核心观点 - 陶瓷基复合材料高温性能优异，市场空间广阔，我国在刹车、飞行器防热领域领跑，但在航空发动机领域较为落后 [3] - 我国CMC产业链环节相对完善，但第三代SiC纤维生产及航发应用与国外差距较大，2024年航发产业对CMC需求或已出现拐点 [3][9] - 应用验证阶段对上游原材料需求大，小批量交付及批产阶段后上游环节有望率先启动，中游零部件制造企业将迎来高速发展期 [3][11] 陶瓷基复合材料概述 - 陶瓷基复合材料由陶瓷基体、纤维及界面层组成，具有耐高温、低密度、高比强、高比模、抗氧化和抗烧蚀等优异性能 [4][15][17] - 按基体分为氧化物基和非氧化物基两大类，非氧化物基耐高温能力更强，其中以SiC为基体的CMC-SiC是研究重点 [4][19] - CMC-SiC进一步分为Cf/SiC和SiCf/SiC，后者因抗氧化能力更强、寿命更长，成为近年研究热点 [4][21] 应用领域与市场空间 - **航空发动机**：SiCf/SiC是热端理想材料，已批量应用于热端静止件，可耐1200~1400℃高温，实现减重、提高效率并减少冷却气消耗 [5][25][27][28][32] - **核能领域**：SiCf/SiC因其高熔点、高热导率、优良中子辐照稳定性等，成为反应堆包层第一壁、燃料元件包壳等理想候选材料 [5][44][45] - **航天领域**：Cf/SiC耐高温能力优异，已成熟应用于高超声速飞行器防热、火箭发动机及卫星反射镜 [5][51][52][54][55] - **刹车材料**：Cf/SiC是新一代高性能刹车材料首选，已批量用于汽车、飞机，在高铁上也得到应用，我国飞机碳陶刹车盘技术世界领先 [5][59][62] - **导弹天线罩**：连续Si3N4纤维有望替代石英纤维，用于制备新一代高马赫数导弹天线罩 [5][66] - **市场规模**：2022年全球CMC市场规模为119亿美元，预计以10.5%的CAGR增长，2028年达到216亿美元，其中CMC-SiC占比最高，国防与航空航天是最大应用领域 [6][67][68] 制备工艺与产业壁垒 - CMC制备工艺复杂，主要包括纤维制备、预制体编织、界面层制备、基体制备增密及机加工成型等步骤 [7][73] - SiC纤维成本占CMC成品成本的50%以上，主流采用先驱体转化法制备，第三代纤维性能最优但生产壁垒高 [8][75][79] - 基体制备主流工艺为化学气相渗透法、熔渗法和聚合物浸渍裂解法，各有局限性，复合工艺可结合优势 [8][89] - 对于航空发动机热端部件，还需制备环境障涂层以防止高温水蒸气侵蚀 [7][110] - GE公司已建立垂直整合的CMC供应链，包括SiC纤维、预浸料和部件生产，每年可生产20吨预浸料、10吨SiC纤维和超5万个CMC部件，其CMC部件产量预计未来10年增长10倍 [8][119][125] 国内外产业格局 - **国际格局**：GE在CMC应用上最为成功，已批量用于LEAP、GE9X等发动机，赛峰、罗罗、普惠等巨头也积极布局 [39][40][126] - **国内现状**：我国CMC产业链相对完善，在Cf/SiC领域参与企业较多，但在SiCf/SiC领域企业数量少、规模小、产业链薄弱 [9][10] - **技术进展**：我国第二代SiC纤维已发布国家标准并产业化，第三代纤维实现技术突破，但工业化生产水平有待提升，CVI工艺已实现工业化生产，PIP工艺较成熟，MI工艺也有布局 [9][129] - **应用进展**：Cf/SiC已应用于飞行器热结构和卫星，飞机刹车材料国际领先，SiCf/SiC在航发领域已进入应用验证阶段，2024年需求或现拐点 [9][11] 产业链相关企业 - **上游纤维**：火炬电子、苏州赛菲、众兴新材、泽睿新材等企业布局碳化硅及氮化硅纤维 [13] - **中游制备**：华秦科技、西安鑫垚、中航高科等企业聚焦CMC零部件制备与产业化 [13] - **下游应用**：楚江新材、北摩高科、金博股份、天宜上佳、中天火箭、博云新材等企业在碳陶刹车盘、耐烧蚀部件等领域已有产品或实现交付 [13]

