美元提升至 56 亿美元，2019-2025 年复合增长率为 7.15%。此外数据中心建设需求也将带 动光模块需求增长。

整体来看，受益于全球范围内 5G 基站大规模建设的铺开，以及在数据流量爆发增长的背景下， 全球云计算产业的发展也将带动全球范围内数据中心的大量建设，到 2026 年全球光模块器件磷 化铟衬底（折合两英寸）预计销量将超过 100 万片，2019 年-2026 年复合增长率达 13.94%。 2026 年全球光模块器件磷化铟衬底预计市场规模将达到 1.57 亿美元，2019-2026 年复合增长率 达 13.94%。

此外，5G 时代磷化铟也有望成为终端设备以及基站设备前端射频器件的核心半导体材料。5G 网 络高频、高速的特性要求前端射频组件具备在高频、高功率下更好的性能表现，从而对其半导体 材料电子迁移率和工作温度等物理性能提出了更高的要求。而作为第二代半导体材料代表的磷化 铟（InP），具有高的电光转换效率、高的电子迁移率、高的工作温度、以及强抗辐射能力的特点， 在 100 GHz 以上的带宽水平，使用磷化铟基射频器件在回程网络和点对点通信网络的无线传输方 面具有明显优势，且有很宽的带宽，受外界影响小，稳定性高。因此 InP 在 5G 时代有望成为终 端设备以及基站设备前端射频器件的核心半导体材料，甚至未来在 6G 通信甚至 7G 通信无线传 输网络中，磷化铟衬底也将有望成为射频器件的主流衬底材料。

2）砷化镓：目前化合物半导体中最重要、用途最广泛的半导体材料，也是目前研究得最成熟、 生产量最大的化合物半导体材料。由于砷化镓具有电子迁移率高（是硅的 5~6 倍）、禁带宽度大 （它为 1.43eV，Si 为 1.1eV）且为直接带隙，容易制成半绝缘材料、本征载流子浓度低、光电特 性好。用砷化镓材料制作的器件频率响应好、速度快、工作温度高，能满足集成光电子的需要。、 可以利用砷化镓半导体材料制备微波器件，它在卫星数据传输、移动通信、GPS 全球导航等领域 具有关键性作用。

目前，砷化镓衬底主要应用下游器件包括射频器件、激光器、LED 等，其中射频器件销量占比 33%。据 Yole，2019 年全球 5G 相关射频器件砷化镓衬底销量占全球砷化镓衬底销量的 33%，是 砷化镓的主要应用领域之一。且随着 5G 基站建设的大量铺开及单部 5G 手机所使用的射频器件数 量将的大幅增加也将拉动砷化镓衬底的需求较快增长；据 Yole 预测，2025 年全球射频器件砷化 镓衬底（折合二英寸）市场销量将超过 965.70 万片，2019-2025 年年均复合增长率为 6.32%。 2025 年全球射频器件砷化镓衬底市场规模将超过 9,800 万美元，2019-2025 年年均复合增长率为 5.03%。

3）氮化镓：5G 基站所需的 PA，也为氮化稼带来了绝佳的市场机遇，有望率先打开率先打开 GaN 商用空间。GaN 作为继第一代 Ge、Si 半导体材料，第二代 GaAs、InP 化合物半导体材料之 后的第三代半导体材料，在光电子、高温大功率器件和高频微波器件应用方面有着广阔的前景。, 其中。5G 时代，氮化镓将加速渗透基站所需的射频功率放大器（PA），为氮化稼带来了绝佳的 市场机遇，有望率先打开率先打开 GaN 商用空间。

据中国移动李晓明 2018 年于电信技术发布的《5G 时代新技术需要关注氮化镓》一文介绍，射频 氮化镓技术是 5G 的绝配，基站功放使用氮化镓。氮化镓（GaN）、砷化镓（GaAs）和磷化铟 （InP）是射频应用中常用的三五价半导体材料。与砷化镓和磷化铟等高频工艺相比，氮化镓器件 输出的功率更大；与碳化硅（SiC）等功率工艺相比，氮化镓的频率特性更好。氮化镓器件的瞬 时带宽更高，载波聚合技术的使用以及准备使用更高频率的载波都是为了得到更大的带宽。

从下游应用来看，目前 GaN 主要应用在射频及快充领域，国防军事与航天应用是我国 GaN 微波 射频器件的主要应用领域。据第三代半导体产业技术创新战略联盟数据显示，2020 年市场规模占 整个 GaN 射频器件市场的 53%; 其次是无线基础设施，下游市场占比为 36%。

