?陶瓷軸承是重要的新型機械基礎件，較傳統軸承優勢明顯。陶瓷軸承采用陶瓷作為滾動軸承材料，具有質量輕/耐高溫/耐腐蝕/無磁性/絕緣/剛性高等優良特性，能夠用于高速/高溫/腐蝕性介質等許多傳統軸承無法滿足要求的特殊場合。近年來，受益于新能源汽車、風力發電行業發展速度加快，陶瓷軸承球市場空間不斷擴大。根據IMARC預計，到2028年全球陶瓷球軸承的市場規模將達到19.04億美元，2023-2028年期間CAGR約為8.18%。
?陶瓷滾動體是陶瓷軸承的核心部件，下游領域不斷拓寬。精密陶瓷球與傳統的軸承鋼相比，具有密度小、硬度高、彈性模量高（剛度高）、耐磨損、熱膨脹系數低、熱穩定性和化學穩定好、絕緣、無磁等極為優良的綜合性能。氮化硅 (Si3N4)陶瓷球因綜合性能優越，成為目前應用最為廣泛的品種，在陶瓷球軸承應用上獲得很大成功。目前，陶瓷球已廣泛應用于航空航天、軍事、石油、化工以及高速精密機械等諸多領域。根據中國粉體網公眾號，2022年全球氮化硅陶瓷軸承球市場規模達到6.6億美元，同比增長8.9%。
?800V平臺逐步成為電動汽車主流方案，陶瓷軸承市場潛力巨大。截至2023年11月，市面已有60余款800V高壓平臺電動汽車車型發布，800V平臺架構有望逐步成為未來新能源汽車的主流選擇。800V高壓系統通常使用SiC逆變器，使得電源頻率增加，電機轉速增加，相同功率下轉矩減小，體積減小。在800V架構中，轉子/電機軸/軸承形成閉合回路，軸承滾珠與滾道內表面為點接觸，若軸電壓過高，容易擊穿油膜后形成回路，軸電流出現導致軸承腐蝕。車企應用800V平臺架構，對電機的高轉速/防腐蝕性/絕緣性等方面再一次提升。特斯拉/奧迪/智己等車企已率先在電機中采用陶瓷軸承方案，隨著快充技術的普及，800V高壓系統中SiC逆變器的大規模應用將加劇電腐蝕的發生，陶瓷軸承或將成為解決軸承電蝕的最佳選擇，未來替代傳統軸承的潛力巨大。
?公司穩步推進陶瓷球批量生產，有望引領實現國產替代。 (1) 2022年9月，公司發布對外投資公告，擬投資1億元設立全資子公司切入陶瓷滾動體領域；(2) 2023年5月，公司成功舉辦高精密陶瓷球項目投產儀式；(3) 2023年10月，公司官微更新陶瓷球進展，公司與中科院合作加速研制陶瓷球，已建成國內首創的G3、G5級陶瓷球智能研發生產線2條、產業化生產線73條，預計2025年項目完成時將達到產能10億粒，建成國內最大的高端陶瓷球全價值鏈高新產業基地。(4) 2024年1月，力星墨西哥精密有限公司和SKF蒙特雷工廠正式簽訂了5年戰略合同，合同約定雙方在滾子/鋼球/陶瓷球等產品上展開廣泛深入的戰略合作，應用領域涉及北美市場從通用工業，商用車到新能源乘用車的全應用場景。力星蒙特雷工廠預計25Q1建成投產，主要生產各類規格的鋼球/滾子/陶瓷球全尺寸產品，服務于美洲本地業務，完善力星全球產業鏈的布局。公司不斷穩步推進陶瓷滾動體的批量化生產進程，有望引領行業實現陶瓷滾動體的國產化替代。
1 陶瓷滾動體是陶瓷軸承的核心部件，下游應用廣泛
1.1 陶瓷軸承：新型機械基礎件，較傳統軸承的材料優勢明顯
陶瓷軸承是重要的新型機械基礎件。在常規軸承中，要求潤滑劑將相互運動的表面完全隔離，以避免嚴重磨損。若軸承在不充分潤滑條件下工作，則對材料的要求極高（高硬度、低附著磨損、均勻結構）。陶瓷軸承采用陶瓷作為滾動軸承材料，可以應用于無潤滑/耐腐蝕/耐熱等新型工作場合，擴大軸承的使用范圍，使軸承達到運轉的最高轉速。
