汽车零部件之蜂窝陶瓷行业深度研究

1. 蜂窝陶瓷是汽车尾气后处理系统常用载体

1.1.蜂窝陶瓷是汽车尾气处理催化器重要载体

1.1.1.汽车尾气后处理系统结构构成

汽车尾气中主要的有害物质包括一氧化碳（CO） 、碳氢化合物（HC） 、氮 氧化物（NOx） 、固体悬浮颗粒、铅等。通常减少汽车尾气有害物质排放的途 径包括：开发清洁能源；提高机内净化效率，通过改善发动机性能提高燃油 燃烧效率；提高机外净化效率，改进尾气后处理系统。

从尾气催化处理原理来看，包括氧化催化和还原催化两类。氧化催化是 指在富氧条件下，使没有充分燃烧的 CO、HC、SOF（可溶性有机成分）转化 为CO2和H2O，还原催化是指将尾气中的NOx还原成N2。基于反应原理的不同， 衍生出不同的催化技术，包括 TWC（三效催化器）、DOC（催化氧化转化）、SCR （选择性催化还原）、DPF（柴油颗粒捕集）、GPF（汽油颗粒捕集）、POC（颗 粒氧化催化）、ASC（氨逃逸催化）、EGR（废气再循环）等处理装置。

国六标准下，汽油车一般在排气管处加装 TWC 同时处理 CO、HC、NOx， 同时加装单独的 GPF 控制颗粒物排放。柴油车由于需要高温高压富氧条件燃 烧，主要污染物以 NOx、颗粒物居多，通常采用 EGR+DOC+SCR+DPF+ASC 串联 或 DOC+高效 SCR+DPF+ASC 串联路线。

催化器结构构成：蜂窝陶瓷具有孔密度大、比表面积大；热膨胀系数低、 热稳定性好；机械性能优异；抗腐蚀性好等优势，是最为常见的尾气处理催 化器用催化剂载体，载体占催化器总成本的比例约为 10%。在载体表面涂覆 多孔性物质涂层、助剂以及贵金属活性组分，涂覆完成的催化剂由封装厂进 行封装，供主机厂、整车厂使用。其中，多孔性物质涂层可进一步提高活性 组分负载比表面积，常见的涂层材料包括活性氧化铝、分子筛等。助剂有助 于促进贵金属的分散，提高活性成分催化活性，增强催化剂抗毒能力，稀土 金属氧化物是最常见的一类催化剂助剂，氧化铈或铈锆固溶体在催化剂中应 用广泛。

具体来看，TWC 催化剂：采用铂铑钯三种活性组分同时处理 HC、CO、NOx， 以氧化铝作为分散载体，以铈锆固溶体作为助剂提高活性组分活性、增强抗 毒能力。DOC 催化剂：用于柴油车氧化催化，活性组分仅需铂、钯单独或配合使用。SCR 催化剂：用于柴油车 NOx 还原处理，目前应用较多的催化剂包 括包括 V2O5-WO3/TiO2催化剂，以及负载 Cu 或 Fe 的分子筛催化剂。ASC 催化 剂：用于氧化 SCR 处理过程中逸出的 NH3，典型的 ASC 催化剂包括顶部催化 剂层（包含常规 SCR 催化剂）和底部催化剂层（氨氧化催化剂，例如铂/钯氧化铝）。GPF、DPF 催化剂：用于汽油车、柴油车悬浮颗粒物捕集，一般选 用壁流式蜂窝陶瓷作为载体，尾气通过蜂窝陶瓷壁毛细孔道实现颗粒物过滤。多数 GPF、DPF 仍需要涂覆铂/钯-氧化铝涂层，以实现碳烟颗粒氧化，延长 清洗再升周期。

1.1.2.蜂窝陶瓷企业是主机厂/整车厂二级供应商

我国催化材料发展历程较短，部分产品性能较国外厂商仍有较大差距。全球蜂窝陶瓷90%市场份额仍为康宁和NGK占据；比利时Solvay、日本DKKK、 加拿大 AMR 等占据了铈锆固溶体 70%以上市场份额；我国氧化铝企业虽然众 多，但能够供应蜂窝陶瓷用高纯超细氧化铝的仅国瓷等少数企业；分子筛是 国产化相对较快的催化材料，目前万润股份已成为全球车用沸石分子筛龙头 企业。

