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商業航天新材料深度：陶瓷基復材開啟黃金十年（附企業）
核心觀點
陶瓷基複合材料高溫性能優異，可廣泛應用於商業航天、航空、核電、汽車等領域，市場空間廣闊。整體來看，中國在剎車、飛行器防熱領域領跑，但在航空發動機領域還較為落後。
中國CMC產業鏈環節相對完善，但第三代SiC纖維的生產以及CMC 在航發上的應用與國外差距較大，2024年中國航發產業對CMC的需求或已出現拐點。應用驗證階段對於上游原材料有較大需求，進入小批次交付以及批產階段後上游環節有望率先啟動。隨著CMC 製備技術的最佳化、上游纖維成本的降低、應用成熟度的提高，中游CMC 零部件製造企業有望迎來高速發展期。
內容摘要
一、陶瓷基複合材料高溫性能優異， SiCf/SiC是近年研究的熱點
陶瓷基複合材料（CMC）是指在陶瓷基體中引入增強材料，形成以引入的增強材料為分散相，以陶瓷基體為連續相的複合材料，主要由陶瓷基體、纖維以及介面層組成。相比樹脂基複合材料和金屬，CMC 具有耐高溫、低密度、高比強、高比模、抗氧化和抗燒蝕等優異性能。
按照陶瓷基體的不同，CMC一般為氧化物基及非氧化物基兩大類，非氧化物基耐高溫能力更強。非氧化物基CMC主要包括Cf/SiC（碳陶）和SiCf/SiC，後者抗氧化能力更強，壽命更長，是近年來研究的熱點。
二、CMC在航空航天及核能等領域極具應用前景，市場空間廣闊
航空發動機領域，SiCf/SiC可實現耐高溫、抗氧化、輕量化、長壽命，是航空發動機的熱端理想材料，已批次應用於熱端靜止件，轉動件的應用正在探索中。
核能領域，SiCf/SiC複合材料以其高熔點、高熱導率、高溫穩定性、較小的中子吸收截面、優良的中子輻照穩定性等優異性能，成為反應堆包層第一壁、流道外掛、控制桿和分流器等的理想候選材料。
Cf/SiC抗氧化能力弱於SiCf/SiC，但耐高溫能力優於SiCf/SiC，可有效解決高超聲速飛行器的防熱需求和減重需求，還可用於火箭發動機和衛星反射鏡，在航天領域已實現成熟應用。
Cf/SiC具有良好的摩擦性和抗氧化性，而且摩擦性能對外界環境介質不敏感，有望成為傳統粉末冶金和C/C複合材料剎車材料的良好替代品。碳陶剎車盤已批次應用於汽車和飛機，在高鐵上也已得到應用。
導彈天線罩需要具備承載、耐溫、透波、耐蝕等多功能於一體，陶瓷基透波複合材料是天線罩透波材料的發展趨勢。連續Si3N4纖維有望替代石英纖維，製備新一代高馬赫數導彈天線罩。
全球CMC市場規模高速增長，2022年全球CMC市場規模為119億美元，預計CMC市場規模將以10.5%的CAGR增長，2028 年達到216億美元，其中CMC-SiC 市場佔比最高。目前用於國防與航空航天領域的CMC市場佔比最高，其次是汽車，能源領域的需求也將持續增長。
三、CMC工藝壁壘高，GE的CMC製備已進入產業化階段
CMC元件的製備工藝複雜，壁壘極高。總體來看，陶瓷基複合材料的製備工藝分為纖維製備、預製體編織、纖維介面層製備、基體製備和增密、機加工成型幾步。對於工作環境惡劣的CMC 元件，如航空發動機熱端部件，還需製備環境障塗層。
SiC纖維成本佔CMC成品成本的50%以上，主要採用先驅體轉化法製備。CMC複合材料的製備工藝中CVI、MI 和PIP工藝較成熟，但存在各自的侷限性。
CVI可製備大型、薄壁、複雜結構的部件，但成本高、工藝複雜、沉積速率慢、製備周期長，內部易形成孔隙，不適合製備厚壁部件；
MI工藝有簡單高效、可近淨成型、製備周期短、CMC 基體緻密孔隙率低等優點，但是會有殘餘的游離矽單質影響材料的強度，降低材料的耐高溫能力；
PIP被廣泛認為是製造大尺寸、結構複雜部件的有效方法，但耗費先驅體量多而且工藝周期長，成本高。復合工藝能結合多種工藝的優點。
GE公司從20世紀80年代末就開始MI工藝製備SiC/SiC 複合材料技術攻關，經歷工藝探索階段、大規模驗證階段，目前已進入產業化階段（2016年至今）。GE在美國建立了第一個垂直整合的CMC供應鏈，包括SiC纖維、預浸料和CMC部件的生產，每年可生產20噸CMC預浸料，10 噸SiC纖維和超過5萬個CMC發動機部件。GE 2019 年的報導稱，GE 和 CFM 發動機對 CMC的需求在過去十年中增長了20倍，預計CMC部件產量將在未來10年增長10倍。
四、中國已建成相對完善的CMC 產業鏈，航發CMC 或迎來拐點
總體來看，中國陶瓷基複合材料與國外幾乎處於並跑位置，中國在剎車、飛行器防熱領域領跑，但在航空發動機領域還較為落後。
碳化矽纖維方面，早期SiC纖維是中國CMC 產業的瓶頸環節，目前中國第二代碳化矽纖維已發佈國家標準，標誌著相關產業已經成熟，第三代SiC 纖維已實現技術突破，實驗室研發的產品與日本同類型產品水平相近，但是生產水平還尚未達到工業化生產規模。
氮化矽纖維方面，國內連續Si3N4纖維已經實現批產，中國基本與美、日、德、法並跑。
陶瓷基複合材料製備方面，中國CVI工藝已實現工業化生產，PIP工藝較為成熟，MI 工藝也有相關單位及企業佈局。
從應用來看，Cf/SiC方面，中國已將其作為熱結構和空間相機支撐結構等應用於飛行器和高解析度空間遙感衛星，在飛機剎車材料的應用上處於國際領先地位；SiCf/SiC方面，國內航發CMC已進入應用驗證階段，尚未實現規模化工程應用，但2024年中國航發產業對陶瓷基複合材料的需求或已出現拐點。
