2023年天宜上佳研究报告：石英坩埚业绩爆发，碳碳材料开拓新领域

1 高铁刹车片领军企业，拓展新能源更广阔市场

1.1 优秀内在基因，建立平台型材料公司

北京天宜上佳高新材料股份有限公司，简称“天宜上佳”，于 2009 年成立，是国家高 新技术企业，工信部制造业单项冠军企业。公司是国内高铁动车组用粉末冶金闸片龙头公司， 2013 年率先打破德国克诺尔在中国高铁刹车片市场的长期垄断，成功实现进口替代。 公司于 2019 年 7 月科创板上市，在深耕高铁冶金闸片业务的同时，结合自身优势，提 前布局碳基复合材料，树脂基复合材料，石英坩埚，碳陶材料等新兴领域市场。公司致力于 成为平台型材料公司，目前形成了冶金闸片，碳碳材料、石英坩埚为主的三大业务板块。受 益于下游新能源领域的快速发展，公司未来碳碳材料、石英坩埚业务将迎来高速发展。

2021 年，公司设立江油天力新陶及江油天启光峰，推进预制体编织和碳碳复合材料业 务。通过收购与增资取得成都瑞合科技 64.54%的股权，加大力度投入航空结构件业务。 2022 年，公司收购晶熠阳 90%股权，并改名新熠阳，开展石英坩锅制品业务。 目前，光伏新能源业务板块由天力新陶、天启光峰、新熠阳为主体开展相关业务。天启 智和聚焦汽车制动领域，致力于碳陶复合材料制品产业化应用。国防装备业务板块由天仁道 和、瑞合科技为主体开展相关业务。母公司，天宜天津及天宜科贸负责冶金闸片业务。 截至 9 月 30 日，公司实控人吴佩芳直接持股比例为 22.27%。一致行动人久太方合持 股比例为 2.97%，及杨铠璘、释加才让、白玛永措共计持股比例为 25.50%。公司近期公告， 控股股东吴佩芳及其一致行动人承诺：自 2023 年 9 月 27 日起 6 个月内（即自 2023 年 9 月 27 日至 2024 年 3 月 26 日），不以任何方式减持所持有的天宜上佳股份。

公司在高铁闸片业务进口替代，逐渐做大成为龙头公司的过程中，培养了一批核心骨干， 同时也建立起了优秀的企业文化。优秀的基因使得公司在进入碳碳材料及石英坩埚市场后， 能够快速发展，业务成功跻身国内前列。公司董事会及高管大部分为 70、80后，年富力强， 正值当打之年。董事长吴佩芳材料专业出身，40 多年行业经验，历任北京摩擦材料厂、北京 超硬材料厂、北京上地硬质合金工具厂厂长，后创办天宜上佳。

1.2 雷厉风行，新能源业务进入收获期

公司率先打破海外在中国高铁刹车片市场的长期垄断，实现进口替代，成为国内高铁闸 片龙头企业。2020 年前，公司主要经营高铁冶金闸片，业绩稳定发展，由于公司技术及成 本优势，毛利率常年维持在 70%以上。2020 年开始，受疫情影响，高铁车次量下降，导致 闸片业务出货量及价格均出现下降。同时，公司依托自己材料研发优势，开始拓展新业务方 向。 公司新能源业务的发展给公司业绩带来了新增长极，业绩同环比持续高增。 2023 前三 季度公司实现营业收入 17.7 亿元，同比+169.2%，实现归母净利润 2.4 亿元，同比+90.8%， 实现扣非归母净利润 2.2亿元，同比+85.9%。对应单 Q3实现营业收入 8.0亿元，同比+213.6%， 环比+20.3%，实现归母净利润 1.1 亿元，同比+120.0%，环比+22.1%，实现扣非归母净利 润 1.05 亿元，同比+105.5%，环比+19.5%。

2021 年，公司碳碳材料业务启动，第一代沉积炉直径 3.6m。公司经过 2年时间，技术 升级到第四代沉积炉，直径 8.6m，沉积效率明显提高。目前，10 台直径突破 8 米的沉积炉 均已完成调试并正式投入使用，公司碳碳热场制品产能达到 5500 吨，可满足 36 寸甚至更大 尺寸产品批量化生产。 此外，公司第三代智能针刺设备全部安装完毕并完成工艺验证，进一步提高了预制体产 能和质量一致性。公司针对锂电负极用热工工装进行了系统性研发，目前已开发成功并在多 家头部负极材料厂商试用，部分客户已通过样件试用进入中试阶段。 高性能碳陶制动盘项目目前已完成厂房建设，制动盘生产所需超大规格沉积设备已完成 安装调试并投入使用。预制体智能针刺设备以及连续渗硅炉已经陆续完成安装调试，分别进 入小批量试制和小批量工艺试制阶段。

