国防军工行业深度报告：陶瓷基复合材料产业趋势及投资价值分析

核心观点
陶瓷基复合材料高温性能优异，可广泛应用于航空航天、核电、汽车等领域，市场空间广阔。整体来看，我国在刹车、飞行器防热领域领跑，但在航空发动机领域还较为落后。我国CMC 产业链环节相对完善，但第三代SiC 纤维的生产以及CMC 在航发上的应用与国外差距较大，2024 年我国航发产业对CMC 的需求或已出现拐点。应用验证阶段对于上游原材料有较大需求，进入小批量交付以及批产阶段后上游环节有望率先启动。随着CMC 制备技术的优化、上游纤维成本的降低、应用成熟度的提高，中游CMC 零部件制造企业有望迎来高速发展期。
摘要
一、陶瓷基复合材料高温性能优异， SiCf/SiC 是近年研究的热点
陶瓷基复合材料（CMC）是指在陶瓷基体中引入增强材料，形成以引入的增强材料为分散相，以陶瓷基体为连续相的复合材料，主要由陶瓷基体、纤维以及界面层组成。相比树脂基复合材料和金属，CMC 具有耐高温、低密度、高比强、高比模、抗氧化和抗烧蚀等优异性能。
按照陶瓷基体的不同，CMC 一般为氧化物基及非氧化物基两大类，非氧化物基耐高温能力更强。非氧化物基CMC 主要包括Cf/SiC（碳陶）和SiCf/SiC，后者抗氧化能力更强，寿命更长，是近年来研究的热点。
二、CMC 在航空航天及核能等领域极具应用前景，市场空间广阔
航空发动机领域，SiCf/SiC 可实现耐高温、抗氧化、轻量化、长寿命，是航空发动机的热端理想材料，已批量应用于热端静止件，转动件的应用正在探索中。
核能领域，SiCf/SiC 复合材料以其高熔点、高热导率、高温稳定性、较小的中子吸收截面、优良的中子辐照稳定性等优异性能，成为反应堆包层第一壁、流道插件、控制杆和分流器等的理想候选材料。
Cf/SiC 抗氧化能力弱于SiCf/SiC，但耐高温能力优于SiCf/SiC，可有效解决高超声速飞行器的防热需求和减重需求，还可用于火 箭发动机和卫星反射镜，在航天领域已实现成熟应用。
Cf/SiC 具有良好的摩擦性和抗氧化性，而且摩擦性能对外界环境介质不敏感，有望成为传统粉末冶金和C/C 复合材料刹车材料的良好替代品。碳陶刹车盘已批量应用于汽车和飞机，在高铁上也已得到应用。
导弹天线罩需要具备承载、耐温、透波、耐蚀等多功能于一体，陶瓷基透波复合材料是天线罩透波材料的发展趋势。连续Si3N4 纤维有望替代石英纤维，制备新一代高马赫数导弹天线罩。
全球CMC市场规模高速增长，2022 年全球CMC市场规模为119 亿美元，预计CMC市场规模将以10.5%的CAGR增长，2028 年达到216 亿美元，其中CMC-SiC 市场占比最高。目前用于国防与航空航天领域的CMC 市场占比最高，其次是汽车，能源领域的需求也将持续增长。
三、CMC 工艺壁垒高，GE 的CMC 制备已进入产业化阶段CMC 组件的制备工艺复杂，壁垒极高。总体来看，陶瓷基复合材料的制备工艺分为纤维制备、预制体编织、纤维界面层制备、基体制备和增密、机加工成型几步。对于工作环境恶劣的CMC 组件，如航空发动机热端部件，还需制备环境障涂层。
SiC 纤维成本占CMC 成品成本的50%以上，主要采用先驱体转化法制备。CMC 复合材料的制备工艺中CVI、MI 和PIP 工艺较成熟，但存在各自的局限性。CVI 可制备大型、薄壁、复杂结构的部件，但成本高、工艺复杂、沉积速率慢、制备周期长，内部易形成孔隙，不适合制备厚壁部件；MI 工艺有简单高效、可近净成型、制备周期短、CMC 基体致密孔隙率低等优点，但是会有残余的游离硅单质影响材料的强度，降低材料的耐高温能力；PIP 被广泛认为是制造大尺寸、结构复杂部件的有效方法，但耗费先驱体量多而且工艺周期长，成本高。
复合工艺能结合多种工艺的优点。
GE 公司从20 世纪80 年代末就开始MI 工艺制备SiC/SiC 复合材料技术攻关，经历工艺探索阶段、大规模验证阶段，目前已进入产业化阶段（2016 年至今）。GE 在美国建立了第一个垂直整合的CMC 供应链，包括SiC 纤维、预浸料和CMC 部件的生产，每年可生产20 吨CMC 预浸料，10 吨SiC 纤维和超过5 万个CMC 发动机部件。GE 2019 年的报道称，GE 和 CFM 发动机对 CMC 的需求在过去十年中增长了 20 倍，预计CMC 部件产量将在未来10 年增长10 倍。
四、我国已建成相对完善的CMC 产业链，航发CMC 或迎来拐点总体来看，我国陶瓷基复合材料与国外几乎处于并跑位置，我国在刹车、飞行器防热领域领跑，但在航空发动机领域还较为落后。碳化硅纤维方面，早期SiC 纤维是我国CMC 产业的瓶颈环节，目前我国第二代碳化硅纤维已发布国家标准，标志着相关产业已经成熟，第三代SiC 纤维已实现技术突破，实验室研发的产品与日本同类型产品水平相近，但是生产水平还尚未达到工业化生产规模。氮化硅纤维方面，国内连续Si3N4 纤维已经实现批产，我国基本与美、日、德、法并跑。陶瓷基复合材料制备方面，我国CVI 工艺已实现工业化生产，PIP工艺较为成熟，MI 工艺也有相关单位及企业布局。
从应用来看，Cf/SiC 方面，我国已将其作为热结构和空间相机支撑结构等应用于飞行器和高分辨率空间遥感卫星，在飞机刹车材料的应用上处于国际领先地位；SiCf/SiC 方面，国内航发CMC 已进入应用验证阶段，尚未实现规模化工程应用，但2024 年我国航发产业对陶瓷基复合材料的需求或已出现拐点。
我国CMC 产业链环节相对完善，在Cf/SiC 方面，碳纤维、碳陶刹车材料的参与企业较多，但是在SiCf/SiC 方面，与国外相比，我国企业数量较少、单体规模较小、产业链薄弱，普遍存在产能有限、产品批次稳定性差、生产成本高等问题。氮化硅方向目前还处于应用早期，少数企业已有布局。
五、投资建议
2024 年我国航发产业对陶瓷基复合材料的需求或已出现拐点，随着相关企业的技术突破、生产成本的降低、应用成熟度的提高，我国航发领域CMC 增长潜力巨大。
SiCf/SiC 应用验证阶段对于上游原材料有较大需求，进入小批量交付以及批产阶段后上游环节有望率先启动。
建议关注：火炬电子、楚江新材。
随着CMC 制备技术的优化、上游纤维成本的降低、应用成熟度的提高，中游CMC 零部件制造企业有望迎来高速发展期。建议关注：华秦科技、中航高科。
风险分析
1.CMC 下游应用进度不及预期风险。2.上游纤维产业化进度不及预期风险。3.市场竞争加剧风险。
【免责声明】本文仅代表第三方观点，不代表和讯网立场。投资者据此操作，风险请自担。

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