前言：陶瓷球是一種使用陶瓷材料制成的圓球，在新能源汽車、風(fēng)力發(fā)電等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。隨著車企加速布局高壓快充車型及風(fēng)電裝機(jī)規(guī)模持續(xù)上升，我國陶瓷球行業(yè)需求增長空間大。同時(shí)，在國產(chǎn)陶瓷球企業(yè)技術(shù)不斷精進(jìn)下，部分產(chǎn)品已經(jīng)能與國外先進(jìn)企業(yè)相比較，但是高端氮化硅陶瓷球大部分依賴于進(jìn)口。
1、陶瓷球種類
根據(jù)觀研報(bào)告網(wǎng)發(fā)布的《中國陶瓷球行業(yè)發(fā)展深度分析與投資前景預(yù)測(cè)報(bào)告（2024-2031年）》顯示，陶瓷球是一種使用陶瓷材料制成的圓球。市場上常見的陶瓷球主要包括高純氧化鋁陶瓷球、碳化硅陶瓷球、氮化硅陶瓷球、氧化鋯陶瓷球四種類型。碳化硅陶瓷球的失效形式是以具有先兆的剝落方式出現(xiàn)（和鋼球一致），而氧化鋯、氧化鋁陶瓷球失效形式是具有破壞性的碎裂方式，與此同時(shí)碳化硅在低密度、中等彈性模量、低熱膨脹系數(shù)等方面相較于其他材料亦有優(yōu)勢(shì)，應(yīng)用更為廣泛。
陶瓷球主要粉體材料性能對(duì)比
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機(jī)械性能 |
單位 |
AL2O3 |
SiC |
Si3N4 |
ZrO2 |
GCr15 |
9Cr18 |
|
密度 |
g/cm3 |
3.95 |
3.15 |
3.2 |
6 |
7.8 |
7.9 |
|
顏色 |
- |
淡黃 |
黑色 |
黑色、灰色 |
白色、黑色 |
銀白 |
銀白 |
|
抗彎強(qiáng)度 |
Mpa |
300~400 |
400~500 |
800~1200 |
950~1200 |
2400 |
2600 |
|
彈性模量E |
Gpa |
380 |
350 |
300~320 |
210 |
208 |
200 |
|
泊松比 |
|
0.22 |
0.14 |
0.26 |
- |
0.3 |
0.3 |
|
硬度 |
Hv |
1800 |
2000~2500 |
1400~1700 |
1100~1300 |
700~800 |
700~800 |
|
HRC |
80 |
85~90 |
75~80 |
70~75 |
58~62 |
58~62 |
|
|
斷裂韌性 |
Mpa·m1/2 |
3.0~4.0 |
3.0~4.0 |
5.0~7.0 |
8.0~10.0 |
20 |
25 |
|
最高使用溫度 |
℃ |
1000 |
1300 |
800 |
400 |
120 |
150 |
|
熱膨脹系數(shù) |
10-6/℃ |
8.4 |
4 |
3.3 |
10.3 |
11 |
17 |
資料來源：觀研天下整理
2、高壓快充車型布局加速，帶動(dòng)陶瓷球行業(yè)發(fā)展
陶瓷球相較于鋼球具備電絕緣優(yōu)勢(shì)，能更好解決新能源汽車電機(jī)軸承電腐蝕等問題。同時(shí)，在800V高壓快充車型中，特斯拉在電機(jī)輸出軸中采用日本NSK的混合陶瓷軸承，其中的軸承混珠由50個(gè)氮化硅軸承球組成。目前，我國包括比亞迪、廣汽埃安、北汽極狐，小鵬等主流車企也相繼推出基于800V平臺(tái)的高端車型，高壓快充車型布局加速。由此可見，我國陶瓷球行業(yè)在新能源汽車領(lǐng)域需求量龐大。
我國主流車企高壓充快充車型推出情況
|
車企 |
車型 |
推出時(shí)間 |
架構(gòu) |
峰值電壓 |
續(xù)航 |
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華為奇瑞 |
智界S7 |
2023年11月 |
巨鯨800V高壓電池平臺(tái)，首創(chuàng)臥式高壓盒 |
800V |
充電5分鐘，200+km續(xù)航里程；充電15min，400+km續(xù)航里程。 |
|
理想 |
MEGA |
2024年3月 |
Whale和Shark平臺(tái) |
800V |
12分鐘可補(bǔ)能500公里 |
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智己 |
LS6 |
2023年10月 |
全稱800V碳化硅平臺(tái) |
875V |
充電5min續(xù)航200km |
|
哪吒 |
哪吒S |
2023年7月 |
800V碳化硅高壓電驅(qū) |
800V |
充電5min續(xù)航200km |
|
嵐圖 |
追光 |
2023年12月 |
ESSA架構(gòu) |
800V |
充電10min續(xù)航400km |
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合創(chuàng) |