催化材料的下游直接使用方为催化剂涂覆厂商，目前汽车尾气催化器领 域形成了较为成熟的寡头垄断格局，巴斯夫（BASF）、庄信万丰（Johnson Matthey）、优美科（Umicore）占据了全球超过 70%的市场份额。国内厂商有 威孚环保、中自环保、重汽橡塑等厂家。涂覆、封装完成的催化器终端客户 为主机厂商或整车厂商（部分 DPF、GPF 无需涂覆，直接送至封装厂商进行 封装），在产业供应链中，针对核心的蜂窝陶瓷等催化材料，主机厂商或整 车厂商一般会指定到专门的材料供应商。

1.2.蜂窝陶瓷生产材料、工艺壁垒较高

1.2.1.蜂窝陶瓷制备工艺以挤压成型为主

催化剂载体的主要作用是提供有效的比表面积和孔径结构，使催化剂获 得较好的机械强度和热稳定性。要求载体应具备机械性能好，热膨胀系数低， 比表面积大，与傕化剂不反应的特点。尾气处理催化剂载体包括球状氧化铝、 金属合金、蜂窝陶瓷载体等类别，目前球状氧化铝已趋于淘汰。蜂窝陶瓷性 能、成本优势均相对明显，是目前应用最为广泛的车用尾气处理催化剂载体。

制备蜂窝陶瓷的材质有堇青石、钛酸铝、锂辉石、锆英石、碳化硅、氮 化硅、莫来石等。其中堇青石（2MgO·2Al2O3·5SiO2）质蜂窝陶瓷具备与各 种催化剂活性组分匹配性较好、孔壁薄、比 表面积大、热膨胀系数小等特点， 应用最为广泛。工业上一般选择高品质的高岭土（主要成分：SiO2、Al2O3）、 滑石（主要成分：SiO2、MgO）、 氧化铝等合成堇青石蜂窝陶瓷。

蜂窝陶瓷制备工艺主要以挤压成型为主，将原料高岭土、滑石、氧化铝、 有机助剂等按照严格配比进行配料——混合练泥——陈腐——通过特制模 具连续挤出成型——干燥切割——烧制——磨边打孔。

蜂窝陶瓷制备核心技术主要体现在控制热膨胀系数、壁厚、孔密度。对 原料的纯度和配比、成型模具和挤出工艺、烧结工艺均有非常高的要求。

1.2.2.蜂窝陶瓷载体可分为直通式和壁流式

根据尾气后处理过滤原理，蜂窝陶瓷载体主要分为直通式载体和壁流式 载体，壁流式载体在直通式基础上交替堵孔，强制尾气通过蜂窝陶瓷壁进一 步实现颗粒物拦截功能。TWC、DOC、SCR、ASC 采用直通式载体，GPF、DPF 颗粒捕集器采用壁流式载体。壁流式较直通式需增加打孔、堵孔、回烧工序；壁厚相对较厚，但对孔径、孔分布一致性要求更高；模具制造难度更高，毛 利率较直通式更高。

根据应用车型，蜂窝陶瓷可分为柴油车用载体（DOC、SCR、ASC、DPF） 和汽油车用载体（TWC、GPF）。柴油车较汽油车用载体规格尺寸更大，大尺 寸模具制造难度大加工时间长，载体成型和烧结工艺均匀性较难保证、控制 难度高。因而同等孔密度和壁厚条件下，DPF 毛利率一般高于 GPF；同等规 格的 DOC、SCR、ASC 载体毛利率较为接近；一般高于尺寸较小的 TWC 载体。

2.国六标准实施推动国内蜂窝陶瓷需求大幅增长

2.1.蜂窝陶瓷国六产品预计将于 2020 年放量发货

国内轻型汽车国六标准第一阶段 2020 年 7 月起全面实施，第二阶段标准 2023 年 7 月全面实施。重型柴油车国六标准第一阶段燃气车辆在 2019 年 7 月实施，城市车辆将于 2020 年实施。