2022 年年底，因为石英坩埚业务与碳碳材料业务有着很好的协同效应，公司开始涉足 石英坩埚业务。目前公司子公司江苏新熠阳共有 8 条产线，子公司四川江油天启熠阳计划 2023 年内建设 20 条石英坩埚产线，已有 10 条产线完成安装进入试生产环节；自动化生产 线已完成局部验证，正在进行全线生产制备，预计于 2024 年二季度全面投入使用。 公司已与美国矽比科公司签订长期采购框架协议，双方约定，自 2024 年至 2028 年公 司将累计向矽比科采购 7817 吨石英砂。石英砂长协保证了公司未来石英坩埚的业务发展， 预计未来将量利齐升。目前，公司光伏领域收入已占公司业务 8成以上。后续随着产能的释 放，及石英坩埚与光伏碳碳热场的协同效应，新能源业务将继续快速增长。

1.3 固本培元，高铁闸片业务稳健发展

制动系统是高速列车动车组九大关键技术之一，制动性能的好坏将直接影响列车的行车 安全及运行品质。2012 年以前，由于西门子、川崎等整车厂对高铁闸片技术不予技术转让， 世界范围内，只有德国、日本和法国等少数几个国家可以生产高铁闸片，高铁闸片国产化困 难，国内闸片市场长期被国外产品垄断。2009 年，天宜上佳开始技术攻关，2013 年 9 月， 公司高铁闸片获 CRCC 认证，同时实现国产高铁闸片供货。

根据列车的运行速度和设计要求，目前在应用的闸片材料主要有铸铁闸片、树脂橡胶基 材料闸片和粉末冶金闸片三大类。铸铁闸片通常只用于 100km/h 左右的列车，而树脂橡胶基 闸片适用时速约为 160-200km/h。粉末冶金闸片具有良好的综合性能及经济性，是高速列车 目前最理想的制动闸片材料，当前时速 300km 及以上的高速列车均采用粉末冶金闸片。 目前高铁动车（300km/h 以上）使用粉末冶金闸片，低速列车（200km/h 以下）使用合 成闸片，低速货车使用铸铁闸片。

2020~2022 年铁路旅客周转量出现明显下降，公司闸片业务受到影响，出货量明显下降， 2022 年公司闸片出货 16.1 万片，相比 2019 年下滑近一半。同时，由于铁总对闸片进行集 中采购，导致闸片单价也逐渐下滑，目前闸片单价跌至约 1400 元/片，基本处于盈亏平衡。 后续随着出行恢复，公司此块业绩将有稳定增长。我们预计 2023 年出货量恢复至 20 万片， 今后公司通过产品降本，净利率恢复至 10%。未来，公司通过技术进步及降本，将进一步拓 展碳陶刹车的应用领域，使其成为粉末冶金闸片后，铁路系统业务的新增长点。

2 石英坩埚快速起量，业绩爆发

石英坩埚是由石英砂制成的容器，具有高纯度、耐高温、使用时间长等特点，目前广泛 应用于半导体和光伏领域单晶硅棒的生产工艺中，是半导体硅片和光伏硅片生产过程中硅料 熔融、晶体生长环节的重要耗材。在晶体生长炉中，石英坩埚作为加热容器用于直接盛放多 晶硅料硅料加热熔化后经过加工形成硅棒/硅片，进一步用于下游半导体芯片、光伏电池板等 产品的生产加工。

单晶硅棒制作是在一个真空的封闭热场内，升温至 1420°C 以上，将石英坩埚中的多晶 硅熔化，随后，用籽晶接触硅熔液表面，使熔液中的硅原子按照籽晶的原子排列规则进行有 序排列，同时转动籽晶，再反转坩埚，将籽晶缓慢向上提升，经过引晶、放肩、转肩、等径 生长、收尾等过程，得到一根完整的单晶硅棒。

石英坩埚是半导体和光伏领域单晶硅棒长晶过程中必须使用的重要耗材。石英坩埚行业 在产业链中具有重要的地位。上游主要为高纯石英砂行业和设备制造等行业，其中高纯石英 砂是石英坩埚的关键原材料，目前分为内、中、外层三种等级的石英砂。外层是高密度区域， 称为气泡复合层；内层是 3-5mm 的透明层，称为气泡空乏层。内层与溶液直接接触，对硅 的成晶状况和单晶硅的质量影响更为显著。

石英坩埚制作流程主要分为配料，熔融，外观处理等环节。核心工艺在于配料的配方、 冷涂的均匀性及熔融过程中的自动化控制。

2.1 石英坩埚量利双升，业绩快速释放

2022 年 11 月，公司收购江苏晶熠阳新材料科技有限公司 90%股权，进入光伏用石英坩 埚领域。本次交易除晶熠阳技术带头人李和栋仍持股 10%以外，其余股东均全部退出，天宜 上佳获得晶熠阳控股权，并改名晶熠阳为新熠阳。

