2022年碳基复合材料行业短中长期路径分析 天宜上佳进军碳碳热场领域

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，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）， 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 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 2020-2025 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 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 2025 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、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。（报告来源：未来智库）

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 3～8 倍，模量是 7～12 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，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，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%。

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%。

根据综合测算，2025 年碳陶制动盘需求预计将达 49.7 万套，对应市场空间 58 亿元， 2021-2025 年复合增速 86%。

公司碳基复合材料业务积累深厚，率先卡位碳陶制动盘蓝海市场。公司在制动材料 领域拥有多年技术研发积累，已掌握碳陶制动盘产品的核心技术，进行了若干独创 工艺的改进，在生产工艺上取得突破性进展。公司的碳陶复合材料业务以天宜上佳 母公司为主体，2022 年公司拟募集资金 13.2 亿元用于“高性能碳陶制动盘产业化建 设项目”，主要产品用于新能源汽车、中高端乘用车、商用车及特种车刹车制动系统， 投产后年产能可达 15 万套。

编辑：999感冒灵