中國CMC產業鏈環節相對完善，在Cf/SiC方面，碳纖維、碳陶剎車材料的參與企業較多，但是在SiCf/SiC方面，與國外相比，中國企業數量較少、單體規模較小、產業鏈薄弱，普遍存在產能有限、產品批次穩定性差、生產成本高等問題。氮化矽方向目前還處於應用早期，少數企業已有佈局。
五、投資建議
2024年中國航發產業對陶瓷基複合材料的需求或已出現拐點，隨著相關企業的技術突破、生產成本的降低、應用成熟度的提高，中國航發領域CMC增長潛力巨大。
SiCf/SiC應用驗證階段對於上游原材料有較大需求，進入小批次交付以及批產階段後上游環節有望率先啟動。
隨著CMC製備技術的最佳化、上游纖維成本的降低、應用成熟度的提高，中游CMC 零部件製造企業有望迎來高速發展期。
風險分析：CMC下游應用進度不及預期風險；上游纖維產業化進度不及預期風險；市場競爭加劇風險。
一、陶瓷基複合材料高溫性能優異， SiCf/SiC是近年研究的熱點
陶瓷基複合材料（Ceramic Matrix Composites，CMC）是指在陶瓷基體中引入增強材料，形成以引入的增強材料為分散相，以陶瓷基體為連續相的複合材料。其中分散相可以為連續纖維、顆粒或者晶須，目前研究較多的是連續纖維增強的陶瓷基複合材料。連續纖維增強陶瓷基複合材料保留了陶瓷材料耐高溫、抗氧化、耐磨 耗、耐腐蝕等優點的同時，充分發揮陶瓷纖維增強增韌作用，克服了陶瓷材料斷裂韌性低和抗外部衝擊載荷性 能差的先天缺陷。
陶瓷基複合材料主要由陶瓷基體、纖維以及介面層組成。纖維構成陶瓷基複合材料的骨架，是主要承載單 元。碳化矽陶瓷基體在複合材料中主要是填充纖維預製件內部空隙，將纖維束包裹起來，連成一體，起到傳遞 載荷及保護纖維的雙重作用。介面相位於纖維與基體之間的結合處，在二者之間起到傳遞載荷的“橋樑”作用； 此外，當裂紋擴展至中間層時，可通過裂紋偏轉和介面脫粘等能量耗散機制，阻止裂紋向纖維內部擴展。
相比樹脂基複合材料和金屬，CMC 具有耐高溫、低密度、高比強、高比模、抗氧化和抗燒蝕等優異性能， 使其具有接替金屬作為新一代高溫結構材料的潛力，CMC 被美國國防部列為重點發展的 20 項關鍵技術之首。
按照陶瓷基體的不同，CMC一般為氧化物基及非氧化物基兩大類，非氧化物基耐高溫能力更強。氧化物 CMC，增強材料採用氧化物纖維，基體材料多為高熔點金屬氧化物，常用基體有氧化鋁（Al2O3）、釔鋁石榴石 （YAG）、氧化鋯（ZrO2）等；非氧化物陶瓷基復合材主要以 SiC 作為基體，此外還有超高溫陶瓷基複合材料。 氧化物 CMC 從材料成分上直接避免被高溫氧化的問題，但耐溫能力相對較弱，SiC 的高溫抗氧化性最強，密度 小，並有較低的熱脹係數和較高的熱導係數，因此以 SiC 為基體的 CMC-SiC 是研究的重點。
CMC-SiC按照增強纖維的不同，可進一步分為 Cf/SiC（碳陶）和 SiCf/SiC，後者是近年來研究的熱點。 用於增強 SiC 基體的纖維主要為碳纖維和碳化矽纖維，對應的 CMC 分別為 Cf/SiC（碳陶）和 SiCf/SiC，與碳纖 維相比，SiC 纖維在耐氧化、抗蠕變等方面具有顯著的優勢，同時，SiC 纖維與基體 SiC 具有良好的相容性， 無熱膨脹失配等問題。所以自 20 世紀 70 年代末 SiC 纖維實現量產以來，連續碳化矽纖維增韌的碳化矽基復 合材料( SiCf /SiC CMC) 一直是研究熱點。
二、CMC 在航空航天及核能等領域極具應用前景，市場空間廣闊
2.1 SiCf/SiC 是航空發動機的熱端理想材料，已批次應用於熱端靜止件
提高渦輪前溫度是提高航空發動機綜合性能的有效方式，渦輪前溫度已逐漸接近高溫合金的耐溫極限。大 推重比、高效率和長壽命一直都是航空發動機研究領域永恆的追求，而提高渦輪進口燃氣溫度（TIT）可直接提 升航空發動機的綜合性能。在過去八十年裡航空發動機渦輪進口前燃氣溫度急劇提高，第四代戰機 F22 的發動 機 F119 推重比為 10，其渦輪進口溫度達 1900K。面向未來的推重比 12~15 的發動機渦輪進口平均溫度超過 2000K， 推重比 15~20 以上的發動機渦輪進口溫度最高可達 2200K~2450K，遠超高溫合金材料的耐溫極限（單晶材料： 1350K）。
相比高溫合金，CMC 具有耐高溫、輕量化和壽命長的特點，被各國視為下一代航空發動機戰略性熱結構 材料。相比於鎳基高溫合金，CMC 材料有以下顯著優勢：
（1）比高溫合金能承受更高的溫度（CMC 材料耐溫 極限比鎳基高溫合金提高約 150℃~350℃，潛在使用溫度可達 1650℃），可顯著減少冷卻氣消耗量約 15%～25%， 從而提高發動機效率，同時還能減少氮氧化物的排放；
（2）CMC 材料密度（2.0～2.5g/cm³）為高溫合金的 1/4～ 1/3，可以顯著降低發動機重量（發動機減重 30%～70%）從而大幅提高推重比；
（3）高溫下優異的持久強度， 使用壽命長；
（4）可設計性強，纖維紡織技術的引入使 CMC 可設計性和結構適應性大幅提高，可根據不同部 件的性能需求設計可達到最佳的熱/力特性匹配。
目前，各航空強國普遍認為：CMC 是航空發動機高溫結構材 料的關鍵核心技術之一，直接體現一個國家先進航空發動機和先進武器裝備的設計和製造能力。
CMC 是航空發動機的熱端理想材料，潛在應用部位為燃燒室/加力燃燒室、渦輪導向葉片、渦輪外環、渦 輪葉片、尾噴管調節片/密封片等。
