先進碳基復合材料行業下游需求旺盛,發展空間較大(附報告目錄)
1、先進碳基復合材料產業鏈介紹
先進碳基復合材料是指以碳纖維為增強體,以碳或碳化硅等為基體,以化學氣相沉積或浸漬等工藝形成的復合材料,主要包括碳/碳復合材料產品(碳纖維增強基體碳)、碳/陶復合材料產品(碳纖維增強碳化硅)等。
相關報告:北京普華有策信息咨詢有限公司《2020-2026年先進碳基復合材料行業專項調研及投資戰略規劃報告》
碳纖維是由聚丙烯腈、瀝青或粘膠等有機母體纖維、在高溫環境下裂解碳化形成碳主鏈結構、含碳量在90%以上的無機高分子纖維。碳纖維具有出色的力學性能和化學穩定性,是目前已大量生產的高性能纖維中具有最高比強度和比模量的纖維,擁有質輕、高強度、高模量、導電、導熱、耐高溫、耐腐蝕、可復合性強等一系列優良性能。
先進碳基復合材料產業鏈
資料來源:普華有策市場研究中心
(1)碳/碳復合材料
碳/碳復合材料是制造高溫熱場部件和摩擦部件的最佳候選材料,被認為是21世紀最具潛力的高溫結構材料之一。
碳/碳復合材料自20世紀60年代被發明以來,受到軍事、航空航天、以及核能工業領域的極大關注。
當前,碳/碳復合材料研究的焦點主要集中在低成本制備、抗氧化、以及性能、結構的多樣化等方面,其中,以高性能、低成本的碳/碳復合材料制備技術為研究的重點?;瘜W氣相沉積法是制備高性能碳/碳復合材料的首選方法,被廣泛用于碳/碳復合材料制品的工業化生產,但是該技術工藝時間長,因而生產成本高昂。改進制備碳/碳復合材料的生產工藝,研制低成本、高性能、大尺寸、復雜結構的碳/碳復合材料,是促進該材料產業化應用的關鍵,是目前碳/碳復合材料的主要發展趨勢。
(2)碳/陶復合材料
碳/陶復合材料是指由碳纖維作為增強體,碳化硅作為連續基體的一類新型復合材料。是公認的理想高溫結構材料和摩擦材料之一。
碳/陶復合材料作為熱防護材料也有著廣泛的應用。碳/陶復合材料的主要基體成分碳化硅具有耐高溫、高強度、抗氧化、耐腐蝕、耐沖擊的優點,能滿足1,650°C高溫使用,可用于航天飛機的熱防護系統,沖壓發動機、航天器推進室等部件和產品。在光伏和半導體領域,相比于現有純碳基的熱場部件,碳/陶復合材料具有更好的抗硅蒸汽腐蝕能力,在碳/碳復合材料表面形成涂層,能有效防護SiO、Si等對碳纖維的侵蝕,大幅提高產品的使用壽命。
我國從20世紀80年代開始對作為航空航天結構部件的碳/陶復合材料開展研究,并取得了較大進展;但作為制動摩擦材料,直到21世紀初期,國內才開始進行關注。目前,經過科研創新與技術積累,國內少數企業已經具備了制備碳/陶復合材料的相關技術和工藝,低成本、規?;闹苽涔に嚦蔀槟壳疤?陶復合材料的研究重點和發展趨勢。
國外目前主要生產碳/陶復合材料的廠家有Aircraft Braking Systems Corporation、Honeywell、Brembo SGL等企業,這些企業生產的產品主要集中摩擦材料領域,應用于飛機和汽車剎車系統。Brembo SGL在高性能汽車制動系統的設計、開發、生產和銷售等方面實現了產業化,其2018年銷售額為1.82億歐元。目前,國內少數企業已經具備了制備碳/陶復合材料的相關技術和工藝。
2、先進碳基復合材料的下游需求分析
(1)半導體
半導體制造材料主要包括硅片、電子氣體、光掩模、光刻膠配套化學品等,2018年硅片的銷售額為117.08億美元,占全球半導體材料行業36.78%。
隨著中國半導體制造技術的不斷進步與半導體制造生產線投產,中國大陸半導體硅片銷售額從2016年的5億美元上升至2018年的9.96億美元,年均復合增長率達到41.1%,步入快速發展階段。
硅是目前最重要的半導體材料,全球95%以上的半導體芯片和器件是用硅片作為基底功能材料而生產出來的,通過對芯層進行光刻、離子注入等手段,可以制成集成電路和各種半導體器件。
硅片大型化已成為當前發展的主流趨勢。我國硅片需求量巨大,行業發展前景良好。目前國內僅對8英寸及以下的硅晶圓制造技術有所掌握,8英寸以上硅晶圓的自給率較低,嚴重依賴進口的局面亟需改變。
(2)制動領域
鑄鐵、粉末冶金材料、碳/碳復合材料及碳/陶復合材料是目前應用于汽車、高速列車和飛機等交通工具的主要制動材料。
與傳統鑄鐵或粉末冶金材料相比,碳/碳復合材料、碳/陶復合材料的摩擦系數更高,磨損率低、無熱衰減、密度更小,在制動應用領域具有明顯的性能優勢。碳/碳復合材料在航空制動中已得到應用,隨著其制備技術的提升、制造成本的降低,碳/碳復合材料、碳/陶復合材料在高速列車和汽車等領域將會得到更廣泛的應用,獲取了應用和推廣的又一突破口。
(3)光伏
硅料是光伏行業的基礎原材料,多晶硅料由石英砂加工的冶金級硅精煉而來,可以先被鑄成硅錠,然后切割成片,加工成多晶硅硅片,也可以熔爐后植入單晶硅籽晶,拉制為圓柱單晶晶棒,再被切割成片,加工成為單晶硅硅片,用于制造基于晶體硅的電池組件。隨著光伏行業的迅速發展,硅片的需求也不斷擴大。
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3、行業內的主要企業
(1)西格里(SGL)集團
德國西格里集團成立于1992年,是全球領先的特種石墨及復合材料制造商之一。西格里集團擁有特種石墨及復合材料從原材料、中間體到成品部件所有階段的加工能力,其中產品應用領域包括汽車、航空航天、太陽能和風能行業,以及半導體、LED和鋰離子電池制造等。西格里集團還為各種化學和工業應用開發創新解決方案。
(2)東洋炭素株式會社日本東洋炭素株式會社成立于1947年,主要從事高性能碳產品的制造,銷售和相關加工業務,是世界上最大的等靜壓石墨的生產企業之一,產品廣泛應用于半導體、光伏、光纖、冶金、有色金屬、家用電器、模具、石油、化工等行業。
(3)方大炭素新材料科技股份有限公司
方大炭素新材料科技股份有限公司(以下簡稱“方大炭素”)成立于1999年,是國內具有代表性的碳素制造企業,其主要從事石墨及炭素制品、鐵礦粉的生產與銷售。
(4)西安超碼科技有限公司
西安超碼科技有限公司成立于2005年,現為陜西中天火箭技術股份有限公司(以下簡稱“中天火箭”)的全資子公司,主要從事碳/碳、碳/陶復合材料制品的系列化與多元化生產。