2022年碳碳复合材料竞争格局及未来趋势分析 龙头扩产，产业链相关企业入局

1. 竞争格局：扩产加码，21-23 年产能复合增速或达 42%

龙头扩产，产业链相关企业入局。光伏单晶拉制炉热场系统用 C/C 复合材料产品的技术门槛较高， 国内主要企业包括金博股份、西安超码（上市母公司为中天火箭）、陕西美兰德、隆基绿能科技、 芜湖天鸟、天宜上佳等。其中金博股份为行业龙头，公告显示，2020 年公司热场系统营收达 4.2 亿元，其 C/C 复材坩埚产品市场占有率达 30%以上。

随着光伏行业的快速发展，热场系统用 C/C 复材料需求增长迅速，行业内企业也相继启动扩产， 以减小 C/C 复合材料的市场供需缺口。

预计上述六家企业 21 年产能约 4151 吨，到 23 年或增至 8317 吨，年复合增速约 42%。假设当 年新增产能 50%利用率，保有产能 100%利用率，则 23 年供应量或达 7392 吨，年增速约 53%。

图：热场碳基复合材料 20-23 年产能预计

新增产能朝着大型化方向发展。硅片越大，热场设备越大，C/C 热场部件尺寸随之增大。针对这 一趋势，一方面可采用拼接技术应对，另一方面也可通过大规格尺寸的沉积设备实现，如天宜上 佳“2000 吨级碳碳、碳陶复合材料生产线”项目可满足 36 寸甚至更大的产品批量化生产；西安 超玛本身采用的就是等温化学气相沉积工艺，该工艺相较梯度法的设备尺寸更大；金博股份 “1,500 吨高纯大尺寸先进碳基复合材料产能扩建” 项目配备的气相沉积炉亦均为大型化气相沉 积炉，以满足更大尺寸热场部件需求。

2. 竞争要素：成本是核心，上游延伸+工艺优化两手抓

下游充分竞争，且日趋集中，对热场材料有较强降本诉求，因此成本是 C/C 复材企业核心竞争力。 从目前国内主流生产企业的成本构成来看，原材料、基体碳和电力是主要的成本构成。原材料， C/C 复材的主要原材料即碳纤维或预制体（取决于预制体是否自制）；基体碳，国内上市公司以 烃类、树脂为主，可选择单一基体碳或混合使用，取决于采取的工艺；电力，国内普遍都会采用 气相沉积工艺，气相沉积炉耗电量较大。

金博股份成本较西安超玛更优，成本优势主要来源于预制体>基体碳>设备折旧。根据公司公告， 2019 年金博股份 C/C 生产成本仅为约 400 元/吨，而西安超玛为 631 元/吨。我们认为金博股份的 领先成本主要得益于公司目前在工艺积累、设备自研、预制体自制上均存在较强优势。

1、工艺积累：国内形成了纯化学气相和气液混合两种工艺路线，不同工艺成本差异大

碳纤维和基体碳的复合就是致密化过程，致密化程度越高，材料的力学性能往往越好。成型的预 制体含有许多孔隙，密度也较低，不能直接应用，需将碳沉积于预制体，才能成为真正的结构致 密、性能优良的 C/C 复材。国内主流的生产工艺包括两类：液态浸渍热分解法和化学气相沉积法 (也简称“CVD”)。

化学气相沉积：以热解碳为碳源，主要步骤包括热解碳、气相沉积、机械加工和热处理，由于 致密过程中坯体表面易形成涂层硬壳，并导致胚体内的通道封闭，因此需要反复进行机加工和热 处理，以去除表面硬壳层、打开闭口孔隙，制备周期相当长。

液相浸渍：以树脂或沥青为碳源，将预制体浸入其中，并在惰性气氛下热处理，使树脂或沥青 转为基体碳。该工艺较为简单、原料便宜，浸渍法渗透效果更好，但对纤维有一定的伤害。

对比两种工艺，CVD 优点在于增密过程不损失纤维，适宜生产对力学性能要较高的 C/C 复材， 但其缺点在于气体逐步扩散使得预制体内部存在浓度差，导致材料密度分布不均匀。

