今日《Nature》:3D打印完美性能组合的共晶高熵合金获突破-金属3D打印工厂

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今日《Nature》:3D打印完美性能组合的共晶高熵合金获突破

8月3日,美国麻省大学陈文教授与佐治亚理工学院朱廷教授团队合作在Nature发表了一篇题为“Strong yet ductile nanolamellar high-entropy alloys by additive manufacturing”的研究成果。L-PBF/SLM技术具有极高的温度梯度和超快的冷却速率,可以有效地细化晶粒从而实现材料的高强度。然而,通过该技术制造的高强度纳米结构合金通常延展性有限,研究人员使用L-PBF打印了AICoCrFeNi2.1的双相纳米层状高熵合金(HEAs),其表现出约1.3GPa的高屈服强度和约14%的大均匀伸长率,这超过了其他先进的金属3D打印材料。

今日《Nature》:3D打印完美性能组合的共晶高熵合金获突破

论文链接:https://www.nature.com/articles/s41586-022-04914-8(已上传QQ群)
目前L-PBF技术制备的纳米合金具有高强度但塑性低。材料强度和塑性的相互制衡是材料科学中的普遍难题。共晶合金代表了一类很有前途的多主元素合金,这可以形成双相层状分层微观结构,从而为实现优异的机械性能提供了巨大潜力。然而,通过传统的凝固路线,层片的厚度通常在微米或亚微米的范围内,这限制了这些 材料达到强度。相比之下,纳米层和纳米层状金属表现出高强度,但延展性太低。这些材料通过薄膜沉积或严重的塑性变形制造,通常会导致具有强塑性各向异性的高度纹理化的纳米结构,限制了它们的实际应用。研究人员利用激光粉末床熔融 (L-PBF) 的极端印刷条件和共晶合金的有利成分效应来产生一种独特类型的远非平衡微观结构,其形式为嵌入共晶中的双相纳米薄片。这种3D打印的共晶高熵合金展示了强度和延展性以及几乎各向同性机械性能的完美结合。
实现对3D打印材料中凝固组织和缺陷的合理控制具有挑战性,因为激光加工的参数空间本来就很大。使用归一化等效能量密度方法,研究人员确定了一个有效的 L-PBF处理窗口来打印完全致密的AlCoCrFeNi样品。通过调整激光功率和扫描速度,能够将层状厚度减少到几十纳米,尽管它们的微观结构相似,但专注于用更精细的纳米层表征结构和相关特性的可调性。此外,还打印了各种具有代表性的工程组件,包括散热器风扇、八角桁架微晶格和齿轮,证明了该共晶高熵合金对各种复杂几何形状的出色可打印性。

今日《Nature》:3D打印完美性能组合的共晶高熵合金获突破

图1:AM AlCoCrFeNi2.1的多尺度非平衡态组织表征

研究人员3D打印的共晶高熵合金的高屈服强度(约1.3 GPa)主要源于双相纳米层状结构的强强化效应。平均厚度分别为64nm和151nm的交变bcc和fcc纳米层及其半相干界面对位错滑移作用有很强的相互约束作用。根据Hall-Petch关系估计,这种纳米层合强化对屈服强度的贡献约为1GPa。此外,L-PBF的快速凝固会在样品中产生高密度的预先存在的位错,从而产生额外的强化效果。使用中子衍射测量来确定样品中预先存在的位错密度,在bcc (Pbcc)和fcc (Pfcc)纳米层中的平均位错密度分别高达(7.4 +1.1)x 10^14 m^-2和(5.4 + 0.3)x 10^14 m^-2,导致屈服强度估计增加约280MPa。因此,材料的高屈服强度是通过L-PBF的双相纳米层结构实现的,并通过高密度的打印诱导位错进一步增强

今日《Nature》:3D打印完美性能组合的共晶高熵合金获突破

图2:AM AlCoCrFeNi2.1的拉伸力学性能。(b)图中红色五角星代表本研究的结果,实心标志代表材料打印态性能,空心标志代表材料热处理态性能

今日《Nature》:3D打印完美性能组合的共晶高熵合金获突破

图3:通过原位中子衍射研究AM AlCoCrFeNi2.1的变形机理。(a)拉伸方向FCC和BCC特征晶面的晶格应变(lattice strain)随真应力的演变,图中标志和实线分别代表中子衍射实验和晶体塑性有限元模拟结果。(b)拉伸过程中应力在FCC和BCC相中的实时分布。(c)不同应变下合金的中子衍射图谱。(d)通过改进Williamson-Hall方法计算得到的FCC和BCC相位错密度随应变的变化。

L-PBF的异质纳米层结构的一个重要好处是产生大的局部塑性应变梯度,导致强烈的背应力硬化。如原位晶格应变测量所示,塑性屈服始于fcc相,而bcc相保持弹性。来自弹性体心立方相的几何约束可能会导致层状界面附近出现强烈的局部塑性应变梯度,这将通过几何必要位错 (GND) 来适应. 此外,在 cc相塑性屈服后,两个共变形相之间的额外变形不相容性源于它们的塑性各向异性(即fcc和bcc滑移系统的不同方向和电阻),并且也会被GND调节。因此,在fcc/bcc界面附近的 GND的持续积累,与HRTEM观察到的界面位错随负载增加一致,可能会产生强大的背应力46并因此提高材料的流动应力。扩展数据显示了典型的加载-卸载-再加载曲线,具有明显的滞后回线,表明存在显着的包辛格效应。因此,这种强烈的背应力硬化反映了来自L-PBF的异质纳米层结构的有益效果,这与来自传统热机械处理的通过微层合金中的纳米沉淀物的背应力硬化形成对比。

今日《Nature》:3D打印完美性能组合的共晶高熵合金获突破

图4:AM AlCoCrFeNi2.1的变形微结构演变。(a-c)不同应变下合金的虚拟明场旋进电子衍射(precession electron diffraction)图,图中红色标志代表BCC纳米片层,绿色标志代表FCC纳米片层。(d-f)不同应变下合金的高倍明场TEM图,图中黄色箭头指明5%应变量下FCC纳米片层中的变形层错(deformation-induced stacking faults),黄色虚线指明FCC-BCC相界面。(g-i)高分辨TEM图显示原子尺度FCC-BCC相界面特征。(j-l)不同应变量下对应的反快速傅里叶变换(IFFT)图,图中黄色圆圈指明刃型位错(edge dislocations)。

总之,研究人员利用L-PBF技术和共晶高熵合金的有利成分效应开发了一类双相纳米片状合金,该合金表现出高屈服强度和高拉伸延展性的卓越组合,超过了其他国家-最先进的3D打印合金。分层的双相纳米结构基序通常可应用于其他共晶高熵合金以改善其机械性能。对3D打印的该合金的强化和硬化行为所获得的机理见解可应用于高性能金属合金的设计,这些合金可开发出丰富多样的复杂多相层状结构,例如铝合金和钛合金。

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2021年中国水利工程建设行业现状分析,投资建设提速明显,智慧水利重要性提升「图」-不锈钢3D打印工厂

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一、水利工程建设综述

水利是指人类为了生存和发展的需要,采取各种措施,对自然界的水和水域进行控制和调配,以防治水旱灾害,开发利用和保护水资源。水利工程是指防洪準、水力发电、引(供水、涂治理持、水资源保护等各类工程(包括新建、扩建、改建、加、修复、拆除等项目)及其配套和属工程。按水利工程投资主体的不同性质,水利工程也就有了不同的分类,可以区分这几种不同的情况:

水利工程分类

2021年中国水利工程建设行业现状分析,投资建设提速明显,智慧水利重要性提升「图」

资料来源:公开资料整理

二、水利工程建设行业相关政策梳理

基建投资是2022年稳增长的重要抓手之一,在此背景下,年初以来中央多次提到加快推进重大水利工程建设。3月29日,李克强总理主持召开国务院常务会议,决定新开工一批条件成熟的水利工程,提高水资源保障和防灾减灾能力,全年可完成投资约8000亿元。4月26日,习近平总书记主持召开中央财经委员会第十一次会议强调全面加强基础设施建设构建现代化基础设施体系,为全面建设社会主义现代化国家打下坚实基础,会议指出,要加强交通、能源、水利等网络型基础设施建设。“十四五”期间,国家150项重大水利工程将陆续开工。

2022年中国水利建设投资相关会议内容

2021年中国水利工程建设行业现状分析,投资建设提速明显,智慧水利重要性提升「图」

资料来源:政府公开报告,华经产业研究院整理

相关报告:华经产业研究院发布的《2022-2027年中国水利工程建设市场竞争格局及行业投资前景预测报告》

三、水利工程建设产业链

从产业链来看,水利工程项目包括了水利工程设计、水利工程施工和水利工程养护。其中水利工程设计是指为达到一定的水利目标而制定的工程方案、建筑物和实施方法以及经费预算等工作,由具有水利设计资质的公司承担,水利设计资质分为甲级、乙级、丙级和丁级;水利工程施工是按照设计提出的工程结构、数量、质量、进度及造价等要求修建水利工程,由具有水利施工资质的公司承担,水利工程总承包资质分为特级、一级、二级和三级;水利工程养护是指对水利工程进行养护和维修,维持、恢复或局部改善原有工程面貌,保持工程的设计工程。