磷化铟与砷化镓国内与国外差距较大，氮化镓国内与国外技术代差不大，存在弯道超车机会，但 国内产业化程度低，仍有八成依赖进口。

1）磷化铟：磷化铟单晶制备技术壁垒高，国内企业产能规模较小，大尺寸磷化铟晶片生产能力不足

磷化铟单晶制备技术壁垒高，美国 AXT 公司和日本住友掌握着行业核心技术。据悉，能使单晶 批量化生长的技术主要有高压液封直拉法（LEC）、垂直温度梯度凝固法（VGF）和垂直布里奇 曼法（VB）。美国 AXT 公司和日本住友分别使用 VGF 和 VB 技术可以生长出直径 150mm 的磷 化铟单晶，日本住友使用 VB 法制备的直径 4 英寸掺 Fe 半绝缘单晶衬底可以批量生产。VGF 生 产技术要求晶体表面翘曲度小于 15 微米，位错水平越低越好。中国磷化铟制备技术与国际水平仍 有较大差距，国内企业产能规模较小，大尺寸磷化铟晶片生产能力不足。

国内开展磷化铟单晶材料的研究工作已经超过 30 年，但磷化铟单晶生长技术的研究规模、项目 支持力度和投入较小，与国际水平还存在较大差距。目前，国内除通美北京工厂（AXT 持股 85.6%）外，尚没有可批量生产单晶衬底的厂家。但传统的砷化镓、锗单晶衬底厂家包括珠海鼎 泰芯源公司、云南锗业、先导稀材、中科晶电、东一晶体在内的厂家正在积极布局。目前，由于 国内激光器外延厂家尚未实现大规模生产，磷化铟衬底占全球总市场份额不足 2%。

从市场格局来看，磷化铟衬底材料市场头部企业集中度很高，主要供应商包括 Sumitomo、北京 通美（AXT 持股 85.6%）、日本 JX 等。Yole 数据显示，2020 年全球前三大厂商占据磷化铟衬底 市场 90%以上市场份额，其中 Sumitomo 为全球第一大厂商，占比为 42%；北京通美位居第二， 占比 36%。

2）砷化镓：大直径、半绝缘材料的核心技术仍掌握在美日欧等少数国际大公司手中

大直径、半绝缘材料的核心技术仍掌握在美日欧等少数国际大公司手中。砷化镓材料分为半绝缘 型和半导体型。其中高端市场为半绝缘型砷化镓，市场主要被德国费里伯格、日本住友电工、美 国 AXT 所掌控，中国目前还没有形成产业规模，半绝缘型砷化镓也是高速、高频器件及电路、光 电集成电路的重要衬底材料，中国的砷化镓衬底材料主要用在光电子领域，以 LED 用半导体型砷 化镓为代表的低端市场为主。未来国内砷化镓衬底企业亟需研发生产半绝缘型衬底的加工工艺， 实现生产 6 英寸、低缺陷密度、高表面质量的砷化镓衬底。

全球砷化镓衬底市场集中度较高。根据 Yole 统计，2019 年全球砷化镓衬底市场主要生产商包括 Freiberger、Sumitomo 和北京通美（AXT 持股 85.6%），其中 Freiberger 占比 28%、 Sumitomo 占比 21%、北京通美占比 13%。

3）氮化镓： 技术代差不大，弯道超车更容易

相对于第一代半导体材料和第二代半导体材料，我国第三代半导体材料与国产领先水平差距较小， 在以氮化镓和碳化硅为代表第三代半导体材料方面有追赶和超车的机会。由于第三代半导体材料 和应用产业发明并实用于本世纪初年，各国的研究水平差距较小的，国内产业界和专家多认为第 三代半导体材料成了我们摆脱集成电路(芯片)被动局面，据半导体在线 2021 年发布的《国产氮化 镓器件发展机遇与挑战》一文介绍，相比欧美日较成熟的 GaN 半导体材料产业体系，我国第三代 半导体研究起步较晚，目前尚处于研制阶段，尚未形成初步的产业格局。但第三代半导体材料， 国内外的技术代差并不大。

中国相关产业和研发虽然发展势头强劲，但专利输出仍不足。从氮化镓领域的专利申请量来看， 中国相关专利申请始于 1995 年，并迅速发展，于 2016 年达到峰值（89 项）。就专利发展态势而 言，全球硅基氮化镓研究蓬勃发展，中国相关产业和研发，起步晚，但发展势头强劲。然而从中、 美、日、欧、韩五局专利流向来看，美国和日本是最主要的技术来源国和目标国，专利技术输入 输出都非常活跃；而中国的专利输入远大于输出，特别是日本和美国专利布局的重要目标地。此 外相关专利申请量排名前 20 的企业中，日本有 11 家企业入围，超过半数，美国有 4 家，中国有 2 位，分别为中科院半导体研究所和中国台湾的企业台积电；

