陶瓷基复合材料产业趋势及投资价值分析报告.pdf

陶瓷基复合材料产业趋势及投资价值分析报告。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。

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。

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。

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。

我国已建成相对完善的CMC产业链，航发CMC或迎来拐点

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。