水利工程建设产业链

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资料来源:公开资料整理

四、水利工程建设投资情况

水利投资作为基建投资的一部分,也是政府逆周期调节的重要变量,在经济下行压力较大时能够起到一定的对冲作用。近年来我国水利工程投资建设明显提速,2010-2021年全国完成水利投资由2320亿元增加至7576亿元,10-21年CAGR为11.36%。

2010-2021年中国水利建设投资完成额及增速情况

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资料来源:水利部,华经产业研究院整理

截至2021年12月15日,2021年已累计安排中央水利建设投资计划1482.0亿元,其中中央预算内水利投资901.0亿元、中央财政水利发展资金581.0亿元。

2017-2021年已累计安排中央水利建设投资计划

2021年中国水利工程建设行业现状分析,投资建设提速明显,智慧水利重要性提升「图」

资料来源:水利部,华经产业研究院整理

从水利建设投资项目数量来看,据水利部数据统计,2021年中央水利投资计划已分解落实水利建设项目13859个,累计开工13794个。其中,中央预算内水利投资计划项目1520个,累计开工1503个;中央财政水利发展资金项目12339个,累计开工12291个。

2014-2020年水利建设投资项目数量及增速情况

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资料来源:水利部,华经产业研究院整理

五、水利工程建设行业重点企业

粤水电(全称:广东水电二局股份有限公司)成立于2001年,于2006年在深交所上市。公司由广东省水利水电第二工程局作为主发起人设立,创立初期专注水利水电、市政工程、地基与基础工程、公路工程及机电安装工程等的施工业务,并于2004年承接了第一个国外水利工程,积累了丰富的施工经验,形成了较高的品牌影响力。从公司营收情况来看,据统计,2021年粤水电营业收入达到143.6亿元,同比增长14.15%。

2015-2021年粤水电营业总收入及增速情况

2021年中国水利工程建设行业现状分析,投资建设提速明显,智慧水利重要性提升「图」

资料来源:公司公告,华经产业研究院整理

从粤水电新签及在手订单来看,公司在手订单充足,中长期来看有望支撑业绩增长。据统计,截止22Q1末,公司新签工程施工项目32个,合计金额26.65亿元,在手未完工项目仍有169个,合计金额252.66亿元。

2017-2022年粤水电新签及在手工程项目金额情况

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资料来源:公司公告,华经产业研究院整理

六、水利工程建设行业未来发展趋势

1、政策驱动下,水利工程建设亦具备明确的现实需求

从政策角度来看,水利部印发《关于实施国家水网重大工程的指导意见》指出,要建成一批重大引调水和重点水源工程,新增供水能力290亿立方米。2020年国务院常务会议正式确定到2022年推进150项重大水利工程,包括防洪减灾工程56项、水资源优化配置工程26项、灌溉节水和供水工程55项、水生态保护修复工程8项、智慧水利工程5项,总投资规模达1.29万亿元,有望带动间接投资约6.6万亿元。截止到2021年,150项重大水利工程已批复67项,累计开工62项。在十四五保障“防洪安全、供水安全、粮食安全、生态安全”的主基调下,防洪减灾、水资源优化配置和水生态保护修复,使得我国水利工程投资建设亦具备更为明确的现实需求。

2、供水工程和防洪减灾仍占据主流,智慧水利重要性有所提升。

当前我国已有20个省和直辖市对“十四五”期间水利工程投资额做出了相关规划部署,预计十四五水利工程规划总投资额合计可达6.1万亿元,十四五期间计划完成投资额达3.9万亿元,相较“十三五”期间规划2.43万亿元投资额增加近1.5万亿元,同比增加60.8%。

从已披露十四五规划的具体投资分类上来看,十四五期间水利投资主要聚焦四个大方向:防洪减灾、供水保障工程、水生态修复、智慧水利。而供水工程和防洪减灾工程仍是十四五水利工程投资的主基调,分别占当前水利投资规划总额的50.4%/29.0%。此外,智慧水利被提及较多,个别省份如浙江、广东已将智慧水利单独列为水利工程的投资类别,虽然目前占整个十四五期间投资额的比例较低,但是预计在水利数字化、信息化加持下,智慧水利工程作为新兴领域,未来重要程度有望持续提升。

“十四五”期间15个省市水利建设投资额分类情况

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注:15个省市包括:云南、广东、浙江、安徽、山东、福建、湖南、重庆、陕西、广西、内蒙古、吉林、宁夏、四川、天津。

资料来源:各省市水利厅,华经产业研究院整理

华经产业研究院对中国水利工程建设行业发展现状、市场供需情况等进行了详细分析,对行业上下游产业链、企业竞争格局等进行了深入剖析,最大限度地降低企业投资风险与经营成本,提高企业竞争力;并运用多种数据分析技术,对行业发展趋势进行预测,以便企业能及时抢占市场先机;更多详细内容,请关注华经产业研究院出版的《2022-2027年中国水利工程行业市场发展现状及投资前景展望报告》。

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2021年中国中央空调行业现状、竞争格局及趋势分析,行业景气度上行「图」-不锈钢3D打印工厂

✅大唐盛世-3D打印一站式服务平台,专注于金属3D打印的设计、加工、定制生产及应用,为新老用户提供钛合金3D打印、不锈钢3D打印、铝合金3D打印、模具钢3D打印等近百种金属3D打印加工服务及综合解决方案。大唐盛世多年金属3D打印经验,打印精密度高(误差小于0.05mm),售后保证,不满意可重做。

一、中央空调综述

中央空调,可通过应用不同技术实现更大的制冷量,广泛应用于大型场馆、酒店、轨道交通等商用场景以及个人住宅等家用场景。从制冷原理上看,中央空调与家用分体式空调并无本质差别。中央空调与家用分体式空调的最大差别在于制冷量:卧室、客厅几十平方米的适用面积与大型商超、写字楼相比明显不在同一量级。

主流中央空调通常可以分为离心机、风冷螺杆机、水冷螺杆机、模块机、多联机、单元机、溴化锂、水地源热泵等多个机组类别。按照能源方式分类主要可以分为电制冷和热制冷,其中大部分中央空调类型为电制冷,溴化锂中央空调为热制冷,主要用于工业领域。电制冷中央空调中,离心机、风冷/水冷螺杆机和模块机以水为载冷剂,即通常意义上的“水机”,主要为商用,亦有部分小型户式冷水机为家用。多联机和单元机以氟为载冷剂,即通常意义上的“氟机”,在家用场景和中小型商用场景中应用广泛。多联机为变频一拖多机组,即一台室外机连接多台室内机,可以实现对多个房间温度的精准控制;单元机多指风管机和天花机,采用一台室外机连接一台室内机的形式,将室内机送出的冷热风通过风管输送到较远的地方。

中央空调分类及介绍

2021年中国中央空调行业现状、竞争格局及趋势分析,行业景气度上行「图」

资料来源:公开资料整理

二、中央空调行业政策梳理

“双碳”背景下多项政策对商用空调和冷冻冷藏领域提出更高要求,产业升级趋势下制冷元器件将迎来新的发展机遇。商用空调领域,2020年多项政策发布对多联机、单元机等中央空调细分品类能效等级提出更高要求,鼓励发展微通道换热器、电器膨胀阀等制冷空调领域高效节能关键零部件。

近年中国中央空调行业相关政策梳理

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资料来源:政府公开报告,华经产业研究院整理

相关报告:华经产业研究院发布的《2022-2027年中国中央空调行业运行态势及未来发展趋势预测报告》

三、中央空调产业链

中央空调产业的上游为金属原料及各类零部件,如压缩机、风机等,中游是中央空调的生产制造,下游主要是中央空调的应用,主要为生活用中央空调和生产用中央空调两大方向,涵盖多个领域。

中央空调产业链

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资料来源:公开资料整理

四、中央空调行业现状分析

从中央空调市场规模来看,中央空调行业景气度高,过去10年除2015年及2020年外,其余年份均实现了正增长,据统计,2021年中国中央空调内销市场规模为1120.1亿元,同比增长27.0%,2016-2021年的年复合增速11.1%;行业2022年以来在疫情冲击、地产销售走弱等多重不利影响下仍实现较好增长,1-5月中央空调内销额440.4亿元,同比增长3.8%。