江苏晶熠阳深耕石英坩埚行业多年，拥有从事石英坩埚研制、生产十余年的专业技术团 队，成功优化了石英砂原料配比，在进口石英砂供给短缺情况下，实现了国产石英砂对于进 口砂的部分代替。并且晶熠阳与上下游公司建立了稳定的关系，与天宜上佳现有光伏碳碳热 场业务形成协同效应，成为了天宜上佳快速发展石英坩埚业务的起点。 石英坩埚产能方面，目前公司子公司江苏新熠阳共有 8条产线，子公司四川江油天启熠 阳计划 2023 年内建设 20条石英坩埚产线，已有 10 条产线完成安装进入试生产环节；自动 化生产线已完成局部验证，正在进行全线生产制备，预计于 2024 年二季度全面投入使用。 2024 年，公司将拥有 28 条石英坩埚产线，合计 28 万只石英坩埚的年产能。 由于光伏发电成本下降迅速，装机量快速增长，行业景气度高，硅片产能也快速释放， 带动了石英坩埚的需求也随之增长。依据前三季度情况，预计今年下游光伏装机在 370GW 左右，假设 24、25 年光伏装机增速维持在 30%以上水平，2025 年全球装机量达到 650GW， 硅片产量 878GW，考虑 N 型硅片占比提升及内层石英砂使用占比下降，假设坩埚寿命逐渐 降低。我们测算，石英坩埚需求近 3 年复合增速 45%，至 2025 年达到约 170 万只。

在需求增长的同时，石英坩埚的产能由于上游石英砂的供给约束，并没有迅速释放。并 且由于内层石英砂价格飞涨，导致石英坩埚制作上需要平衡坩埚质量与成本的矛盾，石英坩 埚制作上，相比之前显出了更大的技术差异化。此外，由于锁量石英砂长协相比之前的资金 量增加，需要石英坩埚企业较强的资金实力。我们认为，未来石英坩埚行业马太效应逐渐加 强，集中度将提高。

由于供需持续紧张，石英砂价格大幅走高，从市场了解到，目前内中外层砂价格已分别 超过 40/20/10 万元/吨。石英砂成本占坩埚成本已经超过 75%，由于成本飞涨，当前市场上 32 寸、36寸石英坩埚价格已分别上涨至 3万元/只、4万元/只以上。我们认为，中短期内石 英砂供给仍然偏紧的局面无法打破，未来价格仍将稳定上涨，石英坩埚的盈利能力也将保持。

2.2 石英砂供需格局仍紧，长协确保公司业绩

石英坩埚上游高纯石英砂是石英坩埚的关键原材料，目前主要以内、中、外层三种等级 划分石英砂，等级划分主要取决于石英砂的纯度。石英坩埚外层是高密度区域，称为气泡复 合层。石英坩埚内层是 3-5mm 的透明层，称为气泡空乏层。内层与溶液直接接触，对硅的 成晶状况和单晶硅的质量影响最显著，直接决定了硅棒的单产。

高纯石英砂指 SiO2 含量高于 99.98%的石英砂，高纯石英原料矿床极为稀缺，分布于 美国、挪威、澳大利亚、俄罗斯、毛里塔尼亚、中国、加拿大等 7 个国家，其中，美国斯普 鲁斯派恩(Spruce Pine)矿的高纯石英原料资源规模最大，超过 1000 万吨，该矿矿区的白岗 矿床因为其石英杂质含量极低，资源存量大（已探测资源量超过 1000 万吨），其他国家难 以发现同等品质和储备的矿床，因此具备极强的资源壁垒，拥有该矿床开采权的尤尼明（矽 比科）、挪威天阔石（TQC）凭借此优质矿床成为了全球高纯石英砂龙头公司。 由于内层石英砂对于杂质、气泡含量要求更高，全球符合要求的高品质原矿资源更加稀 缺，目前主要来源于美国斯普鲁斯派恩(Spruce Pine)矿的高纯石英。此外，行业扩产积极性 不足，近两年高品质内层砂的供应面临持续紧张。

目前全球仅有三家主要高纯石英砂供应商，分别为美国尤尼明（矽比科）、挪威天阔石 （TQC）、国内石英股份，三家合计份额占比超 90%。 尤尼明（矽比科）是一家全球性材料解决方案公司。成立于 1872 年，目前仍然是一家 私营家族企业，200 多个生产基地遍布全球逾 40 个国家、地区。它是世界领先的高纯度石 英生产商。从矿山到客户，公司全面整合，以期确保完全控制 IOTA®产品质量和完整性。矽 比科通过两个独特的矿体，生产出一组包含不同等级的完整的 IOTA®石英产品以及定制产品， 以满足客户的特定要求。 挪威 TQC（The Quartz Corp）是太阳能、半导体和光纤市场高纯度石英砂的主要供应 商。2011 年，由 IMERYS 和 NORSK MINERAL 合资成立。TQC 的石英主要来自美国斯普 鲁斯派恩(Spruce Pine)矿，生产基地位于挪威 Drag。