从国六标准排放限值来看，轻型柴油车要求达到同汽油车相同的标准， 尤其氮氧化物排放量 6a 阶段要求减少到国五阶段 1/3,6b 阶段更是接近 6a 阶段的一半。重型柴油车氮氧化物和颗粒物排放量要求在国五基础上分别减 少 77%和 67%。汽油车 6a 阶段 CO 排放量要求减少 30%。国六标准可谓史上最 严排放标准，对于催化器性能提出了更严苛的要求。

国六标准蜂窝陶瓷载体新产品需要与催化剂、发动机、整车厂商进行大 量匹配性测试，通过国家检测中心测试通过，并取得公告认证，发动机或整 车方可进入市场销售。2020 年 7 月起，全部轻型汽油车以及柴油车城市车辆 国六标准开始全面执行，我们认为 2019 年对蜂窝陶瓷企业而言，是集中与 发动机、整车厂商匹配测试获得公告认证的一年，预计 2020 年将进入蜂窝 陶瓷放量发货的新阶段。

国五期间，汽油车常用尾气处理路线为 TWC 三效催化器，柴油车一般采 用 DOC+SCR 或 DOC+DPF。为应对国六更为严苛的标准，汽油车需要使用更为 高效的 TWC，并同时加装单独的 GPF。柴油车对氮氧化物的控制更为严苛， 通常需采用 EGR+DOC+SCR+DPF+ASC 或 DOC+高效 SCR+DPF+ASC 路线。

国六标准实施后，相比国五阶段，GPF 需求将实现从无到有，SCR、DPF、 ASC 加装率将大幅提升。同时由于国六产品对孔密度、壁厚、热稳定性等性 能要求更高，预计单价将有所提升。

2.2.国六标准实施后国内蜂窝陶瓷市场空间将超过百亿

2.2.1.测算逻辑

蜂窝陶瓷的结构和体积与汽车发动机排量、转速、催化器安装位置等因 素密切相关，尤其与排量呈正相关关系。

汽油车：在行业实践中，乘用车基本以汽油车为主，汽油车排量主要集 中在 1.0-2.0L，我们取 1.5L 为汽油车平均排量。根据调研数据，汽油车 TWC 蜂窝陶瓷体积与排量比值约为 1.2 倍，国六标准下要求汽油车全部加装 GPF， 体积排量比约为 1.3 倍。测算得到国六阶段 TWC 单车使用体积为 1.8 升。GPF 单车体积为 1.95 升，较国五阶段完全是新增需求。

柴油车：柴油车普遍排量较大，商用卡车、客车主要以柴油车为主。根 据调研信息，轻型柴油车（轻微型货车、客车）平均排量约在 3L 左右，重 型柴油车（重中型货车、大中型客车）平均排量约为 13L。国六标准下 DOC、 DPF、SCR（含 ASC）系统体积-排量比分别约为 0.7/1.5/2。测算得到轻型柴 油车 DOC、DPF、SCR（含 ASC）单车使用体积分别为 2.1/4.5/6L，重型柴油 车 DOC、DPF、SCR（含 ASC）单车使用体积分别为 9.1/19.5/26L。

2.2.2.蜂窝陶瓷市场空间测算

目前全球蜂窝陶瓷 90%市场份额仍为美国康宁和日本 NGK 占据，中国蜂 窝陶瓷企业起步较晚，部分性能指标及生产稳定性较国外企业仍存在一定差 距。近年来国内企业发展迅速，国内蜂窝陶瓷市场国产化率有望快速提升， 但短时间内仍较难进入外资车企供应链。另外在欧美等发达国家，DPF 更换 市场对 DPF 性价比更为看重，业已成为国内蜂窝陶瓷企业重要销售市场。故 本文仅考虑国内新车市场及欧美 DPF 更换市场，测算蜂窝陶瓷市场空间。

新车市场蜂窝陶瓷需求空间测算-汽车产量测算：

2018 年我国汽油车产量为 2326.18 万辆，其中乘用车 2218.35 万辆，商 用车 107.83 万辆。柴油车产量 300.39 万辆，商用柴油车中，中、重型货车 及大中型客车占比为 43.4%，由此估算，2018 年国内重型柴油车产量约为 128 万辆，轻型柴油车产量约为 172 万辆。

