2022年碳基复合材料行业短中长期路径分析

1、2022年碳基复合材料行业短中长期路径分析1. 碳基复合材料：短中长期路径清晰，三大赛道百亿空间碳基复合材料是以碳纤维为增强体，以碳或碳化硅等为基体的复合材料的总称。碳 基复合材料属于高温结构材料，且强度随温度的增加不降反升，并具备高尺寸稳定 性、化学惰性、高导热系数、高导电性、稳定的摩擦因数、抗核辐射、高温下的高模 量等优点。碳基复合材料的制造工艺主要有化学气相沉积或浸渍，可分为碳碳复合 材料（碳纤维增强基体碳）、碳陶复合材料（碳纤维增强碳化硅）。碳基复合材料业务是公司未来主要增长点，短、中、长期规划拥抱百亿成长空间。 短期内，公司进军碳碳热场领域，江油 2,000 吨热场产能已落地；中期，

2、公司拓展火 箭喉衬新业务，迈入军工领域；长期来看，公司布局碳陶复合材料产品的研发及生 产，打造大交通先进材料平台型企业。2.短期：切入碳碳光伏热场赛道，2020-2025 年市场空间 CAGR 为 14%碳碳复合材料可应用于光伏热场的坩埚、导流筒、保温筒等部件。光伏热场是位于 单晶拉制炉内、用于硅片拉晶过程中的耗材，由坩埚、导流筒、加热器、保温筒等部 件组成，是单晶硅棒、多晶硅锭制造的核心部件，对单晶硅、多晶硅的纯度、均匀性 等品质具有关键影响。随着大尺寸硅片发展，碳碳材料正在加速替代石墨材料。热场产品可采用碳碳复合 材料或传统石墨材料，由于碳碳材料使用寿命更长，导热系数更低（可节约能耗），

3、以及更适用于生产大尺寸硅片的大直径热场系统（大型石墨材料成型困难），已在坩 埚、导流筒、保温筒等关键部件基本实现了对石墨的替代。随着大尺寸硅片的发展， 碳碳材料将加速替代石墨。碳碳复合材料在导流筒、保温筒部件渗透率仍有提升空间。2020 年碳碳复材产品在 热场部件中的整体渗透率已达 55%，其中坩埚部件的渗透率已超过 95%，导流筒、 保温筒部件的渗透率仍有提升空间，分别达 60%、55%，其他部件的渗透率提升空间 更大。每年下游单晶制造热场市场对碳基复合材料的需求可以分为三部分： （一）存量替换：光伏热场部件属于消耗品，需定期更换。导流 筒的使用寿命约为 2 年左右，保温筒的使用寿命为 1

4、年半左右，坩埚的使用寿命约 为 6-8 个月，加热器的使用寿命约 6 个月。 （二）改造需求：为了提升设备性能，部分原有的使用石墨材料的热场会进行升级改 造，由使用等静压石墨材料改为使用碳基复合材料，会带来一部分改造需求。 （三）新增需求：新增热场设备需要购买与之配套的坩埚、保温筒、导流筒等等碳基 复合材料制品。基本假设： （1）2025 年全球光伏新增装机量将达到 300GW。 （2）根据历史数据和市场判断，预计容配比（硅片产量/新增装机量）将由 2021 年 的 1.15 增长至 2025 年的 1.20。 （3）2020-2021 年单晶硅片产能利用率平均为 83.7%。假设 2020-

5、2025 年全球硅片企业产能利用率为 80%。 （4）根据 CPIA 预测数据，预计 2025 年单晶硅片占全部光伏硅片的 99%。（5）根据金博股份公告，平均 1GW 硅片对应的单晶拉制炉约 75-80 台。随单晶拉 制炉尺寸增大，假设 1GW 对应的单晶拉制炉的数量下降至 2025 年的 69 台。（6）随着热场大型化、N 型硅片取代 P 型硅片以及碳/碳复合材料制造商优化工艺降 低成本，碳碳热场渗透率有望提升。假设 2025 年加热器、坩埚、导流筒、保温筒的 碳碳复材渗透率分别可达 15%、98%、90%、85%。 （7）假设耗材的替换周期为：加热器每年消耗 2 件；坩埚每年 消耗 2

6、件；导流筒每年消耗 0.5 件；保温筒每年消耗 0.7 件。 （8）为提升设备性能，部分存量石墨热场存在向碳碳热场的改造需求。假设每年坩 埚改造需求占当年非碳基复合材料坩埚存量的 10%，导流筒、保温筒改造需求占当 年非碳基复合材料导流筒、保温筒存量的 5%，加热器改造需求占当年非碳基复合材 料加热器存量的 1%。 （9）预计碳碳热场市场价格随各厂商扩产、竞争加剧而逐步下降，假设从 2021 年 的约 830 元/千克下降至 2025 年的约 600 元/千克。根据以上假设测算可得：2021 年碳碳热场市场空间约 31 亿元，2020-2025 年复合增 速达 14%。根据综合测算，预计到 2

