20180724-广发证券-广发军工·参军策（卷二十六）_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，具有优异的高温性能、低密度、抗氧化、抗腐蚀、耐磨损等特性，成为新型大推重比发动机、空天飞机等高温部件的理想材料。CMC材料主要由陶瓷基体、增强纤维和界面层组成，其中碳化硅纤维是其关键原材料。

主要观点

• CMC材料优势：CMC材料具备更高的耐高温性能（可达1450℃以上），且密度仅为高温合金的1/3~1/4，有助于提高发动机效率并减轻重量。
• CMC材料应用：主要应用于航空发动机的热端部件，如喷管、燃烧室火焰筒、低压涡轮静子叶片和喷管调节片等。同时在航天、刹车片、卫星光机构件、热防护结构、核电设备构件、光伏/电子构件等领域也有广泛应用。
• 碳化硅纤维发展：国外已发展出三代碳化硅纤维，高温稳定性不断提升；国内已突破关键技术，实现一代、二代碳化硅纤维的产业化生产，但三代产品仍处于研究阶段，生产规模与批次稳定性有待提高。
• 产业推动因素：强军政策与“两机”专项推动航空/航天发动机发展，从而拉动CMC材料需求；国产大飞机C919商业化及航天发射次数增加也为CMC材料提供发展机遇。

关键信息

CMC材料性能特点

• 耐高温性：1450℃下具有长寿命，2000℃下具有有限寿命。
• 热膨胀系数：3~4×10⁻⁶/K，低于高温合金（14×10⁻⁶/K）和钛合金（8~11×10⁻⁶/K）。
• 密度：2~3g/cm³，显著低于高温合金（8~9g/cm³）和钛合金（4.5g/cm³）。

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、喷管调节片等。
• 航天领域：液体火箭发动机推力室和喷管、固体火箭发动机喉栓和喉阀、冲压发动机燃烧室和喷管喉衬等。
• 其他领域：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。

国外CMC材料发展情况

• 三代碳化硅纤维：第一代（高氧高碳型）、第二代（低氧高碳型）、第三代（近化学计量比型），性能逐步提升。
• 代表产品：日本Nicalon系列、美国Sylramic纤维、中国国防科技大学KD系列等。
• 应用实例：斯奈克玛公司M88-2发动机外调节片、普惠F119矢量喷管、通用F414低压涡轮转子叶片等。

国内CMC材料发展现状

• 研究单位：国防科技大学、厦门大学、航空工业复材中心、北京航材院、西北工业大学、航天材料及工艺研究所等。
• 生产单位：火炬电子、苏州赛菲、宁波众兴新材、西安鑫垚、西安超码科技、中航复材、中科院上海硅酸盐研究所、航天材料及工业研究所等。
• 产业化进展：火炬电子与厦门大学合作，已实现5吨/年产能；苏州赛菲与国防科技大学合作，实现10吨/年产能，计划提升至20吨/年；宁波众兴新材于2017年实现10吨/年生产线投产，未来有望扩大至80~100吨/年。

CMC材料制备工艺

• 主流工艺：化学气相渗透法（CVI）、聚合物浸渍裂解法（PIP）、熔体浸渗法（RMI）。
• 工艺特点：CVI技术先进但成本高；RMI成本低但工艺控制较难；PIP成本高但工艺可控性较好。

CMC材料发展趋势

• 应用拓展：从非转子部件逐步向转子部件扩展，如GE在F414发动机上应用低压涡轮转子叶片。
• 未来需求：随着中国军机换装、大飞机发动机国产化、航天发射频率提升，CMC材料需求将快速增长。

风险提示

• 新材料研发不确定性：CMC材料研发周期长，技术难度高。
• 下游发动机研发不确定性：发动机设计与制造仍面临技术挑战。
• 市场应用前景不确定性：CMC材料的市场接受度和推广速度存在变数。
• 军品采购不确定性：军品采购受政策与预算影响较大。

投资建议

• 关注重点企业：火炬电子、苏州赛菲、宁波众兴新材等在碳化硅纤维及CMC材料领域具有产业化潜力的企业。
• 产业前景广阔：CMC材料在航空、航天等领域的应用前景良好，未来市场需求有望显著增长。

产业链梳理

CMC产业链主要包括碳化硅纤维、CMC材料制造、下游应用三个环节。国内主要碳化硅纤维生产企业包括火炬电子、苏州赛菲、宁波众兴新材；CMC材料研制机构包括西安鑫垚、西安超码科技、中航复材、中科院上海硅酸盐研究所、航天材料及工业研究所等。下游应用集中在航空航天、刹车制动、核能、深空探测等领域。

总结

CMC材料因其优异的高温性能和低密度，被视为未来航空发动机及航天推进系统的重要材料。国外在三代碳化硅纤维研发与应用方面已较为成熟，而国内在关键技术突破方面取得进展，但仍需在生产规模和稳定性上进一步提升。随着强军政策和“两机”专项的推进，CMC材料产业将迎来重要发展机遇，相关企业值得关注。