已在發動機上得到應用的主要有碳化矽纖維增強碳化矽複合材料（SiCf/SiC）和氧化物纖維增強氧化物復 合材料（Ox/Ox）兩種，其中 SiCf/SiC 是研究和應用的重點。SiCf/SiC 在 1200~1400℃的高溫燃氣下的壽命可 達幾千小時，是軍用/商用航空發動機核心機熱端結構（燃燒室、高低壓渦輪）最理想的材料。Ox/Ox 的耐溫能 力低於 SiCf/SiC，但由於不存在氧化問題，壽命可達上萬小時，且成本相對較低，可應用於渦噴、渦扇發動機 噴管以及渦軸、燃氣輪機核心機的高溫部位。因 SiCf/SiC 耐溫能力更強，符合航空發動機的核心需求，且綜合 性能更好，被國內外公認為最有潛力的發動機熱結構材料之一，是目前研究和應用的重點。
對於 CMC 的應用，國外中溫中載靜止件已進入批產階段，高溫中載件正在進行全壽命驗證，高溫高載轉 動件仍在探索。國外在陶瓷基複合材料構件的研究與應用方面，基於先易後難、先低溫後高溫、先靜子後轉子 的層層遞進的發展思路，充分利用現有的成熟發動機進行考核驗證。首先發展中溫（700℃~1000℃）和中等載 荷（低於 120MPa）的靜子件，如尾噴口調節片/密封片、內錐體等；再發展高溫（1000℃~1300℃）中等載荷靜 子件，如火焰筒、火焰穩定器、渦輪導向葉片和渦輪外環等；最後驗證高溫高載荷（高於 120MPa）的轉子件， 如渦輪轉子、渦輪葉片。總的來說，噴管調節片／密封片等中溫中等載荷靜止件已完成全壽命驗證並進入實際 應用和批次生產階段，可以實現減重 50%以上；燃燒室火焰筒和內外襯、導向葉片等高溫中等載荷靜止件正進 行全壽命驗證，有望進入實際應用階段，渦輪外環已進入批產階段；而渦輪轉子、渦輪葉片等高溫高載荷轉動 件尚處於探索研究階段，使用壽命與應用要求相距甚遠。
軍用航空發動機一般採用SiCf/SiC尾噴管以滿足隱身性能，GE 生產的 passport20 公務機發動機和F414軍用發動機採用氧化物 CMC 製造排氣裝置和封嚴片。對於軍用航空發動機而言，發動機尾噴管是重要紅外輻 射源之一，因此還需要考慮材料的隱身性能。與 Cf/SiC 以及 Ox/Ox 相比，SiCf/SiC 的吸波性能更好，可實現發 動機的隱身，因此軍用航空發動機的尾噴一般採用 SiCf/SiC。GE 用於“環球”7000/8000 公務機的 passport 20 發動機採用氧化物複合材料製造整流罩、排氣混合器和中心錐，與同等級發動機相比，減少了 8%的耗油率。此 外，2011 年生產的軍用發動機 F414 開始安裝 Ox/Ox 製造的封嚴片。
GE 是目前對於 SiCf/SiC 應用最成功的公司，已將其批次應用於 LEAP、GE9X 和 GE3000。2009 年，該 公司研製的 SiCf/SiC 複合材料低壓導向葉片在 F136 發動機上完成驗證，並於 2010 年完成首飛。2016 年在 LEAP 發動機的渦輪外環率先使用 SiCf/SiC 複合材料並已批產，顯著降低冷氣的消耗量並顯著改善外環的服役特性和 使用壽命，一台 LEAP 發動機有 18 個 CMC 零件，總重量為 1kg。繼而在新型 GE9X 商用發動機的燃燒室內襯 和外襯、兩級導向葉片和一級渦輪外環共五個部件使用了該材料，耗油率比 GE90-115B 降低 10%，該型號已於 2020 年獲得美國 FAA 適航認證，成為目前世界上推力最大的商用噴氣發動機。在燃氣輪機方面，H 型燃氣輪機 使用了 SiCf/SiC 複合材料渦輪外環，其燃燒效率創造的了世界紀錄。新一代軍用渦軸 GE3000 發動機使用了陶 瓷基複合材料，比 T700 型發動機耗油率降低 25%、全生命周期成本降低 35%，壽命延長 20%，功重比提高 65%。
GE 完成了首個 CMC 低壓渦輪轉子葉片的驗證，研製的下一代軍用變循環發動機 XA1000 是 CMC 應用最 廣泛的發動機。2014 年 GE 航空集團以 F414 發動機為驗證平台，在 1650℃下經過 500 個嚴酷的循環考核，完 成了首個低壓渦輪轉子葉片的驗證。GE 在 XA100 發動機的部件使用 CMC 材料和聚合物基複合材料(PMC)等，是所有商用或軍用發動機中 CMC 使用最廣泛的發動機，與之前的產品相比，XA100 發動機的燃油效率提高了 25%，推力提升 10%，散熱能力也到了很好的改善。目前已經完成了第二台 XA100 變循環發動機的第三輪測試， 該發動機可用於 F-35 和第六代戰鬥機。
2.2 SiCf/SiC 輻照穩定性好，是核工業的理想候選材料
在核能領域，SiCf/SiC 複合材料以其高熔點、高熱導率、高溫穩定性、較小的中子吸收截面、優良的中子 輻照穩定性等優異性能，成為反應堆包層第一壁、流道外掛、控制桿和分流器等的理想候選材料。
SiCf/SiC 有望取代鋯合金作為水堆燃料原件的包殼材料。核燃料元件是核反應堆的核心元件，它對核反應 堆的經濟與安全有直接的影響。目前正在使用的核電站多數是以鋯合金為燃料元件的輕水反應堆，然而，鋯合 金包殼本身存在著的問題包括吸氫、水中的腐蝕和芯－殼反應等，無法解決核燃料元件的長期安全性問題。 SiCf/SiC 複合材料具有高溫蒸汽腐蝕動力學低、中子經濟性高、輻照穩定性好、以及優異的高溫力學性能等特 點，被認為是理想的核燃料元件包殼材料，有希望代替鋯合金應用於輕水堆。美國通用原子公司利用 SiCf/SiC 復 合材料製備了具有三層結構的新型水堆燃料元件，內層和最外層為 SiC，中間層為 SiCf/SiC。
此外，碳化矽還在高溫氣冷堆、熔鹽堆、氣冷快堆、事故容錯材料等方向具有應用前景。目前日本和美國的應用進度世界領先。
2.3 Cf/SiC 在航天領域得到廣泛應用，主要用於飛行器防熱以及衛星反射鏡