在实际生产过程中，气液结合的混合工艺也常常使用。如中天火箭子公司西安超码，利用化学气 相沉积低密度阶段致密效率高，液相浸渍高密度阶段致密效率高的特点，先期通过化学气相沉积 工艺快速致密，再通过反复的树脂低压浸渍炭化工艺及高温开孔工艺，可得到密度更高、材质更 均匀的复合材料。

缩短制备周期是全行业工艺优化方向。上述两种工艺的缺点都是制备周期长，目前国内外大尺寸 批量制备碳基复合材料工艺的最高水平为 300 小时以内，主流水平为约 800-1,000 小时，部分优 秀企业可以做到约 600 小时。金博股份自主研发了快速化学气相沉积关键技术，沉积周期在传统 沉积周期 1/2 以内。

金博股份的快速化学气相沉积技术关键在于以天然气其作为碳源，并且克服了天然气热解速率低 的问题。如前所述，在化学气相沉积过程中，由于沉积表面易形成涂层，阻碍内部沉积反应德发 生，气体扩散和热解沉积速率的匹配是该工艺的关键技术难点。金博股份以基体碳源入手，突破 了这一难题。传统工艺是采用丙烯为碳源，其热解迅速、沉积效率较高，但不易扩散到预制体内 部，所得材料的密度分布均匀性能不足；金博股份则是以甲烷为碳源，甲烷相对于丙烯分子量小 且扩散系数大，易于扩散至内部，但它化学性质也更稳定，热解和沉积速率较慢，因此往往需通 过延长气体滞留时间以增加沉积效率。金博股份的快速化学气相沉积法即以采用甲烷为基体碳源， 并攻克了热裂解技术，提高了其沉积速率，使沉积周期由传统 800-1,000h 降到 300h 以内。

不同的工艺路线成本差异较大，金博股份工艺流程短，折旧、材料成本优势明显。对比金博股份 和西安超码，气液混合法由于工艺步骤较长，较气相沉积多出浸渍、固化、碳化步骤，固定资产 相对更重，据金博股份测算，2018 年西安超码单吨设备原值产量仅为 12.91 千克/万元，而金博 股份为 43.83 千克/万元，折旧成本上形成优势；材料耗用上，金博股份仅以天然气作为单一基体碳来源，西安超码除了耗用烃类气体外，液相浸渍过程还需消耗树脂，据金博股份测算，2018 年 西安超码采购单位基体碳材料对应的产量仅为 98.54 千克/万元，而金博股份为 591.47 千克/万元。

2、设备自研：传统气相沉积炉为箱型，不利于大型化

除了工艺方面，上游一体化也是影响成本端的核心竞争要素。同样以金博股份和西安超码为例， 金博股份的盈利能力更强不仅仅是因为工艺路线更短，设备自研定制和预制体自制同样功不可没： 在设备自研方面，金博股份具备大型化学气相沉积炉工艺装备技术。传统沉积呈立式圆柱形，只 有一个进气口，并且加热区仅在侧面；而金博股份设计的气相沉积炉为箱型，并布局多个独立控 制的加热区、多个料柱、多个进气口，使得生产效率提高 40%，单位能耗降低 30%。

图：随着大型气相沉积炉的投产，金博股份单位产量电耗下降更快

3、上游预制体：自制可增厚利润，同时提升碳化阶段工艺的可控性和最终制品的性能

在预制体方面，金博股份可自制预制体，利润增厚效果显著。西安超码外购预制体，金博股份模 拟了其自制预制体环节毛利率在 2019 年约为 47.3%，单吨预制体毛利约为 17 万元/吨，相当于 贡献单吨复材毛利 12 万元/吨。（假设金博股份单吨预制体 C/C 复材产量为 1.4 吨）。

自制预制体有助于增强后续碳沉积工艺以及 C/C 制品性能的可控性。由于碳纤维预制体的结构为 C/C 复材性能的关键影响因素之一，其性能直接影响后续沉积工艺的选择和参数调试。根据 《C/C 复合材料预制体的研究进展》和《不同预制体结构 C/C 复合材料的 CVI 致密化行为》，不 同预制体制备工艺对 C/C 复材的气相沉积致密行为和 C/C 复材最终性能影响较大。