目前能够供应内层高纯度石英砂的公司主要为美国尤尼明、挪威 TQC（The Quartz Corp） 2 家公司，用于坩埚内层的高纯石英砂具行业稀缺性。全球最核心矿床斯普鲁斯派恩石英砂 矿（Spruce Pine）由尤尼明和 TQC 协同开发，目前资源量可满足超过十年开发。先前每年 供给中国约 1.5 万吨光伏用石英砂。 国内石英砂厂家主要以石英股份为主，矿源主要来自印度。我国石英成岩条件与美国不 同，石英矿具有流体杂质多、矿体规模小、矿石品质不稳定，跟美国相比，国内石英砂提纯 难度更高，技术更复杂。 高纯石英砂短期供给产能受限，价格水平还将逐步上升。高纯石英砂不仅矿脉稀缺，同 时对于原矿提纯能力要求也高，所以，短期内行业无法提供明显的产能增加。今年，尤尼明 宣布将在斯普鲁斯派恩矿场扩产，预计 25 年扩产完成后产能将翻倍。预计公司 2025 年末将 拥有 3 万吨出口能力。石英股份计划投资 32 亿元将高纯石英砂产能增加三倍。将形成年产 6 万吨高纯石英砂、15万吨半导体级高纯石英砂及 5800 吨半导体石英制品的生产能力，项 目建设周期为 36 个月，建设地点为江苏连云港市东海县，原公司厂房附近。预计项目投产 时间为 2026 年。

我们认为，随着光伏下游需求的持续增长，天然石英砂供给将始终偏紧，因为已形成寡 头垄断，除非出现新技术替代，石英砂价格将保持现有水平，坩埚企业将充分受益上游约束， 利润率维持目前水平。 天宜上佳近期公告，已与美国矽比科公司（尤尼明）签订长期采购框架协议，双方约定， 自 2024 年至 2028 年公司将累计向矽比科采购 7817 吨石英砂。石英砂长协保证了公司未来 石英坩埚的业务发展，我们结合长协锁量及公司石英坩埚产能情况，预计 2024、2025 年公 司石英坩埚业务销量分别为 18/28 万只坩埚。 随着石英砂从今年 2 季度开始的飞涨，行业单锅净利也随之上涨，我们测算公司 Q2、 Q3 单锅利润已经达到 8000 元左右，考虑到公司明年有石英砂长协保量保价，及公司新产 能自动化率水平的提升，预计明年公司单锅利润稳定在 8000 元以上。

3 光伏热场供需扭转，技术迭代显成本优势

单晶拉制炉热场系统主要用于光伏行业、半导体行业中的单晶硅长晶、拉制过程，是制 备单晶硅的关键设备，主要包括坩埚、导流筒、保温筒、加热器等。热场是拉制单晶硅棒的 关键耗材，碳基复合材料逐步替代石墨产品。

早期拉晶、铸锭主要使用石墨热场。光伏行业发展早期，单晶拉制炉、多晶铸锭热场系 统部件材料主要采用国外进口的高纯、高强等静压石墨。石墨熔点高，导热性和导电性高， 并且具有良好的化学稳定性，耐酸、耐碱、耐有机溶剂的腐蚀，因此在高温条件下被广泛用 作隔热保温材料。但石墨也存在非常明显的缺点。 1）石墨脆性较大，在交变热应力和电磁力作用下容易产生裂纹，裂纹会改变零件的电 性能和热传导性能，导致难以精确控制硅融体的温度，进而直接影响拉制单晶硅和成品单晶 硅的品质优劣。 2）从石墨件中挥发出来的杂质或石墨降解形成的颗粒会污染硅熔体，影响晶体品质。 3）此外，反复的开炉、停炉、加热冷却过程也会加剧石墨坩埚的脆裂破损，大大缩短 石墨热场材料的使用寿命。 碳碳复合材料是碳纤维增强碳基体的一类复合材料，其特点是断裂韧性较高，同时具备 良好的耐腐蚀性、耐摩擦性。光伏用的碳碳热场材料产品经过 1800℃-2000℃的高温热处理， 具备良好的耐热冲击性，与石墨相比，性能更优异、寿命更长、综合性价比更高，目前已经 被广泛应用于光伏晶体生长设备中。

碳基复合材料热场产品凭借性价比优势，逐步替代石墨热场。碳基复合材料热场产品与 传统石墨产品比较，具有以下突出优点：1）性价比高，产品使用寿命长，减少更换部件的 次数，从而提高设备的利用率，减少维护成本；2）可以做得更薄，从而可以利用现有设备 生产直径更大的单晶产品，节约新设备投资费用；3）安全性高，在反复高温热震下不易产 生裂纹；4）可设计性强，大型石墨材料成型困难，而先进碳基复合材料可以实现近净成形， 在大直径单晶炉热场系统领域具有明显的优势。 2016 年以来，碳基复合材料产品在单晶拉制炉热场中的产品替代率快速提高，碳基复 合材料坩埚、导流筒、保温筒等产品的市场占有率已超过 95%，成为光伏用单晶拉制炉热场 系统部件的主要材料。