Cf/SiC 發展較早，在航天領域已實現成熟應用。Cf/SiC 是最早發展起來的陶瓷基複合材料，一直吸引著發 達國家投入巨資開展研究。歐美國家側重於該材料在航空航天領域的應用研究，日本則更注重其在新能源等高 技術領域的應用研究。
Cf/SiC 是目前應用最為成熟的陶瓷基複合材料體系，抗氧化能力弱於 SiCf/SiC，但耐高 溫能力優於 SiCf/SiC，適用於對溫度要求高但對壽命要求相對較低的場景，在航天領域中主要作為熱結構應用， 另外還被用於衛星鏡面。
Cf/SiC 可有效解決高超聲速飛行器的防熱需求和減重需求。隨著航空航天領域的不斷發展，各國對高超聲 速飛行器等技術越來越重視。由於在長時間飛行、大氣層再入飛行和跨大氣飛行時面對嚴重的燒蝕、高速氣流 的衝擊以及大梯度熱衝擊的影響，急需一種耐高溫、耐燒蝕、抗衝擊的材料解決這些問題。Cf/SiC 可實現結構防熱的一體化，滿足防熱需求的同時實現減重。
在歐美等國家，Cf/SiC 在飛行器上已經得到了廣泛的應用，主 要應用在航天器的頭錐帽、機翼前緣和蓋板等。法國的 Hermes 航天器的頭錐帽和機翼前緣，美國的 NASA X-37 飛行器的組合襟翼、方向舵等結構件均採用這類材料作為高溫熱防護結構，美國 X-38 空天飛機採用防熱/結構 一體化的全 Cf/SiC 組合襟翼。2015 年 2 月，歐洲 IXV 試驗飛行器飛行成功，其熱防護系統頭錐、迎風面大面 積、翼前緣和體襟翼均採用 C/SiC 複合材料，可以滿足超過 1600℃的服役要求，薄壁異形構件尺寸達到了米量 級，體現出很高的製備工藝水平，技術成熟度較高。
Cf/SiC 被廣泛用於火箭發動機。由於 Cf/SiC 耐熱衝擊性高，對液體推進劑化學穩定性高，具有較高的抗蠕 變性，作為耐燒蝕材料和高溫結構材料在國外多種火箭發動機上得到廣泛應用。
Cf/SiC 還是一種理想的空間相機結構材料。隨著空間相機解析度的逐漸提高，空間相機正朝著大口徑、長 焦距、輕量化方向發展。其中空間相機反射鏡和支撐結構是高解析度空間相機的關鍵部件，必須具有優異的力 學性能和熱穩定性。Cf/SiC 複合材料具有質量輕、剛度高、熱膨脹係數低等特點，可以極大地提高空間相機部 件的尺寸穩定性。作為衛星反射鏡材料的研究在國外已經進行了 30 多年，技術已相當成熟，美國、德國等國 家已製備出 Cf/SiC 超輕鏡面和反射鏡、微波遮蔽鏡面等光學結構。
2.4 Cf/SiC 是新一代高性能剎車材料的首選，已批次應用於汽車和飛機
目前廣泛用於高速列車、汽車和飛機上的剎車材料主要是粉末冶金和 C/C 複合材料。然而，粉末冶金剎車 材料存在高溫容易粘結、摩擦性能易衰退、高溫強度下降顯著、抗熱震能力差、使用壽命短等缺點；而 C/C 剎 車材料存在靜態和濕態摩擦係數低（濕態相對幹態衰減約 50%）、熱庫體積大、生產周期長（約 1200h）及生產 成本高等問題，制約了其進一步發展及應用。
Cf/SiC 複合材料是近年來逐漸發展起來的一種新型高性能剎車材料，有望成為傳統粉末冶金和 C/C 復合材 料的良好替代品。Cf/SiC 複合材料具有比金屬基複合材料更低的密度、更高的強度、更好的摩擦性以及更長的 使用時限等優勢。Cf/SiC 複合材料可以看作是將 C/C 複合材料中的 C 基體替換成硬質的 SiC 基體，SiC 的加入 有效改善了複合材料的摩擦性和抗氧化性，而且摩擦性能對外界環境介質（黴菌和油污、潮濕等）不敏感。因此，Cf/SiC 複合材料被視為新一代高性能剎車材料的首選，在飛機、高鐵、汽車等制動領域具有廣闊的應用前 景。
目前，Cf/SiC 剎車材料已用於高檔轎車，在高鐵上也已經得到實際應用。目前碳陶剎車盤價格偏高，因此 多應用於高檔汽車，保時捷、法拉利、奧迪 A8L 等高檔汽車都已應用碳陶剎車材料。法國 TGV-NG 高速列車 和日本新幹線也已試用 Cf/SiC 閘瓦。美國 Starfire 公司研究先驅體轉化法製備 Cf/SiC 剎車材料，並已應用於摩 托車剎車片。
碳陶剎車材料對於軍機意義重大，中國飛機碳陶剎車盤技術世界領先。碳陶剎車材料耐海水、耐鹽霧腐蝕 性強，抗熱震和抗衝擊能力強，還能實現澆水快速冷卻，冷卻時間大大縮短，對於軍機戰略意義非同凡響。由 西北工業大學與中航工業西安航空制動科技有限公司聯合研製的碳陶剎車盤產品，已經進入批產階段，使中國 成為國際上第一個將碳陶剎車盤成功用於飛機的國家，標誌著中國飛機剎車技術躋身於世界領先水平。該碳陶 剎車盤與上一代剎車盤相比，靜摩擦係數提高 1—2 倍，濕態摩擦性能衰減降低 60%以上，磨損率降低 50%以 上，使用壽命提高 1—2 倍。生產周期降低 2/3，生產成本降低 1/3，能耗降低 2/3，性價比提高 2—3 倍。價格 也僅相當於國外同類產品的 50%—60%。
2.5 氮化矽纖維有望替代石英纖維，製備新一代導彈天線罩
導彈天線罩需要具備承載、耐溫、透波、耐蝕等多功能於一體，陶瓷基透波複合材料是天線罩透波材料的 發展趨勢。天線罩透波材料的發展主要經歷了三個階段：有機透波材料、陶瓷透波材料、陶瓷基透波複合材料。
（1）上世紀 40 年代，導彈的飛行速度低，無法產生較大的氣動加熱（一般低於 300℃），採用樹脂基復合 材料製備天線罩即可滿足要求。例如，美國 Boeing 公司製備“波馬克”導彈天線罩的原料為不飽和聚酯樹脂 透波材料。
