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陶瓷基复合材料专题报告:新型热结构材料战略地位凸显,产业化应用拐点将至
下载次数:
1351 次
发布机构:
中泰证券股份有限公司
发布日期:
2024-10-07
页数:
40页
核心观点
战略地位突出:CMC是新型热结构材料,SiC纤维和CMC制备是各国攻关重点
CMC材料因其突出的耐高温、抗氧化、低密度性能,成为最重要的高温热结构材料之一。不同增强体的CMC适应于不同的应用环境,SiCf/SiC复材是航发热端部件理想材料,Cf/SiC复材多应用于航天领域。SiC纤维是CMC制备的核心成分,日美等国已实现三代连续SiC纤维的工业化生产与应用,国内已具备二代SiC纤维产业化能力。
多重需求驱动:航发迭代驱动产业化拐点,先进核能及航天市场广阔
航发CMC:新一代航发向高效化和轻量化方向发展,CMC有望于热端取代高温合金。国外CMC材料在航发中温中载静止件上应用已进入批产阶段,未来将遵循“中温中载—高温中载—高温高载”路径实施验证及工程化应用。国内航发型号更迭需求释放叠加技术体系初步成熟,国产四代航发有望成为CMC规模化应用平台,另据我们测算,国内军/商用航发CMC市场空间或于2028年达200亿元。
高温结构吸波材料:因CMC具备吸波功能,防热/隐身/结构一体化CMC在国外已有应用基础。国内隐身装备列装需求确定,同时隐身涂层企业如佳驰科技、华秦科技等已开展涂层向构件的系统性探索。
先进核能CMC:SiCf/SiC复材是聚变堆和先进裂变反应堆重要的候选结构材料,国内有望受益于四代核电及聚变加速推进。
航天CMC:Cf/SiC复材因其优异的高温性能,在航天飞行器热结构、火箭发动机和卫星反射镜等航天领域有广泛应用场景。
规模供给初成:GE通过垂直整合实现全过程自主供应,国内通过“产学研”协同初步具备规模生产能力
GE“内外兼修”的航发CMC产业化经验:1)先进技术转化:GE与日本碳素公司成立合资公司快速吸收第三代SiC纤维制造技术,并在本土成立纤维工厂实现技术转化。2)供应链自主:积极在本土建立CMC全过程生产供应链,以实现自主供应及一体化降本。
国内通过“产学研”协同工程化攻关,细分龙头初步具备规模生产能力:1)SiC纤维:①火炬电子:子公司立亚新材的SiC纤维供应规模处国内领先为主,同时积极向下游布局CMC材料实现价值链贯通;②宁波众兴:与国防科大和中科院过程所合作具备一定先发优势;③湖南泽睿:作为国内领先的掺杂SiC纤维供应商瞄准低成本路线,将碳化硅纤维价格降低至万元以下。2)CMC材料/构件:①西安鑫垚:国内首个CMC材料产业化公司,在空天飞行器/发动机/碳陶刹车领域产业化能力最强;②上海瑞华晟:华秦科技控股子公司,承担董绍明院士的航发CMC科技成果产业化,24H2实现试生产。③体制内单位:以中国航发、中航工业、航天科技、航天科工、中广核、中核集团等军工央企下属科研单位为主,部分具备CMC材料小批量生产能力。
本报告的核心观点是:陶瓷基复合材料(CMC)作为新型战略性热结构材料,其产业化应用拐点即将到来。这一趋势主要由航空发动机迭代升级、先进核能和航天领域的多重需求驱动,同时得益于全球范围内,特别是美国GE公司在CMC全流程自主供应链建设方面的成功经验,以及国内“产学研”协同攻关下规模生产能力的初步形成。报告详细分析了CMC材料的优异性能、制备工艺、市场需求以及国内外产业格局,并对未来投资方向提出了建议。