大尺寸硅片占比提升，进一步凸显碳基复合材料热场产品优势。大尺寸硅片的生产需要 匹配更大尺寸热场。碳基复合材料通过通过预制体结构设计和致密化工艺可以制备不同尺寸 和形状的热场制品。而石墨需要先制备实心坯料，再进行机械加工后形成最终产品。因此， 碳基复合材料相对于石墨而言，无余料浪费。随着热场尺寸由传统 28英寸向 30英寸以上产 品升级，碳基复合材料在制备成本、安全性方面的优势将进一步凸显。

热场产品是单晶拉棒关键耗材，下游需求分为新增、替换、改造需求。坩埚、保温筒、 导流筒、加热器等碳基复合材料热场产品均为单晶硅棒拉制过程中的消耗品部件，下游需求 主要分为新增需求、替换需求和改造需求。新增需求是指新增单晶炉装机带来的需求，例如 客户向设备商采购单晶炉，同时采购热场产品。替换需求是指在单晶炉不更换的情况下，消 耗件因寿命到期带来的定期更换需求。改造需求是指通过热场改造，以提升原有设备生产效 率或适应硅片发展趋势。

3.1 光伏热场价格触底，盈利能力开始恢复

2020 年下半年开始，硅片新老玩家在高额利润驱使下加速扩产。随着热场尺寸向 32、 36 寸升级，碳碳复合材料对等静压石墨的替代呈现加速趋势。碳碳热场的紧缺，加上高利 润率，老牌碳碳生产企业金博股份、西安超码、美兰德积极扩产的同时，也吸引了天宜上佳、 天鸟高新等新进入者。此外，中环股份（内蒙中晶、宁夏中晶）、晶科能源（青海中昱）、 晶澳科技（包头晶旭）出于供应链保障及降本考虑，也有扩产计划。

2021 年底，行业主流厂商碳碳热场产能约 6200 吨，尚不足以满足 2022 年行业需求。 2022 碳碳产能大幅扩张，即便考虑 2023 年底大尺寸热场产能，也足以满足 2025 年行业需 求。碳碳热场价格从最高点 100 万元/吨以上降至目前 25 万元/吨。

单晶炉拉制热场由坩埚、导流筒、保温筒、加热器（石墨）等构成。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，而坩埚的使用寿命约为 6-8 个月。新投产 的单晶炉需要采购全套碳碳热场产品，已投运的单晶炉根据热场部件寿命不同，定期进行更 换。以 36 寸热场为例，来测算单台单晶炉对应的热场新增、更新需求。假设坩埚、导流筒、 保温筒的寿命分别为 8/24/18 个月，加热器相关部件为 12 个月，其他部件为 36 个月。测算 结果显示，一台新投产单晶炉，采购全套碳基复合材料热场产品，单炉需求量在 270kg；若 考虑存量产品的更新替换需求，单炉年需求量在 225kg。

新增需求与硅片行业单晶拉棒产能投放进度密切相关，我们预计未来将维持在 3000 吨 新增需求。硅片向大尺寸升级，P 型向 N 型转换，则会催生热场改造需求。受热场产品使用 寿命限制，改造需求相对稳定、可预测。考虑到硅片薄片化、电池转换效率提升带来的单晶 炉单炉产出提升，假设 23/24/25 年硅片产量分别为 518/675/878GW。预计 2025 年光伏用 碳碳热场总需求 13899 吨，其中新增需求 3648 吨，替换需求 10252 吨，且未来将随着光 伏装机量稳定增长。

由于 2020 年开始大尺寸硅片的占比快速增长，拉动碳基复合材料热场的需求也出现了 快速增长，整体供需格局偏紧带来了部分厂商碳碳热场超过 30%的净利润率水平。行业内老 玩家加速扩产，新玩家不断涌入，从 2022 年开始，由于供需格局的扭转，碳碳热场价格不 断下滑，从最高 100 万元/吨以上降至目前 25 万元/吨左右水平。

目前碳碳热场的价格水平已经低于了大多数企业的成本，从金博股份三季度的扣非利润 看，碳碳热场价格已经触底。在这个价格水平下，未来一些高成本的老旧产能将出清，并且 随着大尺寸热场的占比提升，碳基复合材料的有效产能将进一步减少。近期价格已有一定反 弹，显出热场未来盈利能力向上的趋势。

3.2 公司沉积炉技术不断迭代，碳碳产能、成本优势显现

目前市场上绝大部分给光伏单晶硅片企业提供碳碳热场的企业其工艺技术路线大同小 异，都是采用预制体沉积炭的工艺，即在碳纤维预制体的基础上，通过致密化工艺引入基体 碳，再经高温高压等工艺制作而成。碳碳复合材料主要制备工艺为形成碳纤维预制体+致密 化工序。 1）预制体工序：将碳纤维材料进行成网、织布、复合针刺等处理，从而形成碳纤维预 制体，属于成型工艺；