相对于传统 LED 芯片用氮化镓，5G 通信基站件对材料性能和器件结构设计要求都更高，预计未 来将主要采用 SiC 基衬底(GaN-on-SiC)。氮化镓最早应用于光电领域，用做 LED 芯片材料，但 应用较为简单，依靠氮化镓材料本身的优良特性即可达到良好性能，且器件结构也较为简单。但 在射频领域与功率器件上，材料性能和器件结构设计要求都很高。

具体来看，若根据衬底材料的不同，氮化镓外延片可分为蓝宝石衬底(GaN-on-Diamond)、Si基衬 底(GaN-on-Si)、SiC 基衬底(GaN-on-SiC)和 GaN 衬底(GaN-on-GaN)四种，分别主要用于 LED、 电力电子、射频和激光器。其晶体质量依次提高，成本依次升高。

其中 5G 基站使用的主要为 Si 基衬底(GaN-on-Si)、SiC 基衬底(GaN-on-SiC)衬底材料，且随着更 小、更轻基站的发展趋势，大型网络设备供应商已经转向基于碳化硅基氮化镓(GaN-on-SiC)的设 计，而不是传统的硅(Si)基器件，以满足其基站的高频率、高功率需求。

目前 SiC 很少大范围应用 5g 基站，仍以 Si 基衬底(GaN-on-Si)为主。核心原因一方面是由于相 比 Si 器件， SiC 价格往往高出数倍，另外一方面是由于 SiC 衬底晶圆的尺寸受到限制，目前尚未 超过 6 寸，大尺寸、低成本、高质量衬底和外延片的制备等也仍旧是需要行业面临的重要难题。

此外虽然氮化镓已经用在了基站里面，但普通手机要应用射频氮化镓技术，仍然还有众多技术尚 待突破。目前 4G 手机射频前端模组通常包括功率放大器、射频开关及其他元器件（滤波器等）， 其中用于放大输入信号的功率放大器多采用砷化镓工艺。但相对于 4G 手机，5G 手机将会使传输 速率提升到 10Gbps，为目前 4G 速度的 100 倍，传统的砷化镓工艺在射频方面已经较难完全满足 相关要求，在此背景下，预计未来 5G 手机里面氮化镓技术将有巨大的成长机会。

但目前射频氮化镓技术应用在智能手机中仍然面临着众多挑战，据 Qorvo 称，氮化镓技术进入手 机的困难主要在于以下三点：1）目前手机使用的电压范围是 3 至 5V，在这种电压下，氮化镓的 性能要打很大折扣，为了发挥 GaN 的效率带宽优势，需要提升手机工作电压到 28-36V 的性能更 优，因此需要对智能手机的系统架构进行重新设计。2）必须设计新封装形式以满足散热要求；3） 目前衬底晶圆受到目前行业生产良率、尺寸限制等因素影响，成本也依然太高。

此外氮化镓工艺也面临着缩小工艺尺寸的技术挑战。目前氮化镓工艺尺寸也正在从 0.25μm 至 0.5μm 向 0.15μm 转换，一些领先厂商甚至在尝试 60nm。

从生产企业来看，日美欧厂商仍然处于领先地位，大陆企业仍然相对弱势，但各个环节均已有涉 足。GaN 器件产业链各环节依次为：GaN 单晶衬底（或 SiC、蓝宝石、Si）→GaN 材料外延→器 件设计→器件制造。目前产业以 IDM 企业为主，但是设计与制造环节已经开始出现分工，如传统 硅晶圆代工厂台积电开始提供 GaN 制程代工服务，国内的三安集成也有成熟的 GaN 制程代工服 务。整体上来看，日美欧厂商仍然处于领先地位，大陆企业仍然相对弱势，但各个环节均已有涉 足。具体来看，据北京电子协会 2019 年发布的《GaN 产业链梳理，有哪些厂商正在布局？》一 文介绍：

1）GaN 衬底：主要由日本公司主导，日本住友电工的市场份额达到 90％以上。我国目前已实现 产业化的企业包括苏州纳米所的苏州纳维科技公司和北京大学的东莞市中镓半导体科技公司等。

2）GaN 外延片：主要有比利时的 EpiGaN、英国的 IQE、日本的 NTT－AT。中国厂商有苏州晶 湛、苏州能华等，苏州晶湛 2014 年就已研发出 8”硅基外延片，已能批量生产。苏州能华主要面 向太阳能发电、电力传输等电力领域。

3）GaN 器件设计厂商（Fabless），主要有美国的 EPC、MACOM、Transphom、Navitas，德 国的 Dialog，国内有被中资收购的安谱隆（Ampleon）等。 全球 GaN 射频器件独立设计生产供应商（IDM）中，住友电工和 Cree 是行业的龙头企业，市场 占有率均超过 30％，其次为 Qorvo 和 MACOM。