2012-2021年中国中央空调内销规模及增速情况

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资料来源:公开资料整理

中央空调根据其补充能源方式、制冷方式、外部热循环及冷媒方式等不同可分为多联机、单元机、离心机、模块机等多种类型,其中多联机中央空调是中央空调中占比最大的产品类型,是影响中央空调行业增长的主要力量。据统计,2021年中国多联机中央空调内销市场规模680亿元,同比增长31.6%,增速在各类中央空调中居首。

2021年中国不同类型中央空调内销规模情况

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资料来源:公开资料整理

从各类型中央空调历年来市场占比来看,多联机在中央空调整体市场中的占比持续提升。据统计,多联机中央空调2014内销占整体比重42.5%,2021年已提升至60.7%,较2020年提升2.1pct,22Q1进一步提升到61.3%。

2019-2022年中国不同类型中央空调内销规模占比

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资料来源:公开资料整理

中央空调主要渠道可分为工程项目市场、家装零售市场、以及精装修市场,其中工程项目市场是中央空调市场出货的主要方向。据统计,2021年中国工程项目市场、家装零售市场、精装修市场的占比分别为61.3%、28.2%和10.5%。

2020-2021年中国中央空调渠道结构情况

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资料来源:暖通空调与热泵,华经产业研究院整理

五、中央空调行业竞争格局

中央空调行业竞争格局清晰,大金、日立、格力、美的为市场份额层面的第一阵营,海信家电各品牌市占率合计居首。具体从整体中央空调市场竞争格局看,根据艾肯制冷数据,2021H1格力、美的、大金、日立品牌市占率位于前列,分别为16.3%、15%、12.7%、9.8%,其中海信家电旗下的日立、海信、约克品牌的市占率分别为9.8%、3.2%、3.5%,合计16.5%,居行业首位。

2021年H1中国中央空调市场竞争格局情况

2021年中国中央空调行业现状、竞争格局及趋势分析,行业景气度上行「图」

资料来源:艾肯制冷,华经产业研究院整理

就多联机市场竞争格局而言,2021年H1大金、日立、格力、美的、东芝品牌市占率位居前列,市占率分别为22.9%、18.2%、13%、12.3%和11%,其中海信家电旗下日立品牌和海信品牌市占率分别为18.2%和4.7%,合计22.9%行业居首。

2021年H1中国多联机中央空调市场竞争格局情况

2021年中国中央空调行业现状、竞争格局及趋势分析,行业景气度上行「图」

资料来源:艾肯制冷,华经产业研究院整理

从家用中央空调市场竞争格局来看,根据数据,2021年中国家装零售市场中大金、格力和日立为行业前三,分别占比22.2%、18.7%、15.0%,各品牌均实现了稳中有升的较好表现。海信家电旗下日立+江森自控约克+海信品牌合计市占率19.9%(+0.9pct),仅次于大金。

2021年中国家用中央空调市场竞争格局情况

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资料来源:艾肯制冷,华经产业研究院整理

六、中央空调行业未来发展趋势

1、中央空调与家用分体式空调相比,在美观程度、空间节省、使用寿命、节能、舒适度、噪音、输送空气质量等方面具有得天独厚的优势,家用中央空调与传统家用分体式空调相比,虽仍存一定溢价,但价格已非常亲民,近年来中央空调价格的下行已经逐渐凸显家用中央空调的性价比。

2、2021年工程项目市场、家装零售市场、精装修市场的占比分别为61.3%、28.2%和10.5%。工程项目市场是中央空调市场出货的主要方向,占比超过50%,家装零售和精装修市场占比接近50%。

3、地产景气度是影响中央空调行业景气度的主要因素之一,两者相关度较高,特别是多联机中央空调,由于其更多应用于住宅及小型商业设施,和地产相关度更高。

根据统计局数据,2022年1-5月全国商品房销售面积5.07亿平方米,同比降幅扩大至-23.6%。根据招商地产统计,6月前三周(6/1-6/17)中国36城新房销量同比下滑35%,环比5月跌幅收窄19个pcts,中国13城二手房销量同比下滑9%,环比5月跌幅收窄21个pcts,目前地产政策底已现,经历政策传导期后预计22年10月左右地产单月销量增幅转正。

4、中央空调行业另一大权重市场是工程项目市场,根据相关数据显示,包含精装修楼盘配套市场在内的工程项目市场的占比高达69.3%,工程项目市场相对稳定,在行业大盘出现小幅下滑的2019年和2020年,工程项目市场也保持了个位数的温和增长,2021年工程项目市场的增幅超过了25%。基础设施建设一直是工程项目市场最为重要的一个细分市场,其包含的交通运输、机场、港口、供电设施、科教文卫等设施均会衍生出了众多的中央空调应用项目。

华经产业研究院对中国中央空调行业发展现状、市场供需情况等进行了详细分析,对行业上下游产业链、企业竞争格局等进行了深入剖析,最大限度地降低企业投资风险与经营成本,提高企业竞争力;并运用多种数据分析技术,对行业发展趋势进行预测,以便企业能及时抢占市场先机;更多详细内容,请关注华经产业研究院出版的《2022-2027年中国中央空调行业发展监测及投资战略咨询报告》。

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2021年全球及中国真空泵行业现状、竞争格局及趋势分析,下游扩产带动行业空间提升「图」-不锈钢3D打印工厂

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一、真空泵综述

真空泵是真空获得设备中的主要种类,用于获得、改善和(或)维持真空环境。真空泵可以定义为:利用机械、物理、化学的方法对被抽容器进行抽气而获得真空的器件或设备。真空技术主要是建立低于大气压力的物理环境,以及在此中进行工艺制作、物理测量和科学试验等所需的技术获得的真空度可以分为四档。

真空度范围划分

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资料来源:公开资料整理

按照工作原理的不同,真空泵分为气体传输泵和气体粘合或捕集泵两大类,其中气体传输泵的市场规模占比约为65%。其中气体传输泵分类方式又多种多样,具体情况如下:

气体传输泵分类

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资料来源:公开资料整理

二、泵行业相关政策梳理

泵广泛应用于工业、农业及生活领域的通用机械,泵行业不仅受相关法律法规的保护和规范,同时受相关产业政策的引导和支持。与泵行业相关的法律法规有:《中华人民共和国质量法》《中华人民共和国水法》《中华人民共和国农业法》《中华人民共和国农业技术推广法》《中华人民共和国农业机械化促进法》等。

近年中国泵行业相关政策梳理

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资料来源:政府公开报告,华经产业研究院整理

相关报告:华经产业研究院发布的《2022-2027年中国真空泵行业发展概况及行业投资潜力预测报告》

三、真空泵产业链

从真空泵产业链来看,上游是关键零部件主要包括导管、保温罩和加热器;下游真空泵被广泛应用于制药、化工、食品、电子等行业。

真空泵产业链

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资料来源:公开资料整理

四、真空泵行业现状分析

1、供需情况

从产量上来看,近年来我国真空泵产量持续下降。据中国通用机械协会数据,2020年我国真空泵产量为526.64万台,同比下降24.40%。

2017-2020年中国真空泵行业产量及增速情况

2021年全球及中国真空泵行业现状、竞争格局及趋势分析,下游扩产带动行业空间提升「图」

资料来源:中国通用机械协会,华经产业研究院整理

从全球真空泵应用领域来看,2019年半导体领域是规模最大的下游市场,占比37%,规模约17.3亿欧元。2020年以来真空泵行业结构转型趋势明显,干式螺杆真空泵的出现替代了大部分油螺杆真空泵,在制药、医疗器械、半导体行业均有应用。

2019年全球真空泵细分应用领域占比情况

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资料来源:公开资料整理

2、细分市场情况

真空泵为光伏设备的关键部件之一。光伏电池主要分为四大流程:硅料制程、硅片制程、电池片制程和组件制程。真空泵主要应用于硅片拉晶,电池片高方阻扩散(低压扩散炉)和PVD、PECVD镀膜工艺,组件层压环节等。设备中的真空稳定性是工艺稳定的关键技术之一,以电池片镀膜为例,真空镀膜技术的优点有:薄膜厚度可进行控制,以制备具有各种不同功能的功能性薄膜;环境清洁,薄膜不易受到污染,因此可获得致密性好、纯度高和涂层均匀的薄膜。

从硅片真空泵市场需求来看,2022/2023年全球硅片环节真空泵市场将达13.3/14.2亿元,其中新增装机市场10.5/10.4亿元,维修市场2.8/3.8亿元;从电池片真空泵市场需求来看,2022/2023年电池片环节真空泵市场将达13.8/12.5亿元,其中新增装机市场8.7/5.3亿元,维修市场5.1/7.2亿元,维修和替换需求将贡献更多市场增量。