天宜上佳逐步实现了预制体完全自制，子公司天启光峰负责预制体业务。近两年，天启 光峰对传统针刺进行了颠覆式创新，实现了预制体近净成形、一机多位多点智能针刺、连续 矫形固化、超大型异形件制备。解决了产品预留量大、物料利用率低、制备周期长、生产效 率低、针刺密度不均匀、产品易变形等诸多痛点。大幅提升了物料利用率及生产效率，同时 解决了产品易变形问题。 通过自制碳纤维预制体的方式有效降低了生产成本。预制体自制可以降低成本约 100 元 /kg。预制体用量约为成品碳碳复合材料的 30%～40%，自制预制体带来的成本优势预计在 30～40 元/kg。 2）致密化工序：将碳沉积在预制体上，主要包括化学气相沉积法和液体浸渍法两种方法。

化学气相沉积：利用甲烷、丙烯等碳氢化合物在高温下热解产生的碳沉积在碳纤维预制 体空隙内，实现碳纤维预制体的致密化，从而得到碳基复合材料。快速化学气相沉积技术将 致密化周期缩短至 300 小时以内，不到传统工艺的 1/2，有效降本。致密化周期是决定先进 碳基复合材料制备成本的最重要因素。目前国内外大尺寸批量制备碳基复合材料工艺的主流 水平为约 800～1000 小时，部分优秀企业可以做到约 600 小时。 液相浸渍：将碳纤维预制体浸入液态浸渍剂中，通过真空、加压等措施使浸渍剂渗入预 制体的孔隙，再经固化、碳化、石墨化等一系列处理过程，最终得到碳基复合材料。

天宜上佳在碳碳复合材料制造工艺上，已掌握“纯气相沉积”及“气相沉积+液相浸渍”两 种工艺路线，通过对浸渍工序的装备改造以及对浸渍剂材料配方的升级，有效降低了浸渍剂 残渣，大幅提升了产品密度均匀性、材料利用率及生产效率，成本优势明显，使得两种工艺 路线下生产成本相当。 此外，公司凭借自身在材料行业的经验积累，通过颠覆创新，在沉积设备尺寸上不断突 破，攻克了大尺寸沉积炉增密效率慢及增密均匀性差的难题，从 3.6m、5m、8.2m、8.6m 通过 4 次技术迭代，大幅提升了产能规模及交付能力，具备设备单产效率高、单吨电耗小、 制造成本低等优势。 公司 2021 年 Q4 开始生产光伏碳碳热场材料，随后快速扩张。目前已经经过 4 次技术 迭代，沉积炉尺寸已经达到 8.6m。截至目前，产能达到 3500 吨/年，到 2023 年年底产能将 达到 5500 吨/年，跃居行业龙头地位。

由于技术上的不断突破，公司碳碳复合材料单位成本持续降低，做到行业领先，公司 21、 22 年毛利率分别为 60.2%，52.4%。目前公司碳碳材料成本在 20 万元/吨左右，随着最新一 代沉积炉的投产，单吨成本有望进一步下降，达到 18 万元/吨。

目前碳碳热场价格水平下，行业仅有天宜上佳和金博股份能够保持微利，其他公司都处 于亏损状态。我们认为，前期碳碳材料价格的快速下跌主要原因是因为行业产能快速扩张， 尤其是天宜上佳，通过 2年时间，从 0快速扩张到 5000 吨以上的产能，使得行业竞争加剧。 行业目前产能扩张基本停止，未来竞争将会缓和，价格将出现恢复上涨。

成本角度分析，天宜上佳全行业最低，且随着第四代沉积炉投产，公司成本有望进一步 降低，目前公司产能已经达到 3500 吨，产量稳定在 300 吨/月以上，到年底产能将达到 5500 吨。我们预计公司明年碳碳材料出货 4000 吨以上，行业竞争趋缓，价格缓慢上升，公司吨 净利在 3 万-8 万区间。

4 碳碳材料成本下降，促更大应用市场空间

碳碳材料拥有卓越的高温性能，具有热膨胀系数低、耐烧蚀、抗热震的特点。可以在接 近 3000℃的极端环境下使用，被认为是优异的耐高温结构材料之一。拥有以下优点： （1）重量轻：碳碳材料的密度通常为 1.2-1.45g/cm³左右，仅为钢的 1/4、铝的 2/3、耐 热合金的 1/4，因此在应用于飞机、导弹、火箭等领域时，可以显著减轻结构重量，提高性 能。 （2）力学性能优异：与其他高性能纤维相比，有高比强度和高比模量，特别是在 2000°C 以上高温惰性环境中，可以实现强度不下降。 （3）耐摩擦磨损：碳碳材料的耐摩擦性能出众，当摩擦面温度达 1000°C 以上时，其摩 擦性能仍然保持平稳。磨损率仅为粉末冶金钢的 1/5，因而能够作为摩擦材料长时间使用。 （4）生物相容性高：碳碳材料继承了碳材料固有的生物相容性，是一种综合性能优异、 具有潜力的骨修复和骨替代生物医用材料。

