北交所新质生产力专题系列报告（一）：深度解析微晶玻璃产业链，北交所包含产业链核心公司

微晶玻璃：源起于20世纪中期，盖板玻璃的未来发展方向 微晶玻璃，又名玻璃陶瓷，是21世纪新型材料，兼具玻璃和陶瓷优点。微晶玻璃由康宁公司于20世纪50年代末发明，最初被用于化工、机械、建筑等领域。 微晶玻璃可分为硅酸盐类、铝硅酸盐类、氟硅酸盐类等类型，其中铝硅酸盐类的LAS系和MAS系可应用于手机盖板中。手机盖板中应用的微晶玻璃晶粒可达纳米级别，也被称为纳米微晶玻璃。微晶玻璃的表面硬度和抗跌落强度优于高铝、锂铝硅玻璃，代表着5G时代盖板玻璃的发展方向。 工艺与国产化：配方与晶化环节较为关键，昆仑、巨犀等国产玻璃应运而生从工艺流程看，微晶盖板玻璃的生产可分为基础玻璃制备、晶化和钢化、切割和打磨三个环节。其中基础玻璃制备与普通玻璃制备流程基本相同，包括配料-熔炼-成型-退火，但配方存在差异，微晶盖板玻璃原材料以碳酸锂为主。熔炼工艺以连续熔炼为主，成型工艺以压延法和浇铸法为主。从工艺方法看，微晶玻璃的生产方法可分为熔铸法、烧结法和溶胶-凝胶法，其中熔铸法最为成熟。康宁公司是手机盖板玻璃的全球领军企业。2007年康宁公司推出第一代Gorilla，标志着盖板玻璃技术进入新时代。康宁公司也是最早发明微晶玻璃并将其应用于手机盖板中的公司。近年来，我国也在微晶盖板玻璃领域取得长足进步，昆仑玻璃、龙晶玻璃、巨犀玻璃等国产纳米微晶玻璃已被应用于华为、小米、荣耀等品牌。 未来，手机玻璃市场有望出现中国、美国、日本、德国等争夺高端市场的格局。 市场空间：智能手机市场触底反弹，预计2030年微晶玻璃市场规模可超十亿我国智能手机市场的发展经历了高速增长、市场回调和平稳发展三个阶段，2022年第四季度后智能手机市场触底反弹。高端智能手机保持良好增长态势，2017-2021年我国高端手机出货量CAGR为16.05%，2022年超高端手机占我国智能手机出货量的19.1%。纳米微晶玻璃主要应用于5000元以上高端手机中，但近年来有向高性价比手机渗透的趋势。根据测算，每部手机中纳米微晶基础玻璃价值量约为10-20元，乐观预计2030年纳米微晶基础玻璃的规模约20亿左右。 投资机会：北交所公司戈碧迦深耕特种玻璃加工环节，往晶化等延伸 微晶盖板玻璃相关厂商可分为上游和中游两大类。上游厂商主要提供材料和设备等，包括戈碧迦、天马新材、龙华化工、惠丰钻石、钜鑫新材、楚大智能、英诺激光、海目星等公司，戈碧迦也在往晶化等环节延伸。中游厂商进行纳米微晶玻璃的生产加工，包括重庆鑫景、常熟佳合、成都光明、蓝思科技（已应用于手机），伯恩光学、旗滨集团、南玻集团、新华光、兆虹精密（已有产品），凯盛科技、星星科技、欧菲光、力诺特玻（在研）等公司。纳米微晶玻璃业务收入增长速度快，具备客户集中度高的特点。另外，纳米微晶玻璃业务毛利较高但不稳定，纳米微晶玻璃价格与原材料碳酸锂价格密切相关，且研发支出较高。 风险提示：产品设备更新风险、研发不及预期风险、原材料成本波动风险 1、微晶玻璃：源起于20世纪中期，盖板玻璃的未来发展方向 1.1、辨析概念：21世纪新型材料，兼具玻璃和陶瓷优点 微晶玻璃（glass—ceramic），又名玻璃陶瓷，是将某些特定组成的基础玻璃经热处理工艺后所得的微晶体和玻璃体均匀分布的复合材料。微晶玻璃兼有玻璃和陶瓷的优点，具有高机械强度、低电导性、良好的可加工性、耐化学腐蚀性，可广泛应用于建筑、医疗、消费电子等领域，被称为21世纪的新型材料。 微晶玻璃由感光玻璃发展而来，最初用于化工、机械、建筑等领域。20世纪50年代末，美国康宁公司的S.D.Stookey在锂铝硅体系（ Li2O - Al2O3 -SiO2，LAS）玻璃中引入二氧化钛作为成核剂，成功制备出高强度、耐冲击的微晶玻璃。前苏联于20世纪60年代中期率先将工业矿渣作为主要原料，采用压延生产法制成了矿渣微晶玻璃板材并进行大规模生产，1971年苏联炉渣玻璃陶瓷板产量高达9万平方米。