2021-2023年全球光伏真空泵市场规模情况

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资料来源:公开资料整理

干式真空泵是半导体各制程中必备的通用设备,应用于单晶拉晶、Load-Lock、刻蚀、CVD、原子层沉积(ALD)、封装、测试等清洁或严苛制程。从市场空间来看,2022年全球半导体用干式真空泵市场将达196.4亿元,同比增长9.3%。

2017-2022年全球半导体真空泵市场规模情况

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资料来源:公开资料整理

3、进出口现状

“真空泵”海关编码“84141000”。从进出口贸易来看,2021年我国真空泵进口数量为282.8万台,进口金额为10.49亿美元;出口数量为1175.5万台,出口金额为4.22亿美元。

2015-2021年中国真空泵进出口数量及金额统计

2021年全球及中国真空泵行业现状、竞争格局及趋势分析,下游扩产带动行业空间提升「图」

资料来源:中国海关,华经产业研究院整理

从进口金额地区分布情况来看,我国主要向日本、德国、韩国进口高精密真空泵,三个地区进口金额占比分别为29.19%、19.08%、18.34%。

2021年中国真空泵进口地区占比情况(按金额)

2021年全球及中国真空泵行业现状、竞争格局及趋势分析,下游扩产带动行业空间提升「图」

资料来源:中国海关,华经产业研究院整理

五、真空泵市场竞争格局

1、整体市场

目前真空泵主要市场由欧洲、日本企业主导,分别是Edward(被Atlas收购,英国)、Ebara(荏原,日本)、Pfeiffer Vacuum(普发,德国)、Kashiyama(坚山工业,日本),国内相关领域企业则包括中科仪、汉钟精机等。2019年全球真空市场三大公司占据全球市场份额88%,行业集中度较高。

2019年全球真空泵行业市场竞争格局情况

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资料来源:公开资料整理

具体企业介绍及经营情况如下:

全球真空泵主要厂商介绍

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资料来源:公开资料整理

2、细分市场

从光伏真空泵市场竞争格局来看,国内厂商汉钟精机占据较大市场份额。据统计,2021年全球光伏真空泵市场竞争各句中,汉钟精机市场占比73.88%,其中拉晶环节市占率较高,电池片环节仍有一定提升空间。

2021年全球光伏真空泵市场竞争格局情况

2021年全球及中国真空泵行业现状、竞争格局及趋势分析,下游扩产带动行业空间提升「图」

资料来源:公开资料整理

从半导体真空泵市场竞争格局来看,海外厂商占据95%的市场份额,主要由Atlas(2021年半导体真空泵收入约105亿元)和Pfeiffer(2021年半导体真空产品收入约25亿元)占据,国内厂商市场份额不到5%,目前汉钟精机已在联电、力积电等取得突破,未来有较大的国产替代空间。

2021年全球半导体真空泵市场竞争格局情况

2021年全球及中国真空泵行业现状、竞争格局及趋势分析,下游扩产带动行业空间提升「图」

资料来源:公开资料整理

六、真空泵未来发展趋势

1、光伏装机持续高增长,带动光伏真空泵市场需求。根据CPIA数据,2021年全球光伏新增装机170GW,创历史新高。其中,我国光伏新增装机54.88GW,同比增长13.9%;欧盟新增装机25.9GW,同比增长近34%;美国预计新增装机近26.8GW,预期同比增长约39.6%;印度新增装机11.89GW,同比增长218%左右。2022年,在光伏发电成本持续下降推动下,全球光伏新增装机仍将快速增长,保守情况下预计2025年全球/我国新增装机量为270/90GW。

2、随着全球半导体市场的稳步增长,干式真空泵在半导体领域的应用市场空间不断增长。干式真空泵是半导体各制程中必备的通用设备,应用于单晶拉晶、Load-Lock、刻蚀、CVD、原子层沉积(ALD)、封装、测试等清洁或严苛制程。据统计,2021年全球晶圆产能2.43亿片(折算成8英寸),增长8.5%,预计2022年将增长8.7%,达2.64亿片,新增晶圆开工量创历史新高,产能利用率有望维持在93%的高水平。

华经产业研究院对中国真空泵行业发展现状、市场供需情况等进行了详细分析,对行业上下游产业链、企业竞争格局等进行了深入剖析,最大限度地降低企业投资风险与经营成本,提高企业竞争力;并运用多种数据分析技术,对行业发展趋势进行预测,以便企业能及时抢占市场先机;更多详细内容,请关注华经产业研究院出版的《2022-2027年中国真空泵行业市场调研及未来发展趋势预测报告》。

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2021年中国高温合金行业发展现状分析,政策利好产业发展,行业规模迅速增长「图」-不锈钢3D打印工厂

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一、概述

1、定义及分类

高温合金又被称为“超合金”,是指以铁、镍、钴为基,能在600℃以上的高温及一定应力作用下长期工作的一类金属材料,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、断裂韧性等综合性能。其按照基体元素种类可分为铁基高温合计、镍基高温合金和钴基高温合金;按合金强化类型可分为固溶强化型、时效沉淀强化;按材料成型方式可分为铸造高温合金、变形高温合金和新型高温合金。

高温合金的主要分类方式

2021年中国高温合金行业发展现状分析,政策利好产业发展,行业规模迅速增长「图」

资料来源:公开资料整理

2、加工工艺

高温合金生产过程中涉及真空熔炼、热加工、化学检测、探伤、性能检测等诸多技术环节,全部工艺过程包括温度、湿度、压力、电流等几千个参数,产业链长、产品系列多、生产技术复杂,任何一个环节出现问题,都会严重影响高温合金的性能和质量的稳定,因此需要反复实验、探索,技术和生产壁垒非常高。

高温合金加工工艺流程示意图

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资料来源:公开资料整理

二、驱动因素

1、政策

高温合金作为我国航空航天、军工、能源等领域重要材料之一,其发展一直备受国家的关注与支持,近年来,国家有关部分陆续出台了一系列相关政策,支持、鼓励我国高温合金行业的发展,为行业提供了良好的政策环境。

中国高温合金行业部分相关政策一览表

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资料来源:公开资料整理

2、技术

从行业专利技术方面来看,随着近年来国家政策的大力支持及企业研发力度的不断加强,行业相关专利数量不断增加。据资料显示,2021年我国高温合金相关专利申请数量达1386件,同比增长4.2%。

2015-2021年中国高温合金相关专利申请数量情况

2021年中国高温合金行业发展现状分析,政策利好产业发展,行业规模迅速增长「图」

资料来源:佰腾网,华经产业研究院整理

三、产业链分析

1、产业链

高温合金行业产业链上游主要为铁、钴、镍、钨、钼、铼等金属原材料及相关冶炼设备;中游为高温合金的生产供应环节,主要产品包括变形高温合金、铸造高温合金及粉末高温合金;下游主要应用于航空航天、能源电力、燃气轮机、汽车工业等领域。

高温合金行业产业链示意图

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资料来源:公开资料整理

2、上游端分析

铁、钴、镍是高温合金的基体元素,我国镍、钴矿资源短缺。从钴资源来看,我国独立钴矿床很少,仅占全国钴矿总储量的2%左右,绝大多数的钴矿资源来自伴生矿,主要伴生于铁、镍、铜等矿产中,伴生矿中钴资源探明储量占全国总储量的50%左右,且大多数伴生矿品位较低。从镍资源来看,我国目前探明的镍矿资源储量仅占全球总量的3.7%,可以说镍矿资源储备严重不足。据资料显示,截至2019年我国铁矿查明储量为853亿吨,镍矿查明储量为1076.1万吨,钴矿查明储量为69.4万吨。

2015-2019年中国高温合金基体矿产查明储量情况

2021年中国高温合金行业发展现状分析,政策利好产业发展,行业规模迅速增长「图」

资料来源:中国自然资源部,华经产业研究院整理

3、下游端分析

高温合金材料属于航空航天材料中的重要成员,是制造航空航天发动机热端部件的关键材料,发动机的性能水平在很大程度上取决于高温合金材料的性能水平。随着近年来我国航空航天市场的快速发展,航空发动机行业营收也随之不断增长。据资料显示,2020年我国航空发动机行业营收为256.5亿元,同比增长1.7%。

2016-2020年中国航空发动机行业营收及增速情况

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资料来源:公开资料整理

四、行业现状

1、产量

随着近年来我国航空航天、核电等领域的快速发展,市场对高温合金的需求量也随之不断增加,推动了我国高温合金产量的增长。虽然我国高温合金产业发展较快,但整体技术水平与世界先进水平仍存在差距,高端品种尚未实现自主可控,供需缺口较大。据资料显示,2021年我国高温合金产量达3.8万吨,同比增长15.2%;需求量达6.2万吨,同比增长17%。