目前对于一般民用行业而言，碳碳材料由于成本较高，应用还未普及。但随着工艺进步， 近期碳碳材料成本持续下降，陆续在光伏、锂电、汽车等行业批量应用。目前碳碳材料凭借 高强度，重量轻等优点已经替代石墨成为光伏热场的首选材料（市占率超 95%）。碳碳材料 制造成本已经下降至 30万元/吨以内，随着性能优势不断凸显、制备成本逐步降低，碳基复合材料对传统材料及产品的替代将逐渐提高，其需求将会保持稳定增长。后续有望在锂电材 料热场、汽车碳陶刹车盘、轨交刹车系统上逐渐扩大应用场景。。

4.1 负极热场新领域空间广阔

中长期而言，锂电材料热场领域应用将为碳碳材料开拓新成长空间。目前碳碳材料热场 在锂电负极材料制备上已经开始小批量使用。 负极材料是锂离子电池的核心材料之一。人造石墨和天然石墨是目前最主流的两大石墨 类碳材料负极，其中人造石墨占比更高。人造石墨负极材料生产流程可以分为四个步骤：1） 预处理 2）造粒 3）石墨化 4）球磨筛分。四大步骤中，破碎和筛分相对简单，体现负极行 业技术门槛和企业生产水平的主要是造粒和石墨化两个环节。石墨化环节需要在约 3000℃ 的高温环境下完成，过程中的温度、升温速度、保温时间、冷却方式等因素均会影响产成品 性能，目前负极材料厂商主要使用石墨热场进行石墨化。

负极碳碳热场类似于光伏碳碳热场，相对于石墨热场有以下性能优势： 寿命长：碳碳热场的使用寿命相较于石墨热场提升 1倍以上。此外，热场停用更换需要 经过降温-重新升温的过程，使用碳碳热场可降低停用更换的频率，从而降低能耗、提高生产 效率。 强度高，用料少：碳碳材料强度高，因此碳碳材料的匣钵、坩埚、厢板等壁厚更薄，加 之密度相比石墨小，同样重量的材料用量，单位产出的负极材料能够提升约 50%左右。 电阻率高，稳定性好：碳碳材料电阻率高且稳定，因此，一方面具备发热效率优势，可 以提高生产效率，降低单吨能耗量；另一方面，碳碳材料的电阻率稳定性较石墨热场更高， 可提高产品一致性与稳定性。

目前石墨材料热场的价格在 10 万元/吨左右，考虑到碳碳热场寿命相比石墨热场提升 1 倍，单位产出提升 50%，不计算生产过程中能耗的收益，碳碳材料价格低于 30 万元/吨时， 碳碳热场在负极材料石墨化中的应用的经济性就优于石墨热场。所以，目前的碳碳材料的价 格将会刺激负极材料碳碳热场大规模应用。目前产业正在小批量验证，参考光伏热场的替代 过程，预计 2 年左右时间，渗透率将会快速提升。 目前负极材料石墨热场主要分为匣钵，坩埚，厢板三大部件。负极石墨用坩埚分为再生 坩埚和石墨匣钵，其中，再生坩埚主要应用于艾奇逊炉工艺的石墨化工序，石墨匣钵主要应 用于预碳化和碳化工序。对比艾奇逊炉工艺，厢式炉工艺耗能低，辅材用量更少，石墨化成 本能够降低 30%以上，有望成为低端负极材料石墨化的主流工艺。厢式石墨化以艾奇逊石墨 化炉为基础，在炉内设置炭板厢体，相当于坩埚尺寸放大，从而带来更高的单炉产出。 据 GGII 数据，2022 年，中国负极材料出货量达到 137 万吨，同比增长 90%，其中人 造石墨出货量为 115 万吨，占比 84%。我们预测，2025 年中国负极材料总体出货量将达到 280 万吨，其中人造石墨 250 万吨，按照负极材料对石墨化产品的收率为 0.9 进行测算，需 要配套 280 万吨石墨化产量。

我们假设未来负极材料生产全部换成碳碳热场，并且艾奇逊炉和厢式炉各占 50%，计算 得出，2025 年，碳碳材料匣钵/坩埚/厢板需求量分别为 2431 吨、11667 吨、46667 吨，合 计约 6 万吨，市场规模约 125 亿元，相比光伏碳碳热场扩大约 4 倍。

4.2 碳陶刹车即将批量装车，更多应用市场广阔

制动材料经历了铸铁、粉末冶金材料、碳碳复材、碳陶复材的演变。碳陶复合刹车材料 是 20 世纪 90 年代发展起来的，碳陶复材是一种碳纤维增强碳基和陶瓷基双基体复合的先进 材料，不仅继承了碳碳材料的优点，而且提高材料的抗氧化性能和摩擦系数，并显著改善材 料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。