V09 |
2023年10月 |
H-GEA架構(gòu) |
800V |
充電10min續(xù)航400km |
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極氪 |
極氪009 |
2024年1月 |
SEA浩瀚架構(gòu) |
800V |
充電5min續(xù)航120km |
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小鵬 |
小鵬G9 |
2023年9月 |
全域800V碳化硅平臺(tái) |
800V |
充電5分鐘，續(xù)航200公里 |
資料來源：觀研天下整理
3、風(fēng)電裝機(jī)規(guī)模持續(xù)上升，為陶瓷球行業(yè)需求增長提供動(dòng)力
軸承是風(fēng)電機(jī)組重要核心零部件，需要滿足惡劣運(yùn)行工況下的長使用壽命、高可靠性等要求，技術(shù)復(fù)雜難度高。發(fā)電機(jī)軸旋轉(zhuǎn)過程中內(nèi)部流動(dòng)電流會(huì)產(chǎn)生火花，使得接觸區(qū)域表面融化，出現(xiàn)“電腐蝕”損壞，為避免此類情況需要在滾珠中使用絕緣性能優(yōu)異的陶瓷軸承（如氮化硅）。因此，風(fēng)力發(fā)電機(jī)是陶瓷球重點(diǎn)應(yīng)用領(lǐng)域，解決發(fā)電機(jī)軸承的“電腐蝕”問題。
隨著風(fēng)電行業(yè)裝機(jī)規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大，推動(dòng)陶瓷球行業(yè)需求上升。根據(jù)國家能源局?jǐn)?shù)據(jù)顯示，2024年1-6月，我國風(fēng)電行業(yè)新增裝機(jī)容量為1410萬千瓦；全國風(fēng)力發(fā)電累計(jì)裝機(jī)容量46671萬千瓦，同比增長19.9%。其中，陸上風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)容量43690萬千瓦，占全部累計(jì)裝機(jī)容量的92.1%；海上累計(jì)裝機(jī)容量3770萬千瓦，占全部累計(jì)裝機(jī)容量的7.9%。
數(shù)據(jù)來源：觀研天下整理
數(shù)據(jù)來源：觀研天下整理
4、我國陶瓷球行業(yè)國產(chǎn)化進(jìn)程加快，但高端氮化硅陶瓷仍主要依賴進(jìn)口
由于陶瓷球的精度國際有通用標(biāo)準(zhǔn)（ISO3290-1:2014），主要考察指標(biāo)為單一直徑公差、真圓度、表面粗度、批次直徑公差四個(gè)項(xiàng)目，最終得出相應(yīng)精度等級(jí)，表示為“G”+數(shù)字，數(shù)字越小越精密。通常用在高精密軸承的陶瓷球精密度等級(jí)在G3-G20之間，日本等海外供應(yīng)商氮化硅陶瓷球的精度一般可以達(dá)到G3、G2級(jí)別。近年來，我國國產(chǎn)企業(yè)技術(shù)持續(xù)精進(jìn)，已經(jīng)有部分陶瓷球生產(chǎn)企業(yè)的氮化硅陶瓷球產(chǎn)品可以達(dá)到G5-G3水平，但在生產(chǎn)成形效率、后期精加工等方面與外資比仍有差距，造成高端氮化硅陶瓷球仍然依賴于進(jìn)口。
精密度等級(jí)重要指標(biāo)
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指標(biāo) |
釋義 |
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等級(jí) |
球的精密度由數(shù)字表示，數(shù)字越小約精密 |
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單一直徑公差 |
單一球的最大值與最小值的差異數(shù)值 |
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真圓度 |
球的表面最小球面的半徑方向距離和球表面各點(diǎn)的半徑方向距離，兩者相互差距最大數(shù)值為此球的真圓度 |
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表面粗度 |
不同級(jí)數(shù)球有不同表面粗度范圍 |
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批次直徑公差 |
同一生產(chǎn)批次內(nèi)最大球的平均直徑與最小球的平均直徑兩者差異 |
資料來源：觀研天下整理（WYD）
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