相比傳統軸承，陶瓷軸承具備明顯的材料優勢。陶瓷軸承具有質量輕、耐高溫、耐腐蝕、無磁性、電絕緣、剛性高等優良特性，能夠用于高速、高溫、腐蝕性介質等許多鋼制軸承無法滿足要求的特殊場合。
在高速精密陶瓷球軸承中，混合陶瓷球軸承的應用最多。按陶瓷材料的應用情況分，陶瓷軸承可分為混合陶瓷軸承和全陶瓷軸承。混合陶瓷球軸承一般用于高速/絕緣/貧油潤滑等場合，全陶瓷球軸承一般用于高溫/腐蝕/抗磁/絕緣等場合。在高速精密陶瓷球軸承中，應用最多的是混合陶瓷球軸承，即滾珠采用的是陶瓷球，軸承圈仍為鋼圈。這種軸承的標準化程度比較高，對機床結構不會有太大的改動，便于維護保養，特別適合于高速運行場合．其組裝的高速電主軸，具有高速、高剛度、大功率、長壽命等優點。
陶瓷軸承下游領域不斷拓展，近年市場規模逐步提升。近年來，受益于新能源汽車、風力發電行業發展速度加快，陶瓷軸承球市場空間不斷擴大。目前高端陶瓷軸承產品生產仍以日本、歐美企業為主導，國際市場占有率、發展方向的引領力仍然被國外知名企業所控制。根據IMARC測算，2022年全球陶瓷球軸承的市場規模達到12.02億美元。根據IMARC預計，到2028年全球陶瓷球軸承的市場規模將達到19.04億美元，2023-2028年期間CAGR約為8.18%。
現階段，高端陶瓷軸承產品生產仍以日本、歐美企業為主導。目前，世界各國研究陶瓷球軸承處于領先水平的主要公司有瑞典SKF、德國FAG、法國圣戈班、日本NTN、光洋精工株式會社 (KOYO)、美培亞株式會社 (NMB)、兆湟精工株式會社 (MSRHK)等。
1.2 陶瓷球：陶瓷軸承的核心部件，下游領域不斷拓寬
陶瓷球是陶瓷軸承的核心部件，較傳統軸承鋼優勢明顯。精密陶瓷球與傳統的軸承鋼相比，具有密度小、硬度高、彈性模量高（剛度高）、耐磨損、熱膨脹系數低、熱穩定性和化學穩定好、絕緣、無磁等極為優良的綜合性能。
在制備方面，陶瓷球生產工藝大體分為球坯制備、球坯燒結、機械加工三大部分。通常球坯是由高純度原材料粉體壓制成型，再對壓制體進行燒結，隨后進行精密加工。制備高端陶瓷球一般需要同時實現三個關鍵技術指標，高精度、長疲勞壽命、好的表面質量。得益于“熱等靜壓”高溫高壓燒結技術的不斷發展和成熟，目前長疲勞壽命陶瓷球毛坯的氮化硅毛坯球的制備技術已取得突破。
目前，氮化硅陶瓷球被認為是制造軸承滾動體的最佳材料之一。現階段，市場上應用的陶瓷球主要有氮化硅陶瓷球 (Si3N4)、氧化鋯陶瓷球 (ZrO2)、碳化硅陶瓷球(SiC)、高純氧化鋁陶瓷球(Al2O?)四種。由于氧化鋯 (ZrO2)、氧化鋁 (Al2O?) 均以碎裂的破壞性失效形式出現，因此兩者的應用相對較少。氮化硅陶瓷球 (Si3N4)因綜合性能優越，成為目前應用最為廣泛的品種，在陶瓷球軸承應用上獲得很大成功。目前，陶瓷球已廣泛應用于航空航天、軍事、石油、化工以及高速精密機械等諸多領域。根據中國粉體網公眾號，2022年全球氮化硅陶瓷軸承球市場規模達到6.6億美元，同比增長8.9%。
2 800V架構逐步成為電車主流方案，陶瓷軸承替代傳統軸承的潛力巨大
2.1?因動力源差異，新能源汽車對電機軸承提出更高要求
因動力源差異，新能源汽車比傳統燃油車的電機功率更高。燃油車動力源來自內燃機，車用電器對輸出功率要求不高，低電壓平臺即可滿足。而純電車型動力源是電機和電池，需要較大的輸入/輸出功率，車內電壓平臺通常高于燃油車，純電乘用車電壓通常在200-400V之間。