7、025 年，单晶碳碳热场改造需求市场空间约 0.3 亿元， 占比 1%；替换需求市场空间为 41.5 亿元，占比 89%；新增需求市场空间达 5.0 亿 元，占比 11%。总体趋势为替换需求占比持续提升，新增、改造需求占比逐步下降。光伏热场碳碳复材产业链上游原材料主要有碳纤维及碳纤维预制体、树脂、丙 烯等化工产品，中游为光伏热场供应商，下游为光伏行业的硅片及电池组件供应商。未来三年碳碳热场供需紧平衡，头部企业市占率有望提升。根据各公司公告， 我们测算 2022-2024 年碳碳热场市场合计产能达 5167/7288/7919 吨，对应需求为 5026/6155/6947 吨，考虑产能折损和库存

8、效应，未来三年市场供需处于紧平衡状态。 随头部厂商加速扩产、低端产能出清，头部企业市占率（按产能）有望从 80%提升 至 86%。公司碳碳复合材料业务以天力新陶、天启光峰为主体，2000 吨产能已落地。天力新 陶主要产品为碳碳板材、坩埚、导流筒、保温筒等，天启光峰主要产品为碳基复合材 料预制体。2021 年，公司已完成江油 2000 吨碳碳复合材料生产线厂房及碳纤维预制 体生产线一期厂房建设，产能已顺利投产。 大尺寸、高纯度趋势下，公司大规格设备可有效提高生产效率。公司采用目前光伏 热场碳碳领域中批量化生产最大规格尺寸的沉积设备，可满足 36 寸甚至更大的产品批量化生产，同时具备强大的过滤系统

9、、冷却系统、保温系统，可实现产品的快速沉 积和快速冷却，节约能耗并有效提高了生产效率。公司工艺先进，产品品质及一致性有保障。公司在工艺以及工装设计方面行业领先， 保证了在整个沉积过程中可以做到定向受气、均匀受热，使得沉积效率有效提升，产 品拥有较好的一致性。结合大尺寸设备在产品效能及成本方面的优势，公司采用套 装产品的性能和密度有保障。积极应对热场未来发展趋势，拟对 2000 吨级碳碳材料制品产线进行自动化及装备升 级。随着光伏市场 P 型电池发电效率已经接近理论极限，N 型电池技术将是未来发 展方向。N 型电池对于硅片纯度要求相应更高，因此也对热场的纯度提出了更高要 求。2022 年，公司拟

10、对 2000 吨级碳碳材料制品产线进行自动化和装备升级，有助于 提升公司碳碳热场产品纯度以及产线的自动化水平，系公司积极应对未来光伏热场 产业未来发展方向进行的准备。拟募资 3.5 亿元用于预制体产能扩张，进一步降本增效。2022 年公司拟向特定对象 发行 A 股股票募集资金总额不超过 23.2 亿元，其中拟募资 3.5 亿建设碳碳热场相关 预制体及火箭发动机喉衬产品产线，达产后新增碳碳材料制品预制体年产能 5.5 万 件，预制体产能将进一步释放，不仅可以满足内部需求，还可实现对外销售。3. 中期：进军火箭发动机喉衬市场，具备耗材属性需求高景气火箭发动机喉衬是固体火箭发动机的关键部件。固体火箭

11、发动机动力系统主要由药 柱、壳体、耐烧蚀组件和点火装置等组成，其中耐烧蚀组件包括喷管和喉衬。喉衬的 烧蚀条件最为恶劣，要经受上千度的高温和高速燃气流的烧蚀和粒子冲刷，直接影 响到发动机各项性能的发挥，是发动机的关键部件之一。 碳碳复合材料是固体火箭发动机喷管喉衬的首选材料。碳碳复合材料的抗拉强度是 高强石墨的 38 倍，模量是 712 倍；抗热震性能优良；耐烧蚀性强而均匀，且可 预示性能特别好；性能可设计性突出；便于制成大型、复杂形状的产品，因而为整体 式喷管创造了条件。采用碳/碳材料后大大地简化了喷管设计，喷管质量减轻 30% 50%，已成为固体发动机喷管喉衬的首选材料，应用十分普遍。碳碳复

12、合材料制成的耐烧蚀组件内型面烧蚀比较均匀、光滑，没有前、后烧蚀台阶或 凹坑，显著地提高了耐烧蚀组件的冲质比、可靠性和效率，逐步替代了早期火箭耐烧 蚀组件大多采用的高熔点金属、热解石墨、多晶石墨以及抗烧蚀塑料复合材料等。目 前，我国航天领域火箭发动机耐烧蚀组件中的喉衬均采用碳碳复合材料。固体火箭发动机所需反应和准备时间更短，能承受更强的震荡和碰撞，发射成本更 低。固态火箭燃料构造简单，不需要贮箱、阀门、泵、管路等复杂装置，固体推进剂 装药成型后，可以放在发动机壳体中长期贮存，且对储存的温湿度以及力学环境要 求不苛刻，能随时处于待命状态。固态火箭发动机没有管线或者是加压设备，对于外 界的震荡或者是