2017-2021年中国高温合金产量及需求量情况

2021年中国高温合金行业发展现状分析,政策利好产业发展,行业规模迅速增长「图」

资料来源:中国特钢企业协会,华经产业研究院整理

2、市场规模

从市场规模来看,随着近年来行业的快速发展,我国高温合金行业市场规模也随之不断增长。据资料显示,2020年我国高温合金市场规模达187亿元,同比增长。预计到2021年市场规模将达219亿元。

2015-2021年中国高温合金市场规模及增速情况

2021年中国高温合金行业发展现状分析,政策利好产业发展,行业规模迅速增长「图」

资料来源:中国特钢铁协会,华经产业研究院整理

3、需求分布

从我国高温合金按制备工艺需求来看,变形高温合金是我国最主要的需求来源,需求占比达70%,铸造高温合金需求占比为20%,粉末高温合金需求占比为10%。

中国高温合金需求量按制备工艺分布情况

2021年中国高温合金行业发展现状分析,政策利好产业发展,行业规模迅速增长「图」

资料来源:公开资料整理

从基体元素方面来看,镍基高温合金需求占比最高,达80%;其次为铁基高温合金,需求占比为14.3%;钴基高温合金需求占比最小,占比为5.7%。

中国高温合金需求量按基体元素分布情况

2021年中国高温合金行业发展现状分析,政策利好产业发展,行业规模迅速增长「图」

资料来源:公开资料整理

相关报告:华经产业研究院发布的《2022-2027年中国高温合金行业市场发展现状及投资前景展望报告》;

4、应用结构

从我国高温合金应用结构来看,航空航天领域是高温合金最大的应用领域,应用占比达55%;其次为电力及机械领域,占比分别为20%和10%。

中国高温合计应用结构分布情况

2021年中国高温合金行业发展现状分析,政策利好产业发展,行业规模迅速增长「图」

资料来源:公开资料整理

五、竞争格局

1、市场格局

目前国内主要高温合金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。从市场占比方面来看,2020年我国高温合金行业中,市场占比前三的企业分别为抚顺特钢、图南股份及隆达股份,市场占比分别为10.9%、3.7%及1.8%。

2020年中国高温合金行业竞争格局情况(按销量)

2021年中国高温合金行业发展现状分析,政策利好产业发展,行业规模迅速增长「图」

资料来源:公开资料整理

2、重点企业

抚顺特殊钢股份有限公司位于辽宁省抚顺市,成立于1937年,是国家级高新技术企业。公司生产了新中国第一炉高速钢、第一炉奥氏体不锈钢、第一炉超高强度钢、第一炉高温合金、第一炉超低碳不锈钢等,是我国特殊钢材料重要的研发和生产基地,被誉为“中国特殊钢的摇篮”。据资料显示,2021年公司高温合金产品营收为13.04亿元,同比增长12.42%,毛利率达42.65%。

2015-2021年抚顺特钢高温合金产品营收情况

2021年中国高温合金行业发展现状分析,政策利好产业发展,行业规模迅速增长「图」

资料来源:公司公报,华经产业研究院整理

从产销量情况来看,近年来我国特殊钢行业加速发展的外部环境为公司高端特殊钢业务的增长带来新的机遇及动能,公司高温合金产品产销量持续上涨。据资料显示,2021年抚顺特钢高温合金产量为5894吨,销量为6049吨。

2015-2021年抚顺特钢高温合金产品产销量情况

2021年中国高温合金行业发展现状分析,政策利好产业发展,行业规模迅速增长「图」

资料来源:公司公报,华经产业研究院整理

由于公司产品主要面向航空航天、军工等高端技术领域,使得不断加大投入研发新的高性能材料,并提高生产工艺水平以确保良率。据资料显示,2021年抚顺特钢研发投入金额为3.09亿元,占总营收的4.17%。

2015-2021年抚顺特钢研发投入情况

2021年中国高温合金行业发展现状分析,政策利好产业发展,行业规模迅速增长「图」

资料来源:公司公报,华经产业研究院整理

六、发展趋势

1、政策利好行业发展

随着国家对战略性新材料产业扶持力度加大,高温合金材料及其制品行业正处于个重大的历史转折点。“十三五”国家战略性新兴产业发展规划将高端装备、新材料等战略性新兴产业列为重点培育领域;《新材料产业发展指南》也将高温合金作为我国先进材料领域的短板明确写入规划中;“十四五”规划建议中,也要求推动高温合金、高性能合金、高品质特殊钢材等高端新材料取得突破。在产业政策的推动下,高温合金、高性能合金及特种不锈钢等行业有望获得稳健、长足的发展。

2、行业持续高速增长

高温合金作为生产航空发动机必不可少的材料之一。随着时代的发展,航空发动机对材料提出越来越高的要求,将推动高温合金等上游材料持续更迭。随着军用飞机采购提速及航空发动机订单增长,我国高温合金市场需求快速增长,为行业持续高速增长提供了强劲动力。此外,核电、汽车、燃气机轮等高温合金等其它应用领域近年来也取得了长足的发展,促进了我国高温合金需求的增长。可预见在下游需求强劲势头的推动下,我国高温合金行业也将持续高速发展。

3、国产化推动行业发展

虽然我国高温合金产业发展较快,但整体技术水平与世界先进水平仍存在差距,高端品种尚未实现自主可控,供需缺口较大。在近年来国家的大力支持下,我国形成了一批装备先进,具备一定生产规模的高温合金制造基地,也形成了一批研究水平较高,研究手段齐备的科研单位,逐步具备了高温合金自主研发和生产能力,国产化进程稳步推进,推动了行业快速发展。

华经产业研究院对中国高温合金行业发展现状、市场供需情况等进行了详细分析,对行业上下游产业链、企业竞争格局等进行了深入剖析,最大限度地降低企业投资风险与经营成本,提高企业竞争力;并运用多种数据分析技术,对行业发展趋势进行预测,以便企业能及时抢占市场先机;更多详细内容,请关注华经产业研究院出版的《2022-2027年中国高温合金行业市场运行现状及投资规划建议报告》。

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2021年全球刻蚀设备格局分析,国产占比持续提升,国产化超20%「图」-不锈钢3D打印工厂

✅大唐盛世-3D打印一站式服务平台,专注于金属3D打印的设计、加工、定制生产及应用,为新老用户提供钛合金3D打印、不锈钢3D打印、铝合金3D打印、模具钢3D打印等近百种金属3D打印加工服务及综合解决方案。大唐盛世多年金属3D打印经验,打印精密度高(误差小于0.05mm),售后保证,不满意可重做。

一、刻蚀设备产业地位及概述

1、产业地位

半导体设备市场细分品类众多,目前本土半导体设备产业仍处于成长早期,其中刻蚀机作为刻蚀工艺的关键设备,占比晶圆制造设备最高22%的市场份额,略高于光刻机,主要原因是刻蚀机在成熟制程应用更广,虽然精度单机价格相较高端光刻机,但整体规模仍高于光刻机,是晶圆代工中最重要的生产设备之一。

2021年晶圆制造设备市场结构占比

2021年全球刻蚀设备格局分析,国产占比持续提升,国产化超20%「图」

资料来源:Gartner,华经产业研究院整理

刻蚀设备位于晶圆制造流程地位

2021年全球刻蚀设备格局分析,国产占比持续提升,国产化超20%「图」

资料来源:公开资料整理

2、产业分类

刻蚀机是晶圆制造三大核心设备之一,干法刻蚀占比90%以上市场份额,根据作用机理不同,干法刻蚀又可分为电容性等离子体(CCP)刻蚀设备和电感性等离子体(ICP)刻蚀设备。CCP主要用于质地较硬的电介质刻蚀领域;等离子体(ICP)刻蚀设备可用于质地较软的金属、硅等导体刻蚀领域。

干法刻蚀设备分类

2021年全球刻蚀设备格局分析,国产占比持续提升,国产化超20%「图」

资料来源:中微公司招股书,华经产业研究院整理

二、刻蚀设备发展背景

1、技术工艺背景

按照刻蚀工艺划分,其主要分为干法刻蚀以及湿法刻蚀。由于干法刻蚀可以实现各向异性刻蚀,符合现阶段半导体制造的高精准、高集成度的需求,因此在小尺寸的先进工艺中,基本采用干法刻蚀工艺,导致干法刻蚀在半导体刻蚀市场中占据绝对主流地位,市场占比超过90%。

刻蚀技术分类

2021年全球刻蚀设备格局分析,国产占比持续提升,国产化超20%「图」

资料来源:公开资料整理

根据被刻蚀的材料的不同,刻蚀工艺可以分为金属刻蚀、介质刻蚀和硅刻蚀。

金属刻蚀、介质刻蚀和硅刻蚀对比

2021年全球刻蚀设备格局分析,国产占比持续提升,国产化超20%「图」

资料来源:公开资料整理

2、半导体设备政策

国家政策陆续出台,驱动国产刻蚀设备行业持续发力。近年来国家加大对于半导体产业政策的扶持力度,多项重磅文件相继出台,主要表现在对于整个IC产业链企业的政策优待以及对于半导体设备行业的相关规划与推动。使得我国半导体设备行业涌现出了一批拥有国际竞争力的龙头企业,有效促进了我国半导体设备行业的发展。