（2）第二階段是上世紀 50 年代至 80 年代，飛行器及導彈飛行速度有所提升，氣動加熱效果上升（約 300~1000℃），有機材料的耐溫性及高溫透波性能的缺點開始放大，無法繼續滿足天線罩的使役環境要求。因此 研究者們將目光轉向於耐高溫、耐燒蝕以及具有優良介電性能的陶瓷材料，包括氧化鋁、微晶玻璃、堇青石、 石英、氮化硼、氮化矽陶瓷等，逐漸成為製備高速飛行器天線罩的首選材料，其中一些已成功獲得了型號應用。
（3）第三階段是從上世紀 80 年代至今，飛行器及導彈飛行速度進一步提升，而單相陶瓷透波材料由於自 身性能特點，在高溫下韌性和穩定性不足，逐漸達不到高速飛行所面臨的更加惡劣的環境對天線罩材料的要求。 因此通過結合各種陶瓷材料的優點，將材料最佳化設計組合為一體稱為新的研究思路，開始研究製備增強增韌的 陶瓷基透波複合材料。美國與前蘇聯都先後研發了適用於高速導彈天線罩的陶瓷基透波複合材料並成功應用。
連續 Si3N4 纖維有望替代石英纖維，製備新一代高馬赫數導彈天線罩。近年來，超高音速導彈的快速發展 對耐高溫透波陶瓷纖維提出了迫切需求。目前，國內外高溫透波材料的增強體主要為石英纖維。石英纖維具有 高強度、低密度特性，且介電損耗低，可以實現寬頻透波。但是，石英纖維在高於 900℃的溫度下會因晶粒粗 化而導致強度迅速下降，從而顯著降低複合材料性能。
隨著中遠端精確制導導彈的快速發展，新一代導彈的速 度提高，天線罩的工作溫度已經提升到 1000℃以上，且工作環境更加惡劣，這對高溫透波材料提出了新的需求。 連續 Si3N4 纖維的耐溫性能優於石英纖維，且當碳含量控制在 5 wt% 以下時，纖維具有良好的高溫透波性能， 因此有望替代石英纖維，用於製備新一代高馬赫數導彈天線罩，氮化矽纖維一般用於增強氮化硼和氧化矽，目 前對於氮化矽纖維天線罩的應用仍處於早期階段。
2.6 全球 CMC 市場規模高速增長，CMC-SiC 佔比最高
全球 CMC 市場規模高速增長，北美和歐洲佔據大部分市場，碳化矽基 CMC 市場佔比最高。根據 MARKETSANDMARKETS 統計，2022 年全球 CMC 市場規模為 119 億美元，統計範圍包含 C/C、C/SiC、Ox/Ox、 SiC/SiC。預計 CMC 市場規模將以 10.5%的 CAGR 增長，2028 年達到 216 億美元。分區域來看，北美和歐洲將 佔據大部分市場，分具體產品來看，SiC 作為基體的 CMC 市場佔比最高。
目前用於國防與航空航天領域的 CMC 市場佔比最高，其次是汽車，能源領域的需求也將持續增長。CMC 極致的耐溫性能使其適用於國防與航空航天的嚴苛工作環境，但因其成本較高，國防與航空航天領域對成本敏 感度相對較低，因此對 CMC 的應用最為廣泛。汽車碳陶剎車盤對 CMC 的需求也較大。燃氣輪機以及核電領域 對 CMC 的市場需求也將持續擴大。
三、CMC 工藝壁壘高，GE 的 CMC 製備已進入產業化階段
3.1 陶瓷基複合材料的製備工藝：主要為纖維製備和基體製備兩個步驟
CMC 元件的製備工藝複雜，壁壘極高。總體來看，陶瓷基複合材料的製備工藝分為纖維製備、預製體編 織、纖維介面層製備、基體製備和增密、機加工成型幾步。對於工作環境惡劣的 CMC 元件，如航空發動機熱 端部件，還需製備環境障塗層。
氧化物 CMC 和非氧化物 CMC 的製備流程基本一致，但每個環節涉及的具體工藝有所差別。非氧化物 CMC 中，Cf/SiC 和 SiCf/SiC 的製備工藝基本一致，纖維製備過程有所差異，因 SiCf/SiC 是 CMC 研究的重點，所以 下文以 SiCf/SiC 為例描述 CMC 的製備工藝。
3.1.1 SiC 纖維：成本佔 CMC 成品成本的 50%以上，主要採用先驅體轉化法製備
SiC 纖維的性能對 CMC 部件性能影響極大，先驅體轉化法是製備 SiC 纖維的主流工藝，聚碳矽烷（PCS） 是常用的先驅體。根據《Silicon carbide fiber manufacturing: Cost and technology》，SiC 的成本佔 CMC 成品 的 50%以上，SiC 纖維的生產工藝主要有化學氣相沉積法（CVD）、先驅體轉化法（PD）和活性炭纖維轉化法 （CVR）。先驅體轉化法的工藝流程通常是以聚碳矽烷(PCS)為 2 先驅體，經過紡絲、交聯固化、高溫裂解、纖 維燒成等一系列工藝獲得碳化矽纖維。
先驅體轉化法製備碳化矽纖維具有顯著的優勢：
（1）先驅體可設計性強， 可引入 Al、B、Zr 等，改善纖維性能；
（2）製成的纖維直徑細小，可直接製成絲束(400 根/束～1600 根/束)使 用，多用於編織複雜形狀的預製體。
（3）先驅體陶瓷化溫度低，通過熱解過程中的氣氛調控，可控制纖維中的氧、碳等元素組成，該方法成本相對較低，已經實現工業化生產。
第三代 SiC 纖維性能最優，是研發、應用的重點。日本碳公司在 1980 年首次採用先驅體轉化法製備碳化 矽纖維， 1985 年該公司開始利用該方法進行工業化生產。隨著各家公司不斷改進碳化矽的製備技術，逐漸形 成了 3 代碳化矽纖維。
第一代 SiC 纖維含氧量高，抗氧化性、抗蠕變性較差，1200 ℃以上纖維性能下降嚴重， 第二代 SiC 纖維含氧量顯著下降，空氣氛圍下能耐 1400 ℃高溫。第一代和第二代 SiC 纖維增強陶瓷基復合材 料的高溫使用壽命有限，第三代 SiC 纖維進一步除去多餘的 C 和 O，力學性能在一定程度上接近純碳化矽材 料可能達到的極限，擁有更強的抗氧化能力、更高的抗拉強度，高溫處理後仍能保留 80%以上強度，最高使用 溫度極限可達到 1800 ℃，是提升 CMC 複合材料力學性能最理想的增強材料，也是 CMC 複合材料研發、應 用的重點。