近两年车企产销整体承压，汽油车、柴油车产量均不同程度下滑。但我 们预计促进汽车消费政策的出台以及国五切换国六的影响减弱后，汽车产销 预计将企稳回升。谨慎起见，我们保守假设 2019-2021 年汽车产量零增长， 以 2018 年产量数据进行未来三年需求测算。

新车市场蜂窝陶瓷需求空间测算-蜂窝陶瓷需求量及市场空间测算：

汽油车：以 2018 年汽油车产量为基数，假设国五阶段仅安装 TWC，国六 阶段需全部加装 GPF，测算得出汽油车国六阶段蜂窝陶瓷需求量为 8723 万 升，较国五提升 108.3%。根据调研信息，国五 TWC 载体销售均价约 20 元/ 升。考虑到国六产品较国五性能要求更为严格，单价有所提升。我们假设国 五、国六阶段 TWC 均价分别为 20、30 元/升，国六 GPF 均价分别为 85 元/升， 测算得出汽油车国六阶段蜂窝陶瓷市场空间为 51 亿元，为国五期间的 6.4 倍。

柴油车：假设国五阶段轻型柴油车采用 DOC+DPF 路线（DOC、DPF 装配率 100%） ，重型柴油车采用 DOC+SCR 路线（DOC、SCR 装配率 100%）。假设国六 阶段柴油车全部采用 DOC+DPF+SCR 路线，DOC、DPF、SCR 装配率均为 100%。以 2018 年轻型、重型柴油车产量为基数，测算得出柴油车国六阶段蜂窝陶 瓷需求量为 9156 万升，较国五阶段提升 62.7%。假设国五、国六阶段 SCR （DOC 价格基本相同）均价分别为 30、40 元/升，DPF 均价分别为 80、90 元 /升，测算得出柴油车国六阶段蜂窝陶瓷市场空间为 53 亿元，为国五期间的 2.6 倍。

综上，不考虑汽车产量增长带来的增量影响，仅考虑国六尾气处理路线 升级的影响，以 2018 年汽车产量为基数，蜂窝陶瓷新车市场年求量约为 1.8 亿升，较国五期间提升 82%。市场空间为 104 亿，为国五阶段的 3.6 倍。

后市场蜂窝陶瓷更换需求空间测算：

为保证催化器的催化效率及发动机动力性能，汽车尾气处理催化器需定 期进行清洗。柴油车由于颗粒物排放量较高，DPF 容易积尘，在定期清洗基 础上，基本每 4 年需更换一次。目前 DPF 更换后市场主要集中在北美地区， 美国自 2010 年起执行 EPA2010 法规，已经形成了稳定的 DPF 更换市场。北 美市场 2018 年重柴产量为 65 万辆，以此作为近几年重柴 DPF 更换基数，我 们测算北美更换市场DPF蜂窝陶瓷需求量为1268万升，对应市场空间为11.4 亿元。另外，欧洲更换市场需求已经开始逐渐启动，同时随着中国和印度排 放标准升级，更换市场也将随之有序打开。

3.国内蜂窝陶瓷进口替代逐渐加速

3.1.蜂窝陶瓷产业为康宁、NGK 垄断，进口替代空间广阔

1972 年美国尾气净化条例开始实施，美国康宁公司率先通过挤压成型技 术制备出高性能堇青石蜂窝陶瓷，NGK 在取得康宁的授权之后也开始生产蜂 窝陶瓷。目前康宁和 NGK 占到全球蜂窝陶瓷近 90%市场份额，形成了寡头垄 断格局，壁厚可做到 2mil,目前量产产品壁厚为 2.5mil,孔数可做到 900 孔/ 平方英寸以上，先发优势明显。

国内蜂窝陶瓷行业起步较晚，落后国外近 30 年时间。国产厂商一方面在 优质原料、专利等方面受到制约，车用蜂窝陶瓷原抖主要为高岭土，长期由 外资垄断优质原料；另一方面因起步较晩，工艺差距明显，高密度精密模具 开发仍为掣肘。目前国内量产产品主要为 3mil 以上产品，在部分核心性能 指标上与国外产品仍存在一定差距。但达到同等标准的产品，国产蜂窝陶瓷 的价格接近国外产品价格的一半，性价比突出，价格优势预计将助力蜂窝陶 瓷国产化率逐步提升。