即使采用相同预制体制备工艺，如针刺法，不同的针刺深度、针刺密度、以及短/长纤维配比也对 C/C 复材性能影响显著。《高性能针刺碳/碳复合材料的制备与性能》，当短/长纤维配比增至 1： 4.8，预制体密度可提升至 0.6，拉伸强度和拉伸模量相应显著增强。

金博股份自制预制体碳纤维含量较高，有助于缩短后道工序的致密周期。金博股份预制体采用的 是准三维成型工艺，主要步骤包括织布、成网、准三维成型、复合针刺。由金博股份招股说明书 可测算，其 C/C 复材中碳纤维含量较高，2018-2019 年单吨 C/C 复材的碳纤维用量高达 0.7-0.8 吨。而西安超码、陕西美兰德、隆基保山的碳纤维用量较低，根据各公司环评报告书可测算，单 吨用量约在 0.4 吨。复材的碳纤维即来源于预制体，由此可推断出金博股份自制预制体中碳纤维 含量更高，这对后续碳沉积工序和最终产品性能直接起到积极作用。

西安超码预制体采购自江苏天鸟，江苏天鸟 2016-2018H1 热场预制体毛利率约 23%-28%，未来 或自供芜湖天鸟项目。江苏天鸟在预制体成型方面技术储备深厚，不仅具备准三维成型工艺，同 时具备穿刺三维织物工艺。该工艺在材料 的热力学性能突破上具有明显优势，相对于准三位针刺预制件抗烧蚀性能有所提高，应用该工艺 的预制体已成功用在多项国防重点型号。

3. 行业趋势：降本提升性价比，C/C 复材有望开疆拓土

行业学习效应强，成本压降成共同目标。业内新产线在工艺、设备和预制体自制上均有显著进步：

西安超玛，其 IPO 募投项目环评报告显示，新增产线转为纯化学气相沉积工艺，并以天然气为 基体碳源，工艺较原有产线缩短，并与金博股份当前工艺较为相似；

天宜上佳，设备方面，四川子公司天力新陶新建产线的设备采购自西安西炉，是目前行业中最 先进生产设备，通过对设备关键部件改造，能让产品在巨大容积内最大限度保持均温，有效提升 生产效率；预制体自制方面，将依托于原有产能的一期项目经验，打造新的自动化智能预制体生 产线，以进一步扩大预制体产能，提高生产效率；

芜湖天鸟，设备方面，顶立科技为其母公司楚江新材同一控制下企业，从事热工装备多年，为 我国《化学气相沉积炉》标准起早单位，作为兄弟公司或为芜湖天鸟提供设备支持；预制体方面， 江苏天鸟为西安超玛军、民品预制体的主要供应商，即将从预制体向下游延伸，2022 年在芜湖形 成一条热场用复材产线，并或为其提供预制体原材料支持。

碳陶复合材料摩擦性能更优，交通领域刹车盘或为碳碳/碳陶复材下一个巨大市场。碳陶复合材料 是 C/C 复材基础上通过陶瓷化处理制取的具有连续陶瓷相的复合材料，不仅继承了碳碳材料“三 高一低”的优点，即耐高温、高比强、高耐磨、低密度，还因基体中引入了碳化硅，有效提高了 材料的抗氧化性能和摩擦系数，显著改善了摩擦性能在各种外界环境介质(潮气、霉菌和油污等) 中的稳定性，已成为轻量化、高制动效能和全环境适用摩擦材料的一个重要研究方向，被公认为 新一代理想刹车材料，在飞机、高速列车、地铁、汽车、工程机械等高速、高能载、苛刻环境制 动系统上具有广泛的应用前景，还可应用于航空航天外太空用结构件及相关战略型号复合材料。

碳陶复材较 C/C 复材多一道陶瓷化处理，C/C 复材成本的下移有望提升碳陶复材的性价比。碳陶 复材在 C/C 复材基础上主要需增加陶瓷化处理设备，硅粉为陶瓷化的材料来源，前端气相沉积、 高温处理等工序可通用。随着 C/C 复材成本的下降，碳陶复材在刹车领域的性价比或逐渐凸显， 在汽车、轨道交通领域的渗透率有望逐渐提升。

（本文仅供参考，不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息，请参阅报告原文。）