近期半导体设备产业政策

2021年全球刻蚀设备格局分析,国产占比持续提升,国产化超20%「图」

资料来源:公开资料整理

三、刻蚀设备产业影响因素

1、整体半导体设备现状

就全球半导体设备市场规模变动而言,随着下游消费电子需求回暖,叠加汽车电子产业快速扩张,全球半导体产业景气度高涨带动半导体设备市场规模持续扩张,数据显示,2021年全球半导体设备市场规模达1026.4亿美元,同比2020年增长44%以上,经历了2019年产业的整体萎缩,产业回弹规模更快。就趋势而言,目前汽车电子仍有较大发展空间,整体消费电子在东南亚等地渗透率有提升空间,半导体设备规模将保持扩张趋势。

2015-2021年全球半导体设备市场规模及增长率

2021年全球刻蚀设备格局分析,国产占比持续提升,国产化超20%「图」

资料来源:SEMI,华经产业研究院整理

2、需求端

随着半导体制程的不断缩小,受光波长限制,关键尺寸无法满足要求,必须采用多重模板工艺,重复多次薄膜沉积和刻蚀工序以实现更小的线宽,使得薄膜沉积和刻蚀次数显著增加以及刻蚀设备在晶圆产线中价值比率不断上升,其中20纳米工艺需要的刻蚀步骤约为50次,而10纳米工艺和7纳米工艺所需刻蚀步骤则超过100次。

细分制程芯片大小刻蚀次数变动

2021年全球刻蚀设备格局分析,国产占比持续提升,国产化超20%「图」

资料来源:公开资料整理

目前国内受限于高端光刻机(EUV)及部分半导体设备尚未国产化,制程技术水平仅达14nm工艺,无法突破到7nm,且14nm完全依赖阿斯麦等国际光刻机厂商,相较全球龙头产品结构差距较大,就整体趋势而言,随着先进制程占比持续上升,刻蚀设备全球需求量持续走高。

2020-2021年台积电晶圆产品线宽结构占比

2021年全球刻蚀设备格局分析,国产占比持续提升,国产化超20%「图」

资料来源:公开资料整理

相关报告:华经产业研究院发布的《2022-2027年中国刻蚀设备行业市场全景评估及发展战略规划报告》;

四、刻蚀设备市场现状

1、市场规模

全球刻蚀设备领域中,硅基刻蚀主要被Lam和AMAT垄断,介质刻蚀主要被TEL和Lam垄断。数据显示,2020年全球刻蚀设备市场规模约为137亿美元,其中,介质刻蚀设备市场规模约60亿美元,导体刻蚀设备市场规模约76亿美元。

2019-2021年全球刻蚀设备市场规模及预测

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资料来源:公开资料整理

2、市场结构

目前硅刻蚀和介质刻蚀基本平分干法刻蚀市场,ICP刻蚀设备主要用于金属及硅刻蚀,占比略高于主要用于介质刻蚀的CCP设备,占比61%左右。这两种设备皆为干法刻蚀主要设备,整体占比全球90%以上刻蚀方式。

CCP刻蚀和ICP刻蚀设备市场占比

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资料来源:SEMI,华经产业研究院整理

五、刻蚀设备竞争格局

1、市场集中度

全球刻蚀设备市场呈现高度垄断格局,拉姆研究、东京电子、应用材料占据主要市场份额。2020年刻蚀机领域拉姆研究、东京电子和应用材料整体市场份额近九成,国产企业中微公司、北方华创和屹唐半导体合计占比2.36%的市场份额,其中中微公司市占率为1.37%,国产成长替代空间广阔。

2020年全球刻蚀设备市场竞争格局情况

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资料来源:公开资料整理

2、中微公司经营现状

中微半导体设备(上海)股份有限公司主要从事高端半导体设备的研发、生产和销售,核心产品包括集成电路领域的等离子体刻蚀设备、深硅刻蚀设备和MOCVD设备。就中微公司经营情况而言,随着国产化进程持续推进,中微公司刻蚀设备收入持续增长,截止2021年已达到20.04亿元,同比2020年增长55.5%,CCP和ICP刻蚀设备分别销售14.93亿元和5.1亿元,毛利率都在44%左右。

2020-2021年中微公司刻蚀设备收入及增长率

2021年全球刻蚀设备格局分析,国产占比持续提升,国产化超20%「图」

资料来源:公司公报,华经产业研究院整理

六、国产化趋势

截至2020年12月16日,长江存储累计招标348台刻蚀设备,其中美国厂商Lam Research占据超过一半的采购量,达187台。而国内厂商中微半导体、北方华创、屹唐半导体分别中标50台、18台、13台,国产化率高达24%。

✅大唐盛世是一站式金属3D打印服务平台,长年专注于金属3D打印的设计、定制加工、小批量生产及后工序处理,拥有多年精密零件金属3D打印成型经验,旗下的大型金属3D打印生产基地位于东莞大朗镇光辉高新产业园,上万平米的打印生产制造车间,50多台高精度金属3D打印设备,CNC加工中心、4轴加工中心、5轴加工中心、三轴加工中心、铣床、数控车床、三坐标、精雕机、电火花机、钻攻机等配套设备上百台,擅长小公差、复杂结构原型、高精密度的金属零件小批量生产。为新老用户提供钛合金3D打印、铝合金3D打印、不锈钢3D打印、模具钢3D打印等近百种金属3D打印加工服务及综合解决方案。通过我们3D打印加工的产品被广泛应用于机械、医疗、通讯、电子、电器、汽车、航空航天等各行各业。公司自成立以来始终坚持:为客户提供满意的产品和服务的基本质量方针,严格执行ISO9001质量管理体系,加强6S质量体系的内部实施,并且通过全体员工的共同努力,让每一位客户对我们的服务及产品质量都表示满意。金属3D打印定制就到大唐盛世!

2021年全球氮化镓现状及趋势分析,IDM模式为主,渗透率持续提升「图」-不锈钢3D打印工厂

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一、氮化镓产业概述

1、产业地位

随着半导体化合物持续发展,相较第一代硅基半导体和第二代砷化镓等半导体,第三代半导体具有高击穿电场、高热导率、高电子迁移率、高工作温度等优点。以SiC和GaN为代表物质制作的器件具有更大的输出功率和更好的频率特性。

半导体基本材料发展历程

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资料来源:公开资料整理

2、分类状况

氮化镓根据衬底不同可分为硅基氮化镓和碳化硅基氮化镓:碳化硅基氮化镓射频器件具有高导热性能和大功率射频输出优势,适用于5G基站、卫星、雷达等领域;硅基氮化镓功率器件主要应用于电力电子器件领域。虽然基于GaN衬底的GaN器件,在各个性能指标都处于领先水平,但是衬底价格过高。所以硅基和碳化硅基的GaN器件将会率先商用。

氮化镓器件分类

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资料来源:公开资料整理

基于不同工艺类型GaN器件性能对比

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资料来源:公开资料整理

二、氮化镓技术背景

氮化镓制备主要分气相法及熔体法,其中气相法细分为氢化物气相外延法(HVPE)、气相传输法。熔体法细分为高压氮气溶液法(HNPSG)、助溶剂法/溶盐法、氨热法、提拉法。相较而言,HVPE法厚膜质量及生长速率更高,系主流生方式。HVPE原理:整个过程在一个多层次温区热壁反应系统的完成,在温度为850度温区内放入金属Ga,呈液态,后从热璧上层注入HCl气体,形成GaCl气体,后将CaCl气体传送至衬底,在1000-1100度温度下与氨气(NH3)反应,最终生成GaN晶体。

氮化镓制备方法对比

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资料来源:公开资料整理

二、氮化镓产业影响因素

1、产业下游应用

氮化镓器件所用衬底主要包括碳化硅衬底、硅衬底、蓝宝石衬底、氮化镓衬底。射频器件可更好的满足 5G 宏基站、卫星通信、微波雷达、航空航天等军事/民用领域对射频器件的高要求,硅基氮化镓功率器件可在大功率快充充电器、新能源车、数据中心等领域实现快速渗透,氮化镓光电器件在Mini LED、Micro LED、传统 LED 照明领域应用优势突出。

氮化镓的主要器件形式及下游应用

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资料来源:公开资料整理

2、氮化镓功率器件

硅基功率器件主要用于25V-6500V和相对低频的应用范围,典型应用场景包括工控、家电等;碳化硅功率器件的工作电压介于650V-3300V,主要应用于相对高频和高压的场景;氮化镓器件工作电压相对较低,介于80V-600V之间,但具有很好的高频性能,主要应用场景包括快充、高端服务器、5G通信等领域。随着消费级快充、新能源汽车、数据中心的需求发展,GaN功率器件市场规模有望从2020年的0.46亿美元增长至2026年的11亿美元(Yole数据),对应CAGR为70%。