13、碰撞的忍耐程度比液态火箭发动机要高。固体火箭推进剂的能量密 度高，在相同运载能力条件下，火箭可以做得更小、更轻，从而提高运输的灵活性， 降低发射成本。导弹系统中绝大多数导弹使用的都是固体火箭发动机，高耗材属性带来广阔市场空 间。发动机在导弹系统中的价值量占比约 20-25%，2022-2027 年全球导弹产量总计将达到 21.2 万枚（年均产量达 3.5 万 枚），产值可达 885.6 亿美元，测算可得 2022-2027 年全球导弹系统中发动机产值合 计将达 221.4 亿美元，喉衬作为关键部件市场空间广阔。“十四五”是我国装备快速换装，追赶国际先进军事力量及前沿技术国防装备加速 突破时期，

14、预计导弹需求将迎来快速增长。导弹需要大量储备以备战时所需，当前 实弹化的训练模式也增加了对导弹的需要，进而带动火箭发动机喉衬需求。2021 年 6 月，国防部新闻发言人表示，2021 年上半年“各部队开训即掀起练兵热潮，突出按 纲施训打基础，坚持实战练兵强能力，与往年同期相比，全军弹药消耗大幅增加，高 难训练课目比重持续加大，部队训练质效稳中有升”。喉衬市场进入壁垒较高，竞争格局良好。当前国内碳碳新材料航天部件生产厂商较 稀缺，主要集中在少数大型国有企事业单位。航天体系内的生产厂商主要有西安航 天复合材料研究所（中国航天科技集团公司 43 所）、航天材料及工艺研究所（703 所） 等国内航天的

15、相关院所。非航天体系内从事碳碳材料制造业务的企业/高校主要有博 云新材、西北工业大学、上海大学等。4. 长期：碳陶制动盘顺应轻量化需求，大交通蓝海市场发展潜力大碳陶复合材料是由碳纤维的三维毡体或编织体作为增强骨架、碳化硅作为连续基体 的一类新型复合材料。碳陶复合材料通过陶瓷化处理在基体中引入陶瓷相，不仅具 有碳碳复材“三高一低”的优点（耐高温（1650）、高比强、高耐磨、低密度）， 还具有高性能陶瓷的抗氧化、耐酸碱、耐腐蚀等优点，显著改善了摩擦性能在各种外 界环境介质中的稳定性。用碳陶复合材料制成的制动盘对于解决汽车轻量化需求，提高刹车稳定性具有重要 意义。碳陶刹车材料质量轻、耐磨损、耐高温，

16、可有效提升汽车操控性，能有效对于 提高刹车部件使用寿命，助力汽车、列车、飞机更节能高效运行，延长续航能力。碳陶制动盘产品将主要应用于新装车市场（包括新能源汽车、中高端乘用车、商用 车及特种车）以及汽车后市场（汽车改装）。新装车市场方面，中国新能源汽车进入快速发展阶段，我们预计 2025 年中国新能源 汽车需求将达 1,160.4 万辆，2020-2025 年复合增速达 53%。汽车后市场方面，受益于政策对汽车改装范围的扩大，中国仍处于萌芽状态的汽车 改装市场迎来发展机遇，根据前瞻产业研究院预测，2027 年汽车改装市场规模有望 突破 2,000 亿元，2020-2027 年复合增速将达 17%

17、。目前碳陶制动盘生产以国外厂商为主，国内是推广阶段的蓝海市场。由于碳陶制动 盘生产成本较高，且为汽车高端性能部件，国内尚处推广阶段，属于市场开发前期， 竞争者较少，行业内企业碳陶复合材料产能基本在 10 吨以下。当前碳陶制动盘生产 厂商主要为意大利的布雷博。基于以下假设，对我国新装车市场的碳陶制动盘市场空间进行测算： （1）根据生产成本叠加合理利润，碳陶制动盘的平均售价约为 1.2 万元/套。 （2）根据中汽协、中国乘联会数据，假设至 2025 年我国新能源乘用车、高端燃油乘 用车（售价 25 万元以上）、商用车销量分别将达 1136 万辆、296 万辆、422 万辆。 （3）2022 年前碳陶制动盘主要用于高端跑车，特斯拉在 Model S Plaid 引入碳陶刹 车套件后，引领了新能源汽车、高端燃油乘用车配置碳陶刹车盘以实现轻量化的趋 势，假设碳陶制动盘在两种车型中的配备率逐年提升，至 2025 年分别达到 2.8%、 3.2%。（4）由于商用车较乘用车重量更大，轻量化需求下对碳陶制动盘的需求也日益提升， 假设 2025 年碳陶制动盘在商用车中的配备率达到 2