新能源汽車對電機軸承提出更高要求，陶瓷軸承材料優勢明顯。新能源汽車驅動電機的調速范圍寬、啟動轉矩大、功率密度高、效率高的特性，使其對軸承的高轉速、高低溫、耐久性、穩定性、可靠性提出了更高的要求。基于高性能要求，新能源汽車的電機軸承需要密度更低、相對更耐磨的材料。相較于傳統鋼制軸承，陶瓷軸承在新能源汽車的電機應用優勢明顯，其主要優勢包括：
(1)?適應高轉速要求。新能源汽車的電機軸承的轉速要求高，需要密度更低、相對更耐磨的材料；陶瓷軸承具有耐寒性、受力彈性小、抗壓力大、導熱性能差、自重輕、摩擦系數小等優點，可適應高轉速要求。
(2) 產生更少磨損。新能源汽車的電機軸承球表面需更光滑，較少磨損。陶瓷球具有低密度、高硬度、耐摩擦等特點，適宜高速旋轉工況，在高溫強磁高真空等領域，陶瓷球具有不可替代性。
(3) 耐腐蝕性強，避免電弧損傷。電機的交變電流引起周圍電磁場變化，需要更好的絕緣性材料減小軸承放電產生的電腐蝕；陶瓷材料是天然的絕緣體，在高頻交流電環境下，陶瓷滾動體在軸承內外圈之間起阻斷作用。
2.2?800V平臺架構提升電機軸承性能要求，陶瓷軸承替代潛力巨大
續航里程和充電速度是新能源汽車的兩大短板，制約其對燃油車的替代。(1) 續航里程：相較于燃油車，大部分新能源汽車續航里程低于600公里，普遍低于燃油車的續航里程，較難滿足城際間長里程行駛需求。(2) 充電速度：現有的充電技術需要消費者等待40分鐘甚至更久才可充滿，而燃油車的加油過程僅需要5分鐘，對比之下補能效率更低。車企的解決方案包括：提升帶電量、提高補能效率。
800V平臺架構提升整車效率，彌補新能源汽車短板。800V架構使整車具有更高的效率，相較于400V平臺，工作電流更小，進而節省線束體積、降低電路內阻損耗，變相提升了功率密度和能量使用效率。在功率不變前提下，預計800V平臺的推出，續航里程將增加10%、充電速度將提升一倍以上。
近日，華為/小米/智己/極氪等陸續更新800V平臺架構，800V平臺將逐步成為降低續航及充電焦慮的主流選擇。(1) 華為：2023年11月9日，華為發布全新“巨鯨”800V高壓電池平臺，得益于高壓電池包，智界S7的純電續航里程可以超過800公里，而且支持超高壓快充，15分鐘可補能超過400公里。(2) 小米：2023年12月28日，小米發布最高電壓達到871V的小米800V碳化硅高壓平臺。根據小米創始人雷軍介紹，小米800V平臺的最高電壓可以達到871V。(3) 智己：2023年7月，智己汽車發布全域800V雙碳化硅平臺，智己LS6搭載“準900V超強性能平臺”，最大工作電壓875V。(4) 極氪：2023年12月27日，極氪三廂轎車007正式上市，采用800V架構、最大續航可達870km、0-100km/h加速時間最短2.84秒。截至2023年11月，市面已有60余款800V高壓平臺電動汽車車型發布，800V平臺架構有望逐步成為未來新能源汽車的主流選擇。
800V平臺通常采用SIC逆變器，若軸電壓過高易形成電腐蝕。對于800V高壓系統而言，高壓線束規格下降，用量減少，降本減重，在電壓翻倍、充電功率增幅不翻倍的情形下，串聯增加，高壓線束電流變小；SiC逆變器使得電源頻率增加，電機轉速增加，相同功率下轉矩減小，體積減小。在800V架構中，轉子、電機軸、軸承形成閉合回路，軸承滾珠與滾道內表面為點接觸，若軸電壓過高，容易擊穿油膜后形成回路，軸電流出現導致軸承腐蝕。