CMC材料凭借其优异的耐高温、抗氧化和低密度特性,成为最重要的高温热结构材料之一。不同增强体的CMC适用于不同的应用环境,SiC/SiC复材是航发热端部件的理想材料,C/SiC复材则广泛应用于航天领域。 SiC纤维是CMC制备的核心,日美等国已实现三代连续SiC纤维的工业化生产,而国内已具备二代SiC纤维的产业化能力。 市场需求方面,新一代航空发动机对高效轻量化的追求,以及先进核能和航天领域的广阔市场,共同推动了CMC材料的产业化进程。
GE公司通过垂直整合,实现了CMC全流程自主供应,其经验包括先进技术转化和供应链自主建设两方面。国内则通过“产学研”协同,初步具备了规模生产能力。在SiC纤维方面,火炬电子、宁波众兴和湖南泽睿等企业在国内处于领先地位;在CMC材料/构件方面,西安鑫垚、上海瑞华晟以及部分军工央企下属科研单位也具备一定的生产能力。未来,多工艺联用将成为CMC制备的重要发展趋势。
CMC材料由增强体、界面层和陶瓷基体组成,其优异的耐高温、抗氧化、低密度以及高比强度和比刚度特性使其成为航空航天、核能等领域的关键材料。不同基体类型的CMC(如碳化硅陶瓷基复合材料、氧化物陶瓷基复合材料)具有不同的特性,适用于不同的服役环境。
SiC纤维的制备是CMC材料制备的核心,目前主要采用先驱体转化法,该方法生产效率高、成本低,适合工业化生产。根据化学成分、氧含量和C/Si原子比,SiC纤维可分为三代,国外已实现三代连续SiC纤维的工业化生产与应用。CMC材料的制备工艺包括纤维编织、界面层制备、基体增密、机加工成型和环境障涂层制备等步骤,单一工艺存在局限性,多工艺联用是未来发展趋势。
新一代航空发动机向高效化和轻量化发展,高温合金应用遇到瓶颈,CMC材料有望取代高温合金,应用于热端部件,如燃烧室、高/低压涡轮等。国外CMC材料在航发中温中载静止件上的应用已进入批产阶段,未来将遵循“中温中载—高温中载—高温高载”路径实施验证及工程化应用。国内四代航发有望成为CMC规模化应用平台,预计2028年国内军/商用航发CMC市场空间将达200亿元。
CMC材料具备吸波功能,防热/隐身/结构一体化CMC在国外已有应用基础。国内隐身装备列装需求确定,隐身涂层企业也已开展涂层向构件的系统性探索。
SiC/SiC复材是聚变堆和先进裂变反应堆重要的候选结构材料,国内有望受益于四代核电及聚变加速推进。
C/SiC复材在航天飞行器热结构、火箭发动机和卫星反射镜等领域有广泛应用场景。
GE公司通过与日本碳素公司合资,快速吸收了第三代SiC纤维制造技术,并在本土建立了CMC全过程生产供应链,实现了自主供应和一体化降本。
国内CMC产业链企业较为集中,民企依托高校/科研院所进行产学研合作,体制内则以军工央企下属科研单位为主。上游SiC纤维生产企业主要有火炬电子、宁波众兴、湖南泽睿等;中游CMC材料/构件生产研制机构包括西安鑫垚、上海瑞华晟等民企以及部分军工央企下属科研单位。
短期来看,国产四代航发列装将驱动航发CMC材料行业增长,上游SiC纤维需求释放将带来更大弹性,建议关注火炬电子。中长期来看,随着CMC材料应用场景拓展、制备技术优化以及上游原材料成本下降,中游CMC构件企业有望步入业绩兑现通道,建议关注华秦科技。
本报告对陶瓷基复合材料(CMC)的市场前景进行了深入分析,指出CMC材料作为新型战略性热结构材料,其产业化应用拐点即将到来。 报告详细阐述了CMC材料的优异性能、制备工艺、以及在航空航天、核能等领域的应用,并对国内外产业链格局进行了对比分析。 最后,报告根据市场发展趋势和企业竞争格局,提出了相应的投资建议,为投资者提供了重要的参考信息。 然而,投资者仍需注意报告中提到的风险提示,谨慎投资。
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