据 Marklines 数据，2018 年全球蜂窝陶瓷载体市场规模约 234 亿元， 根据各公司2018年年报数据，我们测算目前NGK及康宁合计市占率约为86%。另外 Denso、Ibiden 公司销售规模也相对较大。国内较大的蜂窝陶瓷企业包 括奥福环保、国瓷材料、宜兴非金属，市场规模仍然较小。

3.2.龙头康宁、NGK 业绩稳步回升，蜂窝陶瓷行业迎来快速发展

康宁、NGK 等龙头企业先发优势明显，享受了汽车产业高速发展的先发 红利，17 年以来欧洲、亚洲尤其是中国的市场需求增长业已给龙头企业带来 明显的利润增厚，18 年康宁、NGK 业绩均有大幅增长。我们认为国六推进初 期大部分增量市场份额仍将为龙头企业占据，但随着国内企业与龙头企业技 术差异不断缩小，以及渗透率的快速提升，预计国内企业在中低端产品领域 仍有较大发展空间。

康宁公司于 2001 年开始在上海建厂，2018 年在合肥投资设立新工厂用 于生产国六 GPF 产品。公司下设显示技术、光通信、环境技术、特种材料和 生命科学五个业务板块。2018 年，环境技术板块实现收入 12.89 亿美元，同 比+16.55%；净利率 16.14%，同比+1.22pct。17/18 年康宁蜂窝陶瓷业务均 保持稳健增长，主要得益于欧洲、亚洲尤其是中国的市场需求增长，以及 GPF 的稳步放量，汽油车产品收入 18 年同比+14.7%；北美、亚洲重柴产品需求 增长较快，柴油车蜂窝陶瓷收入同比+19.0%。

NGK 是目前全球最大的电力绝缘陶瓷和工业陶瓷产品供应商。目前蜂窝 陶瓷业务规模已跃居全球首位，为丰田、日产等主要的整车厂配套。NGK 公 司于 2001年12月设立NGK苏州，并于2005 年开始批量生产蜂窝陶瓷产品。2019 财年（2018Q2-2019Q1）， NGK 陶瓷产品业务实现营收 22.68 亿美元， 同比+4.4%，其中蜂窝陶瓷载体营收为 17.62 亿美元。2019 年，NGK GPF 产 品首次实现销售，实现收入 0.86 亿美元。

3.3.国产材料替代空间广阔，柴油车用载体+汽油车 GPF 机会较大

基于历史原因，我国柴油机国产化程度较高，潍柴、玉柴、江铃、云内 动力、锡柴等自主品牌占据了大部分市场，也为汽车催化材料国产化提供了 良好环境。柴油车用 SCR、DOC、DPF 蜂窝陶瓷体积较大，壁厚相对较厚，对 薄壁化要求相对较低，但对挤出成型和烧结工艺均匀性要求较高，国内蜂窝 陶瓷企业在柴油车蜂窝陶瓷领域与国外企业技术差异较小。主要的蜂窝陶瓷 企业一般已与下游一家或多家主机厂商形成长期稳定合作，在柴油车蜂窝陶 瓷领域渗透率相对较高。预计随着国六标准推行，国产材料厂商有望凭借成 本优势和客户优势在柴油车用蜂窝陶瓷领域获得快速增长。

国内汽油车领域，蜂窝陶瓷市场仍以国外企业为主，国外厂商市占率约 70%，国产蜂窝陶瓷仅在自主品牌车企中有所应用。蜂窝陶瓷生产企业主要 通过威孚环保、中自环保等催化器厂商导入下游国产车企，同时积极切入巴 斯夫、庄信万丰、优美科等巨头催化器厂商供应链。目前国内乘用车自主品 牌销量占比维持在 40%左右，仍然保持一定韧性，预计随着国六标准对 GPF 的需求激增，国内材料企业在汽油车用蜂窝陶瓷领域也将迎来重磅机遇。

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