日本是最早开发出建筑用微晶玻璃的亚洲国家，1967年开发出的仿花岗岩微晶玻璃，此后又采用熔融烧结法生产出了以硅灰石为主晶相的微晶玻璃，并将该方法沿用至今。随后，韩国也生产出了高档微晶玻璃装饰板。我国对微晶玻璃装饰材料的研制开发始于20世纪70年代中期，并与90年代初形成工业化生产。90年代初，我国将直接烧结法应用于微晶玻璃生产，解决了压延法生产微晶玻璃带来的技术难题，实现微晶玻璃装饰板生产技术的重大突破。 图1：我国对微晶玻璃装饰材料的研制开发始于20世纪70年代中期 微晶玻璃种类繁多，根据基础成分可分为硅酸盐类、铝硅酸盐类、氟硅酸盐类等类型 。其中铝硅酸盐类微晶玻璃又分为 Li2O - Al2O3 -Si O2 （LAS） 系统 、MgO- Al2O3 -Si O2 （MAS）系统和ZnO- Al2O3 -Si O2 （ZAS）系统，MAS微晶玻璃和LAS微晶玻璃可应用于盖板玻璃。MAS微晶玻璃具有高强度和高光学质量，但由于玻璃本体强化后压缩应力CS（Compress Stress，表面压缩应力）和DOL（Depth of Compressive Stress Layer，压缩应力层深度）未显著提升，以及其尖晶石结构的颗粒之间没有形成连接的网络，导致其抗跌落性能较差，因此MAS微晶玻璃在手机玻璃的应用较少，仍处在技术储备水平。LAS微晶玻璃是目前在手机盖板玻璃中应用最广泛的微晶玻璃。应用于盖板玻璃的LAS微晶玻璃的晶相以二硅酸锂和透锂长石为主，二硅酸锂晶体的光折射系数与玻璃基质接近，提高了LAS微晶玻璃的透光率。 透锂长石在高温下具有极低的热膨胀系数，提高了LAS微晶玻璃的耐热冲击性。另外，二硅酸锂晶体与透锂长石相互连接互锁，晶粒尺寸达20～ 30nm ，纳米级晶粒规律性排列的稳定结构，提高了LAS微晶玻璃的强度和抗冲击性能。 图2：MAS系微晶玻璃和LAS系微晶玻璃可应用于盖板玻璃 1.2、前沿应用：纳米微晶为盖板玻璃最新材料，硬度、抗跌落强度俱佳 当微晶玻璃晶粒达到纳米级，可称为纳米微晶玻璃，具有较高的强度和抗跌落能力，可应用于手机盖板中。手机玻璃由盖板玻璃、触控玻璃和玻璃基板构成。其中盖板玻璃应用于手机最外层，也称被为视窗防护玻璃，起到保护手机内部结构的作用。触控玻璃是实现触摸显示的功能层。显示模组包括两块基板玻璃，可实现显示功能。 图3：手机玻璃由盖板玻璃、触控玻璃和玻璃基板构成 盖板玻璃经历了钠钙玻璃-高铝硅玻璃-纳米微晶玻璃三个阶段。在手机发明的初期，手机没有专用的玻璃作为盖板玻璃，多采用钠钙玻璃和硼硅酸盐玻璃。2007年，康宁第一代Gorilla玻璃跟随iPhone手机的发布而同时问世，Gorilla玻璃的主要材料为高铝硅，具有较强的硬度、强度等机械性能。随后日本旭硝子玻璃股份有限公司、德国肖特等公司相继推出高铝硅玻璃，高铝硅玻璃逐渐占据高端智能手机盖板市场。 近两年，传统的高铝硅玻璃在发展中逐渐遇到技术瓶颈，抗冲击性能难以提升。直到2020年，一种由康宁公司提供原片，由蓝思科技和伯恩光学进行加工的超瓷晶玻璃（纳米微晶玻璃），被应用于iPhone 12，代替原本的高铝硅盖板玻璃。经过几年的发展，华为、荣耀等手机品牌纷纷推出搭载昆仑玻璃、巨犀玻璃等纳米微晶玻璃的手机产品，纳米微晶玻璃逐渐成为高端手机的主流盖板玻璃。 图4：手机盖板玻璃经历了钠钙玻璃、高铝玻璃、纳米微晶玻璃三个阶段 与钠钙硅玻璃、高铝玻璃、锂铝硅玻璃等盖板玻璃相比，微晶玻璃的表面硬度和抗跌落强度均优于其他盖板玻璃。纳米微晶玻璃中有近90%是微晶，剩余10%是普通玻璃，玻璃只是连接微晶的基体。当受到外力冲击时，微晶体可以阻碍或者停止裂纹的扩展，使面板不易破损。与高铝硅玻璃相比，纳米微晶玻璃在生产过程中保留了玻璃非晶体的结构特性，通过控制晶体大小和数量，大幅提高结构强度和透光性，抗摔性能相对传统高铝硅玻璃有成倍提升，纳米微晶玻璃代表着5G时代盖板玻璃的发展方向。 