各类功率器件的适用范围

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资料来源:英飞凌,华经产业研究院整理

3、氮化镓射频器件

2021年,全国移动通信基站总数达996万个,全年净增65万个。其中4G基站达590万个,5G基站为142.5万个,全年新建5G基站超过65万个。

受益于在5G通信基站和军事应用的持续渗透,GaN射频器件市场规模有望从2020年的8.91亿美元增长至2026年的24亿美元(Yole数据),对应CAGR为18%。

2018-2021年中国4G和5G基站建设情况

2021年全球氮化镓现状及趋势分析,IDM模式为主,渗透率持续提升「图」

资料来源:工信部,华经产业研究院整理

相关报告:华经产业研究院发布的《2022-2027年中国氮化镓(GaN)行业运行态势及未来发展趋势预测报告》;

四、氮化镓产业现状

1、市场规模

氮化镓作为第三代半导体材料的代表,由于具有高功率、高抗辐射、高效、高频的特点,可应用于5G网络、快速充电、商业无线基础设施、电力电子和卫星市场,前景广阔。2020年,全球氮化镓器件市场规模为184亿美元,同比增长28.7%。

2018-2020年全球氮化镓器件市场规模及增长率

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资料来源:公开资料整理

2、市场结

就氮化镓器件市场结构占比而言,光电器件整体成本和价格较高,成本约是射频器件和功率器件6倍和90倍左右,导致目前虽然整体氮化镓渗透率极低,但光电因价格较高占据主要市场份额,数据显示,2020年全球氮化镓器件中光电器件占比超6成,功率器件因价格较低仅占4.9%。

2020年全球氮化镓器件细分类型市场结构占比

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资料来源:公开资料整理

3、渗透率

氮化镓和碳化硅作为第三代半导体材料整体发展较晚,渗透率较低。数据显示氮化镓目前半导体材料渗透率仅在0.2%左右,可发展规模较大。目前氮化镓受限单晶炉产量较低影响,成本远高于硅基和碳化硅,但硅基和碳化硅基为衬底的氮化镓射频和功率器件成本相对光电器件较低,是目前渗透率提高的主流方向。

2017-2020年全球半导体材料渗透率

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资料来源:公开资料整理

五、氮化镓竞争格局

1、竞争格局

就氮化镓射频器件和功率器件竞争格局而言,技术护城河下目前全球市场集中度较高,射频器件相较功率器件技术要求更高导致射频器件集中度更高。数据显示,2020年全球氮化镓功率器件前5大厂商为PI、Navitas、EPC、Transphorm和英诺赛科,CR5为88%。2020年全球氮化镓射频器件前三大厂商为住友化学、Wolfspeed、Qorvo,市场份额分别为40%、24%和20%。

2020年全球氮化镓功率器件市场份额情况

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资料来源:Trendforce,华经产业研究院整理

2020年全球氮化镓射频器件市场份额情况

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六、氮化镓国产化发展趋势

1、IDM模式为主

目前氮化镓产业链行业龙头企业以IDM模式为主,但是设计与制造环节已经开始出现分工。从氮化镓产业链公司来看,国外公司在技术实力以及产能上保持较大的领先。中国企业仍处于起步阶段,虽已初步形成全产业链布局,但市场份额和技术水平仍相对落后。

2、国产化进程

国产企业英诺赛科已建立了全球首条产能最大的8英寸GaN-on-Si 晶圆量产线,目前产能达到每月1万片/月,并将逐渐扩大至7万片/月。大连芯冠科技在氮化镓功率领域,已实现6英寸650V硅基氮化镓外延片的量产,并发布了比肩世界先进水平的650伏硅基氮化镓功率器件产品;在氮化镓射频领域,已着手进行硅基氮化镓外延材料的开发、射频芯片的研发与产业化准备工作。

华经产业研究院对中国氮化镓行业发展现状、市场供需情况等进行了详细分析,对行业上下游产业链、企业竞争格局等进行了深入剖析,最大限度地降低企业投资风险与经营成本,提高企业竞争力;并运用多种数据分析技术,对行业发展趋势进行预测,以便企业能及时抢占市场先机;更多详细内容,请关注华经产业研究院出版的《2022-2027年中国氮化镓行业市场全景评估及发展战略规划报告》。

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小小刀具铣出油田“定海神针”-不锈钢3D打印工厂

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作为中央企业,国机集团始终牢记“国之大者”,坚持“锻造国机所长、服务国家所需”,持续推进强化科技创新,服务国家战略。

“微知国机”栏目,通过讲解、科普国机产品、国机科技,让大家近距离了解、认知国机集团,感受国机集团如何当好科技创新“国家队”,勇担国民经济“稳定器”“压舱石”重任。

俗话说“没有金刚钻,不揽瓷器活儿。”在机械工业,核心关键基础零部件是重要部分。别看他们个头小,但作用很大!研发更高品质的关键基础零部件,意义更大!

在这方面,肩负工业强基使命的国机集团在行。我们一直在大批关键基础零部件、关键材料、特种加工装备方面,突破瓶颈,填补*,打造坚实工业基础之基础。我们的产品广泛作用于上天入地的各类重大装备中!今天,我们就深入地下,从油田“定海神针”——油井管的加工,来讲讲国机制造的实力。

油田里的“定海神针”——油井管是什么

油井管是石油工业的重要部件,是产油出气的重要通道,其安全可靠性、使用寿命和经济性直接决定了油田寿命和经济性,就像“东海龙宫”的“定海神针”一样重要。不同的是,油井管不能自行伸缩,需要通过特殊螺纹一根接一根地连接起来,用量非常大。然而,高强度、镍基合金以及特殊扣型油井管的螺纹加工却是油井管加工行业内公认的加工难题。

面对“卡脖子”难题,国机集团做了什么

为了解决油井管行业高端精密装备加工中难加工材料的精密成型切削难题,集团下属企业国机精工股份有限公司(以下简称“国机精工”)启动新一代油井管螺纹刀具项目,在高强度、镍基合金以及特殊扣型油井管螺纹加工领域向高水平科技自立自强迈出坚定步伐。

攻关、突破、创新!国机精工花费4年时间,在刀具刃口强化、新材料、结构、涂层等方面实现突破:

创新性地形成了“含铬高钢级石油管螺纹加工用硬质合金刀具材料”“复杂成形梳齿刀具”等国家发明专利;“带复合刃的螺纹刀片”“复杂成形强力切削梳齿刀具”等实用新型专利。

开发出具有纳米级微晶结构、组织致密、表面光滑的高红硬性、高耐磨性、高抗粘结性、低热传导率的高铝涂层,解决了高端油井管加工“拦路虎”。

新一代油井管螺纹刀具的诞生于行业有何意义

新一代油井管螺纹刀具解决了加工效率低下、刀具成本居高不下的难题,促进了国内新一代油井管螺纹刀具切削行业的发展。2015年,新一代油井管螺纹刀具项目顺利通过验收,产品总体技术达到国内*水平,部分技术指标达到国际同类产品先进水平,实现进口刀具国产化。项目部分技术成果还获得了国家科学技术进步奖二等奖。

国产镍铬合金油井管螺纹加工刀具成功替代进口之后,国机精工还针对高效切削刀具材料、结构、刃口、涂层等新技术进行优化,丰富了螺纹刀具产品谱系,使之成为诸多高端装备制造业中必不可少的加工利器。

研制油井管螺纹刀具之外,我们还做了些什么

在着力攻克关键核心技术的同时,国机精工积极促进产学研用深度融合,联合国内清洁切削领域10家优势单位组建了研发团队,成功申报国家重点研发计划“制造基础技术与关键部件”重点专项项目“航空航天典型材料零部件清洁切削成套技术及示范应用”。该项目将研制先进的清洁切削相关刀具、装置等关键技术,建立工艺数据库,建设清洁切削生产示范单元,来填补国内*,满足航空航天、汽车等领域高效清洁加工技术自主可控及批量化应用需求。

国机精工还制订了《切削刀具数据表达与交换》国家标准,并在此基础上研究创建了复杂数控刀具智能选用服务平台,搭建了国产复杂数控刀具工艺优化验证平台,推动我国国内刀具行业的数字化、智能化发展,大幅缩短我国刀具企业与国际刀具企业在标准化和数字化方面的差距,为我国高端装备制造业规模化应用作出了重要贡献。

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工信部:促进铜、铝、锌、镍、钴、锂等战略性金属废碎料的高效再生利用-不锈钢3D打印工厂