住友电工在无线通信领域市场份额较大，其已成为华为核心供应商，为华为 GaN 射频器件最大供 应商。Cree 收购英飞凌 RF 部门后实力大增，LDMOS 产品和 GaN 产品在全球都比较有竞争力。

我国第三代半导体各环节国产化率较低，超过八成的产品依赖进口。据 CASA Research 数据显 示，在 GaN 电力电子方面，GaN-on-Si 外延片折算 6 英寸产能约为 28 万片/年，GaN-on-Si 器件/ 模块折算 6 英寸产能约为 22 万片/年。

在 GaN 微波射频方面，截至 2020 年，SiC 半绝缘衬底折算 4 英寸产能约为 18 万片/年，GaN-onSiC 外延片折算 4 英寸产能约为 20 万片/年，GaN-on-SiC 器件/模块折算 4 英寸产能约为 16 万片/ 年。2020 年，新能源汽车、PD 快充、5G 等下游应用市场增长超预期，国内现有产品商业化供给 无法满足市场需求，尤其是 SiC 电力电子和 GaN 射频存在较大缺口。这也导致我国第三代半导体 各环节国产化率较低，超过八成的产品依赖进口。

3.5 相关对应措施

全球经济形势与政治形势正在发生深刻调整，全球新材料产业竞争格局正在发生重大调整。当前， 全球经济形势与政治形势正在发生深刻调整，一方面新一轮科技革命与产业变革蓄势待发，新材 料制造与信息技术、通信技术、以及绿色能源、生物医药等高技术加速融合，新材料创新步伐不 断加快，国际市场竞争日趋激烈。另外一方面国际政治形势深刻演变，单边主义逆流涌动，国防 安全也面临全新挑战。其中国防材料技术对国防科学技术、国防力量的增强和国民经济的发展具 有重大推动作用，作为发展武器装备的物质基础和技术先导，新材料的应用也能够大幅提高武器 装备的性能。

同时，随着全球经济形势与政治形势的深刻变化，全球新材料产业竞争格局及我国的新材料产业 结构也正在发生重大调整。由于我国众多新材料的研究开发都处于跟随国外领先技术方式状态， 核心自主知识产权的成果尤其是具有原创性的国际专利还不多，很多核心利技术壁垒的制约，产 业基础短板问题突出，对新材料核心技术的掌控能力较弱，在整个新材料发展中仍然面临着不少 困难和挑战。

因此未来我国金属新材料国产替代的核心逻辑也在于加快构建相关材料的科技创新的新发展格局， 着力提升原始创新能力、规模工程化和成果转化能力，推进金属新材料的绿色制造，大力发展满 足高端应用的具有自主知识产权的新型高端金属材料及应用技术，建立我国先进金属新材料的 “产学研用”创新平台，构建金属新材料及应用的低碳经济产业链，形成具有我国自主知识产权 的高性能金属新材料战略性产业，满足国防军工、航空航天、集成电子、5G 通讯等重点战略性行 业的发展需要。

1）加强国家层面的金属新材料领域战略预判研究和政策保障能力。加快建立国家层面统筹的金 属新材料的知识产权体系、技术体系、人才体系、平台体系；加强国家金属新材料领域中长期规 划实施的连续性和延续性，形成长期稳定的国家支持，避免间歇性支持；同时加强相关领域知识 产权的保护意识，完善知识产权保护相关法律体系及其执行机制，加强和落实对职务发明人创新 活动的激励措施，激发金属新材料及其产业的内生动力和创新技术涌现。

2）加强金属新材料领域的基础研究和应用基础研究，促进原创性成果出现。启动金属新材料重 大专项或重点项目，前瞻性布局金属新材料，利用不同地区的资源优势及高技术产业集群优势、 人才优势等建立不同行业的国家新材料科技创新中心，形成从冶炼分离、材料加工到下游应用和 科技创新的金属新材料产业链集群和大数据中心。此外也应该加强金属新材料的个性化产业化基 础研发，依据质量优先原则，保障各类重大工程的“有材可用”；继续支持国防军工、航空航天、 集成电子、5G 通讯等重点行业的发展。

3）加强金属新材料优势团队的支持和人才梯度建设，提升金属新材料的可持续创新能力。对金 属新材料领域优势研究机构和优势团队进行长期稳定支持，尽快建立不同层面的国家金属新材料 的科技创新平台基地，充分发挥老中青年专家在人才梯队建设中的作用，避免出现人才断层和人 才资源浪费，着重培养金属新材料领域的青年骨干和专职技术人员。对于优秀技术人才，可以适 当放宽评定政策门槛，进而促使领军人才在科研和创新活动中能够自发涌现。

（本文仅供参考，不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息，请参阅报告原文。）

精选报告来源：【未来智库】。未来智库 - 官方网站

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