陶瓷基复合材料（CMC）与碳化硅纤维_20页-1mb

广发军工·参军策（卷二十六）总结

核心内容

陶瓷基复合材料（CMC）是一种新型战略性热结构材料，具有耐高温、低密度、抗氧化、抗腐蚀、耐磨损等优越性能，是新一代大推重比航空发动机、空天飞机等重要武器装备高温部件的理想材料。

CMC材料由陶瓷基体、增强纤维和界面层三部分组成。其中，碳化硅纤维作为增强纤维，对CMC的耐热性能有显著提升作用，是CMC材料的关键原材料。

国外已发展出三代碳化硅纤维，其高温稳定性逐步提升。国内已突破一二代碳化硅纤维制备技术，初步实现产业化生产，但三代纤维的生产规模与批次稳定性仍需提高。

CMC材料在航空发动机中主要用于热端部件，如喷管、燃烧室火焰筒、低压涡轮静子叶片等。随着发动机推重比的提升，CMC材料在高温部件的应用潜力巨大。

CMC材料不仅应用于航空领域，在航天、刹车片、卫星光机构件、核电设备构件、光伏/电子构件等领域也有广泛应用。

主要观点

• CMC材料的优势：具有更高的耐高温性能和更低的密度，适合用于航空发动机的高温部件，可显著减轻结构重量，提高工作温度，延长使用寿命。
• CMC材料的劣势：韧性较差、可加工性不足，对制造工艺提出了更高要求。
• CMC材料的发展方向：随着大推重比发动机的推进，CMC材料将成为航空与航天领域不可或缺的材料。
• 国内CMC材料发展现状：国内CMC材料研究起步较晚，但已取得初步成果，部分单位实现了产品化，但仍与国际先进水平存在差距。
• 产业推动因素：强军政策、国产大飞机商业化、航天发射次数提升等将推动CMC材料产业发展。

关键信息

CMC材料性能

CMC材料应用领域

• 航空发动机：喷管、燃烧室火焰筒、低压涡轮静子叶片、调节片等。
• 航天发动机：液体火箭发动机推力室、喷管；固体火箭发动机喉栓、喉阀；冲压发动机燃烧室、喷管喉衬等。
• 其他应用：刹车片、卫星光机构件、热防护结构、核电设备构件、光伏/电子构件等。

国内CMC材料研究单位

国内碳化硅纤维生产单位

国外CMC材料发展

• 法国斯奈克玛公司于1996年实现CMC材料在喷管调节片的批量生产。
• 美国普惠公司应用于F100发动机密封片，实现1200℃/100h的性能表现。
• 通用公司（GE）在F414发动机上试验CMC低压涡轮转子叶片，标志着CMC材料在传动件的应用突破。
• GE投资15亿美元建设CMC材料全球研发中心与生产设施，推动CMC材料产业化。

国内CMC材料产业化进程

• 厦门大学与火炬电子合作，推动碳化硅纤维产业化。
• 国防科技大学与苏州赛菲、宁波众兴新材合作，实现一二代碳化硅纤维产业化。
• 火炬电子、苏州赛菲、宁波众兴新材是当前国内碳化硅纤维主要生产单位。

市场与需求前景

• 中国战斗机各代次占比：二代机37%，三代机32%，四代机仍处于快速列装初期。
• 中国大飞机发动机国产化需求上升，C919大飞机已获得大量订单。
• 中国航天发射次数稳步提升，2010年后年均发射18次以上。

风险提示

• 新材料研发存在不确定性。
• 下游发动机研发进程可能影响CMC材料需求。
• 市场应用前景和军品采购具有不确定性。

投资建议

关注国内CMC材料产业链相关企业，如火炬电子、苏州赛菲、宁波众兴新材等，其在碳化硅纤维及CMC材料的产业化进程将带来投资机会。

图表与数据来源

• 图1：陶瓷基复合材料的构成
• 图2：CMC材料与其他材料性能对比
• 图3：涡扇航空发动机的构成
• 图4：CMC材料相对于高温合金的优势和劣势
• 图5：CMC材料在不同温度下的使用寿命及应用
• 图6：CMC材料的研究进展
• 图7：F-100发动机调节片由CMC材料制成
• 图8：CMC材料制备工艺
• 图9：三代碳化硅纤维结构组成和性能对比
• 图10：通用公司F414发动机
• 图11：美国战斗机各代次占比
• 图12：中国战斗机各代次占比
• 图13：21世纪以来中国各年航天发射次数
• 图14：CMC材料产业链

数据来源包括：《连续纤维增强陶瓷基复合材料的研究进展》、《浅谈陶瓷基复合材料的分类及性能特点》、《未来航空发动机材料面临的挑战与发展趋向》、《中国商飞公司2017-2036年民用飞机市场预测年报》、Military Balance 2017、各公司官网、火炬电子公告、广发证券发展研究中心等。