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7月25日,工信部发布《工业能效提升行动计划》专家解读系列文章之九:扎实推动能效提升加快实现有色金属行业高质量发展,具体如下:

近日,工业和信息化部等六部门发布《工业能效提升行动计划》(以下简称《行动计划》),从重点行业节能提效、提升用能设备、企业园区综合能效、工业用能低碳转型、数字能效升级、科技创新、节能提效体制机制和保障措施等8个方面系统提出工作任务和目标,对指导有色金属行业科学有序推进能效提升、实现高质量发展具有重要意义。

能源效率是衡量一个国家工业发展质量的重要指标之一。党的十八大以来,我国有色金属行业能效提升取得了显著进步,生产集中度和集约化程度明显提高,鼓风炉炼铜、烧结锅-鼓风炉炼铅、小型铝电解槽、109m2以下锌沸腾焙烧炉等落后产能全部淘汰。一批先进适用节能技术工艺得到应用,如600kA大型铝电解槽技术和新型阴极结构等铝电解节能技术,已经达到国际*水平;自主开发的铜锍连续吹炼,可使吨粗铜综合能耗降低30-40kg标煤,下降幅度达13-17%,目前产能占比已达到30%;三联炉炼铅工艺产量占比达到12.5%,铅冶炼能效得到进一步提升。

“十四五”时期,面对高质量发展的要求,特别是“双碳”目标任务,有色金属等重点行业节能与绿色低碳发展任务更加紧迫,需全产业链、全生命周期和多行业协同行动。面对新形势新要求,《行动计划》从推进节能提效技术革新、能源结构低碳转型、强化能源管理等方面对有色金属行业提供了具体要求,明确了工作重点。

一是调整产业和产品结构。我国有色金属仍然以生产初级产品为主,进口高精尖产品比例较高。要着力打造能源资源消耗低、环境污染少、附加值高、市场需求旺盛的产业发展新引擎,加快发展新材料等战略性新兴产业。未来,有色金属行业将向着高端产品制造方向发展,开发高质原材料和高精尖产品,重点突破8N级高纯金属及其化合物,芯片、半导体、飞机发动机、新能源用“卡脖子”产品。

二是推进先进工艺技术革新应用。要深挖有色等能耗高的行业节能潜力,有序推进重点行业节能提效改造升级。加强铝用高质量阳极、铜锍连续吹炼、大直径竖罐双蓄热底出渣炼镁、液态高铅渣直接还原等应用,加快多孔介质燃烧、短流程冶炼等推广。抓住铝电解这个节能提效的“牛鼻子”,重点突破氧化铝冷料预热、铝电解惰性阳极、无碳无氟铝电解替代等技术。

三是加强可再生绿色能源使用。电力是有色金属行业消费的主要能源品种,约占能耗的65%以上。提高绿色电力使用比例对行业节能提效具有重要意义。要加快推进用能多元化、绿色化,就近大规模高比例利用可再生能源。鼓励有色金属行业用电大户积极探索建设绿色工业微电网,加快光伏、风电、高效热泵、余热余压利用、智慧能源管控等一体化系统开发运行。探索电解铝产能向光伏、风电、水电丰富的西部转移。

四是加强能源资源循环利用。目前,我国铜、铝、铅、锌循环利用比例只有28%、32%、38%和15%,仍有提升空间。鼓励大型有色金属企业与再生资源加工企业合作,建设一体化大型废有色金属等绿色加工配送中心,推动产业集聚发展。着力延伸再生有色金属资源精深加工产业链条,促进铜、铝、锌、镍、钴、锂等战略性金属废碎料的高效再生利用,提升再生资源高值化利用水平。

五是加快能效智能管控平台建设。数字技术赋能有色金属行业节能提效已成为未来重要的发展趋势。要充分发挥数字技术对工业能效提升的赋能作用,推动构建状态感知、实时分析、科学决策、*执行的能源管控体系,加速生产方式数字化、绿色化转型。要推动企业实施管网运行和重点用能设备节能优化、能源管理可视化和在线优化等,打造一批“工业互联网+能效提升”解决方案,形成典型案例,推广先进经验和实施路径。

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宇环数控上半年净利同比增长11.33% 研发创新打造内生源动力-不锈钢3D打印工厂

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7月28日,宇环数控(002903.SZ)发布2022年半年度报告。报告显示,公司2022年半年度实现营业收入为2.4亿元,同比增长0.46%;归母净利润4672.08万元,同比增长11.33%;基本每股收益0.31元。

2022年3月份以来,受国内外政治、经济及疫情的影响,制造业景气回落,机床工具行业下行压力加大。宇环数控顶住压力,以技术创新、智能制造为先导指引,已成为国内精密数控磨床和数控研磨抛光设备领域的领军企业,展现稳健增长态势。

宇环数控加码研发注入新动能下半年行业回归正轨

今年上半年,中国新冠疫情多点暴发,全球宏观经济形势难掩乐观,在此之下,我国机床行业承压明显。

据国家统计局数据显示,2022年1-5月,我国规模以上工业企业金属切削机床产量同比下降了8.7%,达23.2万台,增速较2021年同期低57.5个百分点。全国机械行业4月份主要经济指标大幅下滑,同比下降16%,5月下滑2.7%。

面对复杂多变的形势以及行业下行压力,宇环数控充分发挥“专精特新”企业的技术和管理优势,努力确保公司生产稳定和订单交付,表现出了强劲的生存实力。

究其原因,是因为宇环数控始终坚持自主研发,以行业重大技术创新研发为抓手,加速产品结构调整,部分产品不仅实现了进口替代,还成功出口创汇。健康的产品结构与坚实的研发实力,是确保稳步经营的基础保证。

报告显示,2022年上半年,宇环数控研发投入同比增长17.48%。同时,宇环数控通过多年自主创新与技术积累,在精密高效磨削抛光技术领域及数控装备、智能装备技术领域已形成了自已的核心竞争优势,目前拥有专利207项。

据悉,宇环数控产品曾先后获得中国机械工业科学技术进步奖、国家重点新产品、湖南省*产品、湖南省制造业技术创新十大标志性成果等荣誉奖项,主要科研成果经部级及省级鉴定均达到了国内*、国际先进或国际*水平。

展望下半年,进入6月以来,社会生产生活正在有序恢复,疫情偶发因素影响减弱。

近期陆续推出各项刺激经济增长的政策措施,制造业在下半年有望回暖复苏,可以预见,机床工具行业也必将随着整个社会经济运行的恢复、制造业的复苏,而逐步回归正常增长的轨道。

国务院国资委直属机械工业经济管理研究院创新中心主任宋嘉接受采访时表示:“2020年下半年以来,制造业持续复苏,而机床是现代工业的底层核心,显著受益,目前机床行业整体呈现产销两旺趋势。预计今年下半年我国机床工具行业将延续良好运行态势。”

机床行业上行周期渐行渐近宇环数控蓄势待发

多年来,我国占据全球机床市场*生产和*消费大国的席位,机床产值排名*。然而我国的机床行业整体上仍然呈现出大而不强的特点,高度聚集中低端市场,高端市场缺乏国际竞争力的局面。

当前我国正经历从制造业大国向制造业强国的转变,机床高端化进程加速推进。《中国制造2025》将*数控机床和机器人列为大力推动发展的十项重点领域之一,并提出到2025年,*数控机床与基础制造装备国内市场占有率超过80%,

业内人士认为,工业母机作为“生产设备的设备”,其技术发展水平直接关系一个国家制造业的发展进程。在政策催化下,工业母机将迎来发展风口。

另一方面,从制造业固定资产投资看,今年上半年疫情反复影响,预计下半年在积极政策的引导下,制造业有望呈现复苏态势。

另外,机床作为工业母机,中高端整机和零部件亟待实现自主可控,加快智造升级将推动国产品牌进口替代。机床行业的十年更新周期、需求周期及自主可控周期三者共振,行业或将迎来新一轮快速发展期。

一边是疫情形势企稳及相关刺激政策出台,一边是大背景下行业发展机遇,身处时代浪潮中的宇环数控,深谙发展之道,以“技”服人。

宇环数控各研发平台以市场为导向,并与在精密磨削技术领域具有*优势的高校、科研院所建立了良好的产学研合作关系,能够针对*新市场的变化需求开展基础理论和应用研究。经过多年的技术积累,公司在市场和产品技术升级换代过程中处有一定的先发优势。

据前瞻产业研究院预测,中国目前已成为全球*大机床生产国和消费国,预计2024年国内市场规模将超过5700亿元。

身为国内精密数控磨床和数控研磨抛光设备细分龙头,宇环数控享受制造业回暖带来的需求增长的同时,继续坚持以技术创新为优先的策略,不断赢得市场份额,也将为公司研发、创新带来新的动力,业务深度及广度得到进一步拓展。

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