美日等發達國家已經形成了多個代際的 SiC 纖維產品體系，並推出了高性能、高純度、高價值的第三代 SiC 纖維產品。目前，日本碳素公司（Nippon Carbon）和宇部興產公司（Ube Industries）的 SiC 纖維產品產量最大， 能達到百噸級。美國道康寧( Dow Corning) 公司則引入 B 作為燒結助劑制得性能優異的 Sylramic，在此基礎上 再引入 N 元素去除富裕 B 元素得到晶粒更大、晶界更為乾淨的 Sylramic-iBN 纖維。
3.1.2 預製體：編制纖維以滿足幾何形狀要求
實際應用中，需要將纖維( 束) 編織成各種預製體，編織結構除了要滿足幾何形狀等需求外，還要儘量簡化 編織方式、降低成本，提高結構強度和熱導率等。常見的預製體形式大致分為單向纖維帶/層，2D、2. 5D 和 3D 預製體等。
單向纖維層/布是最簡單的預製體形式，纖維束按一個方向平行排列，用環氧樹脂等聚合物黏結劑將纖維黏 結成所需纖維體積分數和幾何形狀的預製體，黏結劑往往會在製備基體之前被高溫處理，轉化為熱解炭(GE 的 Prepreg 工藝)。2D 預製體是由經緯兩向纖維束編織的纖維布進行層層鋪疊得到的，在鋪層過程中可調整每一層 纖維方向，但層間無纖維連接，抗剪下能力差，容易分層。為了克服 2D 預製體易分層的缺點，2.5D 預製體采 用角聯鎖的方式層層交織，增強了層間結合，這類預製體工藝簡單且層間結合強度較高，運用廣泛，但沒有沿 厚度方向的纖維分佈。另外有一種介於 2D 和 3D 之間的預製體通過針刺方式來縫合纖維布，同樣也增強了層與 層之間的連接強度，一定程度上增加了材料韌性，工藝簡單，同樣應用廣泛。3D 預製體是由多股纖維束在 3 個 相互垂直的方向上編織而成的，對強度有一定影響，但材料的各向異性被削弱。3D 編織還包括 3 維 4 向和 3 維 5 向等方式。
3.1.3 介面層：SiC 纖維的表面塗層，CVI 是主流工藝
介面層建立基體與纖維之間的“弱連接”以提高 CMC 性能。介面層是影響 SiCf/SiC 複合材料性能的關鍵， 是纖維與基體相連接的紐帶，也是應力傳遞的橋樑，其介面結合強度直接決定複合材料的力學性能及破壞/失效 模式，是實現 SiCf/SiC 強韌化的關鍵。通常弱的介面結合有利於碳化矽纖維與介面的脫粘，以及纖維的拔出，有利於提高複合材料的韌性。在核用環境條件下，介面層的耐高溫、耐腐蝕、抗氧化、抗輻照等性能面臨嚴峻 挑戰，往往可能成為最薄弱的環節而最先失效。因此，介面層的結構穩定性至關重要，一定程度上決定了復合 材料的服役周期。
SiC 塗層與 PyC 或 BN 介面層復合方案具有優勢。為滿足力學性能和抗高溫氧化性能的要求，通常採用熱 解碳(PyC)、六方氮化硼(BN)、碳化矽，以及(SiC/PyC)n、(SiC/BN)n 等幾種材料體系。PyC 是一類被廣泛採用的 介面層，但在 400℃以上氧化氣氛下，PyC 介面層易發生氧化分解，其也能應用於核能環境，但在中子輻照下， PyC 會發生緩慢但徹底的收縮—腫脹—非晶化的轉變。BN 是另一類常用的 SiCf/SiC 複合材料介面層，抗氧化 性能優於 PyC，但不適用於核能領域。SiC 塗層抗氧化性能優於 PyC 和 BN，能有效阻止纖維的氧化損傷，但由 於單獨使用 SiC 塗層，介面結合較強，不利於複合材料的增韌。因此，SiC 塗層往往與 PyC 或 BN 介面層復合， 從而發展出(SiC/PyC)n、(SiC/BN)n 等多層復合結構介面層。
CVI 是製備介面層的主流工藝。一般採用化學氣相滲透( CVI) 或聚合物浸漬裂解( PIP) 工藝製備介面層， 另外，BN 層還可用蘸涂反應工藝。PIP 和蘸涂反應法製備的介面層較為疏鬆，表面粗糙，有明顯裂紋，但這兩 種工藝簡單，對裝置要求較低。CVI 法製備的介面層表面光滑，內部緻密，無明顯缺陷常用甲烷作為先驅氣體 製備 PyC 介面層，用三氯硼烷和氨氣反映製備 BN 介面層。
3.1.4 CMC 複合材料：CVI、MI 和 PIP 工藝較成熟，但存在各自的侷限性
基體製備和增密的主流工藝有化學氣相滲透法（CVI）、聚合物浸漬裂解法（PIP）、熔滲法（MI）、奈米浸 漬與瞬態共晶法（NITE），現階段 CVI 法和 MI 法都已實現大規模工業化生產，PIP 法製備大型結構部件也逐 步達到實用化水平，但這 3 種製備工藝由其工作原理導致均存在顯著的侷限性，因此在製備結部件時應根據熱力學特徵選擇相應的製備工藝。對於某些特殊要求的應用領域，CMC 的製備不限於某一種製備工藝，可同時 結合多種製備方法以滿足部件的設計要求。
（1）化學氣相滲透法（CVI）：可製備大型薄壁複雜結構
CVI 源自 CVD，是最早的製備 CMC 的工藝，先將氣態先驅體以對流、擴散的方式沉積於纖維的表面，然 後，在一定溫度下反應生成 SiC 基體，通過連續的滲透沉積，對纖維之間的縫隙進行填充，最終得到連續的 SiC 陶瓷基體。目前，常用的氣態先驅體氣體為甲基三氯矽（MTS），且基於此前驅體的 CVI 工藝也趨於成熟。
CVI 法製備的優點是製備溫度低、晶型完整、力學性能優異、結構可控性高，可製備大型、薄壁、複雜結 構的部件。缺點在於成本高、工藝複雜、沉積速率慢、製備周期長，氣態先驅體從預製體表面向內部擴散，內 部易形成孔隙，不適合製備厚壁部件，並且 CVI 工藝對裝置要求較高，反應參數受多方面因素影響不易控制， 還有排放污染較大、原材料利用率較低等缺點。