核心观点 - 陶瓷基复合材料高温性能优异，市场空间广阔，我国在刹车、飞行器防热领域领先，但在航空发动机应用上较为落后 [2] - 我国CMC产业链相对完善，但第三代SiC纤维生产及航发应用与国外差距较大，2024年航发产业对CMC的需求或已出现拐点 [2] - 应用验证阶段对上游原材料需求大，小批量交付及批产阶段有望使上游环节率先启动，中游零部件制造企业将迎来高速发展期 [2] 陶瓷基复合材料特性与分类 - CMC由陶瓷基体、纤维及界面层组成，相比树脂基复合材料和金属，具有耐高温、低密度、高比强、高比模、抗氧化和抗烧蚀等优异性能 [4][18] - 按基体分为氧化物基和非氧化物基两大类，非氧化物基耐高温能力更强，其中SiCf/SiC因抗氧化能力强、寿命长成为近年研究热点 [4][21] 应用领域与市场前景 - **航空发动机**：SiCf/SiC是热端理想材料，已批量应用于热端静止件，转动件应用正在探索，可提高发动机效率、推重比并延长寿命 [5][27][30] - **核能领域**：SiCf/SiC以其高熔点、高热导率、辐照稳定性好等性能，成为反应堆包层第一壁、燃料元件包壳等理想候选材料 [5][42] - **航天与防热**：Cf/SiC耐高温能力优异，已成熟应用于高超声速飞行器防热、火箭发动机、卫星反射镜等 [5][46][49][50] - **刹车材料**：Cf/SiC是新一代高性能刹车材料首选，已批量用于汽车、飞机和高铁，我国飞机碳陶刹车盘技术世界领先 [5][53][56] - **导弹天线罩**：陶瓷基透波复合材料是发展趋势，连续Si3N4纤维有望替代石英纤维，制备新一代高马赫数导弹天线罩 [5][60] - **市场规模**：2022年全球CMC市场规模为119亿美元，预计以10.5%的年复合增长率增长，2028年达到216亿美元，其中CMC-SiC占比最高 [6][61] 制备工艺与产业壁垒 - CMC制备工艺复杂，分为纤维制备、预制体编织、界面层制备、基体制备增密、机加工成型等步骤，航发热端部件还需环境障涂层 [7][65] - SiC纤维成本占CMC成品成本的50%以上，主要采用先驱体转化法制备，第三代纤维性能最优但生产水平尚未达到工业化规模 [7][68][73] - 主流基体制备工艺包括化学气相渗透法、熔渗法和聚合物浸渍裂解法，各有优缺点，复合工艺可结合多种工艺优势 [7][82][99] - 环境障涂层主要用于防止CMC受高温水蒸气侵蚀，已服役的第一代涂层主要由大气等离子喷涂工艺制备 [100][107] 国际领先企业进展 - GE公司CMC制备已进入产业化阶段，在美国建立了垂直整合的供应链，每年可生产20吨CMC预浸料、10吨SiC纤维和超过5万个CMC发动机部件 [8][113] - GE和CFM发动机对CMC的需求在过去十年增长了20倍，预计CMC部件产量将在未来10年增长10倍 [8][117] - 赛峰集团采用CVI工艺，罗罗公司采用CVI+MI工艺，普惠公司重点研发PIP工艺并将重点放在涡轮转子叶片和燃烧室应用上 [118][119] 中国产业链现状与发展 - 我国已建成相对完善的CMC产业链，CVI工艺已实现工业化生产，PIP工艺较为成熟，MI工艺也有布局 [11] - 碳化硅纤维方面，第二代已实现产业化，第三代已实现技术突破，但生产水平尚未达到工业化规模 [9][120] - 氮化硅纤维方面，国内已实现批产，与美、日、德、法并跑 [10] - 在Cf/SiC应用上，我国已将其用于飞行器热结构、空间相机支撑结构，飞机刹车材料应用处于国际领先地位 [11][56] - 在SiCf/SiC应用上，国内航发CMC已进入应用验证阶段，尚未实现规模化工程应用，但2024年需求或已出现拐点 [11][12] - 我国在SiCf/SiC方面企业数量较少、单体规模较小、产业链薄弱，存在产能有限、产品批次稳定性差、生产成本高等问题 [12]

陶瓷基复合材料(CMC)核心观点 - 陶瓷基复合材料具有耐高温、低密度、高比强、高比模、抗氧化和抗烧蚀等优异性能，可广泛应用于航空航天、核电、汽车等领域 [2][19] - 全球CMC市场规模高速增长，2022年为119亿美元，预计以10.5%的CAGR增长，2028年达到216亿美元，其中CMC-SiC占比最高 [5][63] - 我国在刹车、飞行器防热领域领跑，但在航空发动机领域较为落后，2024年航发产业对CMC需求或已出现拐点 [2][10] CMC材料特性与研究热点 - CMC主要由陶瓷基体、纤维及界面层组成，分为氧化物基和非氧化物基两大类，非氧化物基耐温能力更强 [3][22] - SiCf/SiC是近年研究热点，相比Cf/SiC具有更好的抗氧化性和更长寿命 [3][23] - CMC被美国国防部列为重点发展的20项关键技术之首，具有接替金属作为新一代高温结构材料的潜力 [19] CMC应用领域与市场前景 航空航天领域 - SiCf/SiC是航空发动机热端理想材料，已批量应用于热端静止件，转动件应用正在探索中 [4][32] - GE已将SiCf/SiC批量应用于LEAP、GE9X和GE3000发动机，显著降低冷气消耗量和发动机重量 [40] - Cf/SiC在航天领域应用成熟，主要用于飞行器防热及卫星反射镜，可解决高超声速飞行器防热和减重需求 [48][49] 其他领域 - 核能领域：SiCf/SiC成为反应堆包层第一壁、流道插件等理想候选材料，有望取代锆合金 [44] - 刹车材料：Cf/SiC是新一代高性能刹车材料首选，已批量用于汽车和飞机，我国飞机碳陶刹车盘技术世界领先 [55][58] - 导弹天线罩：连续Si3N4纤维有望替代石英纤维，制备新一代高马赫数导弹天线罩 [62] CMC制备工艺与技术壁垒 - CMC制备工艺复杂，分为纤维制备、预制体编织、界面层制备、基体制备和增密等步骤 [6][67] - SiC纤维成本占CMC成品50%以上，第三代SiC纤维性能最优但价格高达5000-13000美元/kg [70][76] - 主流制备工艺包括CVI、MI和PIP，各有优缺点，GE采用预浸料熔渗法已实现产业化 [7][90] - GE已建成垂直整合的CMC供应链，每年可生产20吨CMC预浸料、10吨SiC纤维和超5万个CMC部件 [115] 我国CMC产业链现状 - 已建成相对完善的CMC产业链，第二代SiC纤维实现产业化，第三代取得技术突破 [8][122] - 在Cf/SiC方面企业较多，但SiCf/SiC方面企业数量少、规模小、产业链薄弱 [11] - 多家企业布局CMC领域，如火炬电子、苏州赛菲、华秦科技等，涉及纤维、预制体、刹车盘等环节 [15]