目前制约碳陶刹车大规模应用的主要原因是高昂的成本。以汽车刹车系统为例，目前碳 陶盘的生产厂商以海外企业为主，包括布雷博（Brembo）、英国 ALCON、英国 AP、美国 fusionbrakes 等。进口碳陶刹车系统单车成本在 5-10 万元/辆，相较铸铁制动盘 1000-2000 元/辆的成本，应用车型范围较小。目前特斯拉、比亚迪、广汽埃安、小鹏等主机厂开始布局 碳陶刹车的应用，但主机厂规划配套车型仍为中高端车型。

碳陶盘按工艺路径分为长纤盘和短纤盘，国内主流长纤工艺，国际龙头布雷博采用短纤 工艺，通过将短纤维与树脂混合，并经过磨压成型的方式，形成短纤磨压盘，无需经过气相 沉积环节，因此边际成本较低，但短纤强度弱于长纤。

长纤工艺流程与光伏热场材料近似，即制备碳纤维预制体，后通过致密、石墨化一系列 碳碳工艺流程将其转化为碳碳复材，最后经陶瓷化加工为碳陶刹车盘。 长纤、短纤盘密度相近，但各具优劣。短纤盘由于直接磨压成型，原材料利用率高，制 备周期短，因此制备成本较低，但其强度低、韧性差，使用过程中容易出现断裂等风险。长 纤盘的优势在于其更高的强度、更好的导热性、更好的耐磨性以及更好的抗疲劳性，但制造 成本相对较高。 天宜上佳采用长纤路线，着重通过规模化生产、全流程自动化、以及与热场产能协同等 方法来降低成本，迅速提高碳陶盘在各种车型中的市场占有率。从预制体的成型、预制体长 纤编制、沉积、高温处理、表面加工到最终装配，公司全程自制，并为整个生产线设计了自 动化和连续化设备，以逐步降低制造成本。目前预计大规模生产后，单车成本能降至 6000 元左右。

我们测算，当价格下降至 6000 元/辆左右时，新能源车上考虑轻量化效果，经济性可对 标铸铁刹车盘。有研究表明，车身减轻 100kg，可提升电动车续航里程 10%，约 40 公里， 等效 6 度的电能消耗，从而带来约 4000 元电池成本的节省。 悬挂系统以下每减 1kg，相当于悬挂系统以上减少 5kg 的效果，以 380mm 一套碳陶刹 车盘重量为 12kg，而一套 380mm 灰铸铁制动盘为 32kg 为例，悬挂以下减少 20kg，相当于 悬挂系统以上减少 100kg 重量效果。我们换算成电池成本节约预计可达 4000 元左右。目前 传统铸铁刹车盘的价格通常在 1000-2000 元/辆左右。所以，我们认为，碳陶刹车盘已经来 到了大规模应用前夕。 天宜上佳自 2016 年成立碳陶事业部，2020 年成功研发出碳陶制动盘，发展至今已经与 国内多家企业形成战略合作关系。当前公司已具备碳陶制动盘预制体编织、气相沉积、陶瓷 溶渗等技术能力，可实现碳陶制动盘性能正向设计开发。同时公司在碳陶制动盘加工技术上 也取得重大突破，公司成功开发近净成形全新结构预制体，解决了制动盘制动表面纤维裸露 和氧化烧蚀等致命缺陷，有效缩短了加工周期，在未来产业化过程中有望进一步降低生产成 本。

截至 2023 年上半年，公司已与 19 家汽车主机厂商及供应链客户建立碳陶制动盘项目合 作关系，获得某头部新能源车企重点车型碳陶盘量产项目定点。公司已与两家汽车主机厂签 署战略合作协议，开展商用车、特种车辆高性能碳陶制动材料核心部件研制开发工作，共同 推进碳陶制动盘在商用汽车领域的应用。四川江油产业园 15 万套高性能碳陶制动盘产业化 建设项目正在稳步推进中。 国产碳陶刹车盘预计 2024 年装车量产，依据今年前三季度数据，预测全年新能源车销 量有 30%的增速，达到约 900 万辆，假设未来两年增速维持在 25%-30%水平，2025 年国 内新能源乘用车销量将达到 1400 万辆，其中 B 级、C 级车占比分别为 30%、5%。碳/陶刹 车盘在 B 级、C 级车中的渗透率由 2023 年的 0%、2%，提升至 2025 年的 5%、20%。假 设 2025 年国内商用车销量 500 万辆，碳陶刹车盘凭借更短的刹车距离、更长的使用寿命在 商用车中达到 10%的渗透率。同时，碳陶刹车盘的单车价值量由 1 万元（2500 元/盘）下降 至 0.6 万元（1500 元/盘）。由此测算 2025 年国内碳陶刹车盘市场空间约 50.85 亿元。

编辑：火腿肠