日本、美國和法國對 CVI 工藝開展了大量研究，法國在 CVI 工藝製備技術上擁有較大優勢，其中 Safran 集 團是最早著手研發 CVI 工藝的公司之一。利用該工藝，Safran 實現了 M88-2 發動機尾噴管外調節片的製備。
國內對於 CVI 工藝製備 SiCf/SiC 複合材料也做出了卓有成效的研究。其中，西北工業大學、中南大學、 國防科技大學、中國科學院上海矽酸鹽研究所等單位均對 CVI 工藝進行了研究，並已實現工業化生產。西北 工業大學自主研發的基於 CVI 的 CMC 製造平台在產品製備的可靠性和可控性上達到了國際先進水平，基於 此項技術所製備的部件已用於部分國產發動機上。
（2）熔滲法（MI）：製備周期短
熔滲法（MI）又稱液矽滲透法，是讓熔融的 Si 單質浸滲多孔預製體，利用毛細力使液矽進入預製體內部 與 C 反應生成緻密的 SiC 基體。
MI 主要有兩類工藝路線: 一類是預浸料熔滲法(Prepreg MI) ，即採用聚合物熱解的方式引入碳源;另一類 是料漿澆注法( Slurry Cast MI)，用陶瓷漿料引入 SiC 和碳源。
預浸料法主要工藝步驟是首先製備纖維介面層，然後採用濕鼓纏繞制得單向纖維帶和基體帶，即預浸料帶， 預浸料帶上均浸漬了聚合物黏結劑、SiC 粉和 C 粉。然後將料帶鋪層造型，接著進行高溫處理，聚合物黏結劑 裂解成炭，形成含碳多孔體，最後液矽熔滲。
採用預浸料熔滲法制得的 SiCf /SiC CMC 擁有良好的抗拉伸強度、疲勞壽命、抗蠕變性能和熱力學性能， 已經批次應用。GE 公司研究預浸料熔滲法製備 SiCf /SiC CMC 超過 25 年，其產品已成功用於現役航空發動 機的熱端部件、CFM Leap-1 發動機的渦輪外環、GE9X 的燃燒室內外襯套、兩級渦輪導葉和一級渦輪外環均采 用 Prepreg MI 工藝製造。
料漿澆注法是 NASA 和 GE 等公司共同研發的 MI 技術路線，實際上是 CVI+MI 的混合工藝。與 Prepreg 路線不同，Slurry Cast 路線中，先編織預製體，後製備纖維介面層，然後用 CVI 法沉積一部分 SiC 基 體包覆介面層，保留孔隙通道。接著注入混合有 SiC(可含 C)粉的陶瓷漿料，最後液矽浸滲完成最後的基體增密。
Prepreg CMC 的纖維含量更低，但抗拉強度甚至比 Slurry Cast CMC 高，一方面是由於其採用的是單向纖 維布，強度較高; 另一方面則是由於每根纖維都塗覆了完整的介面層，承載時纖維受力更均勻，介面層增韌效 果好，斷裂應變更大。SiCf /SiC CMC 的原材料中 SiC 纖維最昂貴，纖維含量降低可有效控制 CMC 的成本。
MI 工藝有簡單高效、可近淨成型、製備周期短、CMC 基體緻密孔隙率低、熱導率高、抗拉強度大、抗 蠕變性能好和抗氧化能力強等優點。缺陷也很明顯: 在熔滲 Si 時溫度較高，可能會損傷介面層和纖維; 殘餘的 游離矽單質會影響材料的強度，降低材料的耐高溫能力，還需採用各種辦法去除殘留矽或摻雜金屬元素與矽反 應生成難溶矽化物，NASA 甚至在後階段研發更高耐受溫度的 N26 CMC 時，直接摒棄了 MI 工藝，轉而採用 CVI+PIP 工藝，完全杜絕多餘 Si 單質的存在。
國際上反應熔滲工藝製備 SiCf/SiC 複合材料的研究主要集中在日本、美國和德國。國內中南大學、中國科 學院上海矽酸鹽研究所、國防科技大學、中國航發北京航空材料研究院、航空工業復材中心等單位在反應熔滲 法製備 SiCf/SiC 複合材料方面開展了卓有成效的研究。
（3）聚合物浸漬裂解（PIP）：可製備大尺寸複雜構件
PIP 工藝是在真空氣氛中，將纖維預製件在先驅體溶液中浸漬，然後在惰性氣體保護下，進行交聯固化和 高溫裂解，在裂解過程中，大量的小分子氣體會從體系中溢出，導致材料出現大量的孔隙，緻密化程度低。所 以 1 次裂解往往不夠，需要多次( 5 次～12 次) 浸漬-裂解循環，直到質量不再增加或增量＜1%，最終實現基 體緻密化。
常見的先驅體主要是聚碳矽烷(PCS) 和聚乙烯基矽烷(PVS) 以及它們的衍生物，新型先驅體如烯丙基氫化聚碳矽烷(AHPCS) 引起了極大關注。聚碳矽烷（PCS）具有產率高、對纖維損傷小等優點，成為最常見 和常用的先驅體。
PIP 法製備複合材料的優點主要體現在製備溫度低，對纖維損傷小，可製備大尺寸複雜形狀的構件，可實 現近淨尺寸成型，且不會殘留矽。但耗費先驅體量多而且工藝周期長，成本高。
PIP 法被廣泛認為是製造大尺寸、結構複雜部件的有效方法，西北工業大學、GE 和 NASA 等機構已經使 用這種方法製造大型結構件。
（4）奈米浸漬與瞬態共晶法（NITE）：製備過程簡單快捷，可用於核工業
隨著對 CMC 材料性能要求的提高，NITE 工藝在 21 世紀被科研人員提出，其主要工藝流程包括通過納 米 SiC 粉末、燒結助劑、陶瓷先驅體配置成混合漿料，將隨後將漿料塗覆在 SiC 纖維的片材上，再幹燥、疊 層、熱壓燒結。
NITE 工藝製備過程簡單快捷，產品孔隙率低、熱導率高、結晶程度好，能成功應用於核工業領域，但該 工藝所製備的材料的形狀較為簡單，目前難以製備複雜的構件，且由於其燒結溫度較高，在製備過程中也需要 保持材料的性能及微觀結構不產生損耗。