图5：微晶玻璃的表面硬度和抗跌落强度优于其他玻璃 图6：微晶体可阻碍或者停止裂纹的扩展 2、工艺流程：配方与晶化较为关键，压延法和浇铸法为业内主流 从工艺方法看，微晶盖板玻璃的制备方法包括整体析晶法（熔铸法）、粉末烧结法和溶胶-凝胶法三种方法。熔融法是制备锂铝硅微晶玻璃最早采用的方法，通过原料与晶核剂充分混合后在高温下经熔融、退火、核化以及晶化制得微晶玻璃。熔融法制备微晶玻璃的组分范围较广，可制备各种形状复杂的产品，密度较高，但能耗高、热处理工艺难以掌控。 烧结法的基本流程是将物料加热至熔融状态，经水淬冷却后粉碎，再经过筛、成型、烧结、加工等工艺制得目标产品。烧结法熔融温度低、耗时短，晶化过程更易进行，但烧结收缩变形大，气孔率大，致密性差，成品率降低。 溶胶-凝胶法常以金属醇盐、金属有机、无机盐等作为原料，与水发生水解反应、缩聚反应制得的溶胶在空气中陈化形成的湿凝胶，经萃取或蒸发得到气凝胶或干凝胶，最后烧结为微晶玻璃。溶胶-凝胶法具有节能、可精确控制产品组成及其范围的优点，但存在反应影响变量多、耗时久、生产成本高、污染严重的缺点。 图7：微晶盖板玻璃的制备方法包括整体析晶法（熔铸法）、粉末烧结法和溶胶-凝胶法三种 从工艺流程看，微晶盖板玻璃的生产流程与陶瓷、玻璃和普通微晶玻璃有所区别。陶瓷采用先成型后烧结的工艺流程，在烧结过程中形成晶体，多形成非透明材质。玻璃则采用先熔铸后成型的工艺流程，通常在成型后还需要进行热处理（退火）。 玻璃没有晶体的产生，多形成透明材质。 微晶玻璃的制备分为基础玻璃制备和晶化两个环节。微晶基础玻璃与普通玻璃制备流程基本相同，包括配料-熔炼-成型-退火四个环节，但微晶基础玻璃与普通玻璃的配方有一定差异。微晶玻璃晶化环节与陶瓷工艺一致，通过热处理生成晶体。 因此，微晶玻璃同时保留了玻璃透明和陶瓷具有晶体的特点。 微晶盖板玻璃在微晶玻璃的基础上，还要增加钢化、切割、打磨等环节，以满足盖板玻璃对玻璃厚度、强度等方面的特殊需求。总体来看，微晶盖板玻璃的工艺主要包括基础玻璃制备、晶化、钢化、切割、抛光等环节。 图8：微晶盖板玻璃的工艺主要包括基础玻璃制备、晶化、钢化、切割、抛光等环节 （1）配料：配料过程是原材料的准确称量与充分混合的过程，对玻璃的质量有重要影响。配料过程主要有选料、称量、混料等过程。在选料方面，配方对微晶玻璃的成本和性能有着重要影响，LAS系纳米微晶玻璃原材料以碳酸锂为主，近年来碳酸锂大幅波动，影响了纳米微晶玻璃的成本与价格。称量和混料是配料的操作过程，原材料称量前一般要确认原料质量、批号和数量，并确认计量器具的精度与准确性，为了有利于原料的均匀混合，一般根据原料性能和数量多少按一定顺序进行称量。混料时间一般由粉料的吨级密度、混料机的种类决定，混料常用的有V型混料机及P型混料机，混料的效果决定了玻璃熔化效果和光学常数稳定性。目前配料方式方面，主要向称量高精度、传输与配料自动化、混料高度均匀化、生产环境清洁环保化方向发展。 图9：近年来碳酸锂价格波动幅度较大，影响纳米微晶玻璃成本与价格 （2）熔炼：目前玻璃熔炼多采用连续熔炼技术。玻璃连续熔炼技术是相对单坩埚熔炼技术的一种玻璃生产方式，玻璃熔化、澄清与均化等过程在同一时间不同装置内进行，不同装置按玻璃生产过程先后顺序连通在一起，实现从玻璃混合粉料加入到漏料成型的连续不间断生产。戈碧迦的玻璃连续熔炼技术较为领先，戈碧迦的玻璃连续熔炼技术按照玻璃粘度曲线来设置玻璃熔化、澄清、均化、漏料成型和退火阶段的温度，不同阶段温度通过天然气或电作为能源加热来实现，解决了单坩埚熔炼技术存在的效率低、品质稳定性差的缺点。 行业内熔炼技术按生产线类型可以分为全电熔冷顶炉、电气混合加热窑炉和全铂连熔窑炉等。全电熔冷顶窑炉以电为加热源，主要用于生产中低端牌号的光学玻璃等，其特点是产量较大。电气混合加热窑炉主要以天然气燃烧和电加热为能源，主要生产普通的光学玻璃，是光学玻璃熔炼上应用最广泛的窑炉设备。全铂连熔窑炉生产线各部位均为铂金材质，玻璃不与其他耐火材料接触