車企應用800V平臺架構，對電機性能的要求再度提升。車企應用800V平臺架構，需要對其核心三電技術以及功率器件的耐壓/損耗/抗熱的要求更高。在電機方面來看，主要包括 (1) 防腐蝕要求增加：800V的逆變器應用SiC，導致電壓變化頻率高，軸電流增大，軸承防腐蝕要求增加。(2) 絕緣要求提升：由于電壓/開關頻率增加，800V電機內部的絕緣/EMC防護等級要求提升。
特斯拉、奧迪、智己等車企已率先在電機中采用陶瓷軸承方案，未來替代傳統軸承潛力巨大。例如，特斯拉采用的電機中輸出軸采用的是SKF設計的氮化硅混合陶瓷軸承，軸承滾動體采用氮化硅球；奧迪ATA250電機位于內部的2個轉子軸承同樣采用陶瓷材質制成。根據智己汽車公眾號介紹，其新款純電SUV“智己LS6”的颶風電機內置超耐久定制陶瓷軸承，轉速達到行業已交付量產最高的21000rpm。隨著快充技術的普及，電動汽車在800V高壓系統中，SiC基材逆變器被大規模使用，高壓和高開關頻率會進一步加劇電腐蝕的發生，陶瓷軸承或將成為解決軸承電蝕的最佳選擇，未來替代傳統軸承的潛力巨大。
3 公司穩步推進陶瓷球批量生產，開辟第二增長曲線
公司前瞻布局陶瓷滾動體領域，有望引領國產化替代。公司自2022年9月起切入陶瓷滾動體領域，隨后不斷穩步推進陶瓷球批量化生產進程，提升企業的核心競爭力和行業影響力，有望引領實現陶瓷滾動體的國產化替代。
2022年9月20日，力星發布《關于對外投資設立全資子公司的公告》， 公司擬使用自有資金投資 1億元人民幣在如皋市東部工業園區設立全資子公司江蘇力創精密陶瓷有限公司。子公司經營范圍包括特種陶瓷制品制造、 特種陶瓷制品銷售、特種陶瓷及復合材料銷售等。 2023年5月28日，力星成功舉辦高精密陶瓷球項目投產儀式。陶瓷球項目通過引進國內外專業技術人才和先進設備， 以人才與裝備融合為載體，構建了陶瓷球粉體、燒結、研磨等高可靠性生產工藝及系列裝備，具備了批量生產高精密陶瓷球和服務高端應用的能力。
2023年10月31日，公司通過官微更新陶瓷球進展。力星進行產業鏈結構改革，與中科院合作加速研制陶瓷球。目前已建成國內首創的G3、G5級陶瓷球智能研發生產線2條、產業化生產線73條，實現了高端精密陶瓷球批量智能化生產。預計2025年項目完成時將達到產能10億粒，建成國內最大的高端陶瓷球全價值鏈高新產業基地。
2023年12月19日（墨西哥當地時間），力星海外運營負責人趙高明先生和蒙特雷地產開發商Alianza就力星蒙特雷精密滾動體制造基地簽訂了土地購買協議。力星蒙特雷項目計劃分為兩期開發，土地面積共8萬平米。一期擬25Q2建成，25Q4正式投產。主要服務墨西哥本地汽車傳動軸，輪轂，人形機器人，新能源電機，工程機械以及農機等細分市場。
2024年1月2日（墨西哥當地時間），力星墨西哥精密有限公司和SKF蒙特雷工廠正式簽訂了5年戰略合同。該戰略合同約定了雙方在滾子，鋼球，陶瓷球等產品上展開廣泛深入的戰略合作，應用領域涉及北美市場從通用工業，商用車到新能源乘用車的全應用場景。力星蒙特雷工廠預計25Q1建成投產，主要生產各類規格的鋼球，滾子及陶瓷球全尺寸產品，服務于美洲本地業務，縮短供貨周期，增加供貨靈活性，提升力星在美洲的綜合競爭力，完善力星全球產業鏈的布局。
原文始發于微信公眾號（財通超制造）：【財通機械】力星股份 (300421.SZ)：800V架構逐步成為電車主流方案，陶瓷球迎來新機遇