對 NITE 工藝的研究主要集中在日本和美國，已實現面向核能領域的 CMC 工業化生產。由於 NITE 工藝 的燒結溫度一般較高(> 1700 ℃)，對碳化矽纖維的耐高溫性能要求較高。因此，目前，基於 NITE 工藝的研究 主要集中在日本和美國等擁有耐高溫性能更好的第三代碳化矽纖維的國家。其中，日本京都大學和美國橡樹嶺 實驗室經過多年的積累，已經基本實現 SiCf/SiC 複合材料的工業化生產，主要是面向服役環境極端苛刻的核能 用 SiCf/SiC 複合材料。中國在 NITE 工藝製備 SiCf/SiC 複合材料的研究鮮有報導，主要是以碳纖維替代碳化 矽纖維，對熱壓燒結溫度、燒結助劑等對複合材料性能的影響做了一些探索研究，包括中國科學院上海矽酸鹽 研究所、國防科技大學、湖南大學等。
（5）復合工藝
復合工藝主要是將兩種或多種工藝相結合，利用多種工藝的優勢，提高 CMC 材料的密度，最佳化材料的微 觀結構，縮短製備周期和生產成本。主流的三類工藝都有各自的優缺點，但將兩種工藝結合的混合工藝可揚長 避短，得到性能優良的 SiCf /SiC CMC。為徹底消除多餘 Si，提高 CMC 耐溫能力，NASA 的 N26 及 後 續 耐 高 溫 SiCf /SiC 均採用了 CVI+PIP 混合工藝路線。
3.1.5 環境障塗層：防止 CMC 受高溫水蒸氣侵蝕，主要由 APS 工藝製備
環境障塗層（EBC）保護 CMC 免受燃氣中的高溫水蒸氣侵蝕。SiC 的抗氧化性來自表面的 SiC 在＞800℃ 時氧化生成的 SiO2 薄層，這層 SiO2 的熱穩定性好，抗氧化能力強，可保護內部 SiC 在 1200℃以上都不被氧化。 但是航空發動機的碳氫燃料在燃燒後生成的燃氣中含有 10%水蒸氣，在＞1200℃的溫度下，高溫高壓高速的水 蒸氣與 SiO2 反應生成揮發性物質 Si(OH)4，氧化物保護層被消耗，然後 SiC 生成 SiO2 和 SiO2 生成 Si(OH)4 的 反應同時發生，CMC 受侵蝕加速。
環境障塗層（EBC） 需要滿足四個要求: ①環境穩定性好; ②附著力強; ③與 SiC 化學相容，穩定性好; ④ CTE 與基體匹配，應力水平低。
第一代EBC包含三層材料：CMC表面的矽黏結層、莫來石基的中間層以及鋇－鍶－鋁矽酸鹽(BSAS)頂層。 但在 1300℃時，EBC 開始出現玻璃相，1440℃時所有 EBC 都轉化為玻璃相，EBC 失效。第二代 EBC 採用稀土 矽酸鹽，具有更好的抗環境腐蝕能力和更高的耐溫能力。典型的第二代 EBC 由 Yb2SiO5 頂層+莫來石中間層+ 矽黏結層組成，EBC 結構和組成變化極小，性能穩定但稀土矽酸鹽也存在 CTE 不匹配的問題，再加上 SiO2 韌 性較差，EBC 會過早散裂。基於第一代和第二代 EBC 的新型 EBC 正在研發之中。
已服役的第一代 EBC 主要由大氣電漿噴塗(APS)工藝製備。APS 工藝成熟可靠，但塗層往往較疏鬆，內 部存在孔隙從而影響 EBC 的熱力學性能。電子束物理氣相沉積(EB-PVD)工藝更多是用於製備高溫合金的 YSZ 熱障塗層，由於加工特性，塗層的孔隙沿厚度方向排列，並且 SiO2 蒸汽壓力高於其他組分蒸汽壓力，沉積參數不易控制，不適用於製備 EBC。另外，APS 和 EB-PVD 都是直線噴塗工藝，在複雜型面上可能會留下未噴塗區 域。基於 APS 和 EB-PVD 技術發展的 PS-PVD 和 DVD 工藝較好地解決了以上問題，但還未投入工業生產。
3.2 GE 已建成垂直整合的 CMC 供應鏈，CMC 部件產量還將增長十倍
GE 作為 CMC 領域的全球領導者，其製備 CMC 的工藝流程具備很高的參考價值。GE 對 CMC 的開發已 經持續了三十多年，2009-2019 年期間在該技術上的投資超過 15 億美元，早期的開發得到了美國能源部、國防 部和 NASA 的支援。GE 製備 CMC 的工藝流程為：採用 CVD 工藝給 SiC 纖維加入介面層，將纖維製成單向預 浸帶，切割成所需外形後進行堆疊，然後在熱壓罐中去除揮發性有機物並塑造零件外形，有機材料在裂解爐中 裂解形成碳橋，最後液矽熔滲製成 CMC 元件，隨後機械加工、進行檢測，最後塗覆 EBC 塗層。在 GE 將 SiC 纖維製成 CMC 成品只需不到 30 天。
GE 公司從 20 世紀 80 年代末就開始預浸料-熔滲工藝製備 SiC/SiC 複合材料技術攻關，經歷 20 世紀 90 年 代的工藝探索階段、大規模驗證階段（2000—2015 年），目前已進入產業化階段（2016 年至今）。GE 在美國建 立了第一個垂直整合的 CMC 供應鏈，包括 SiC 纖維、預浸料和 CMC 部件的生產，每年可生產 20 噸 CMC 預 浸料，10 噸 SiC 纖維和超過 5 萬個 CMC 發動機部件。
GE 的 CMC 供應鏈分為以下四部分：
（1） 位於俄亥俄州埃文代爾總部的 CMC 快速工廠實驗室可快速評估 CMC 設計變更和製造工藝改進的 可行性。
（2） 位於特拉華州紐瓦克的低速初始生產中心，為 CMC 原材料和元件展示概念生產準備和採用精益生 產實踐。
（3） 位於阿拉巴馬州亨茨維爾的全速率生產設施，兩個工廠分別生產 SiC 纖維和單向預浸帶，總投資 2 億美元（美國空軍實驗室資助 2190 萬美元）。SiC 纖維工廠以 NGS（Nippon Carbon、GE 和賽峰的 合資企業，持股比例分別為 50%、25%、25%）的工廠為藍本，大大提高美國生產能夠承受 2400 ℉的 SiC 陶瓷纖維的能力。
（4） 位於北卡羅納州阿什維爾的全速率生產設施，用於生產 CMC 部件。
參照 NGS 合資企業的模式，GE 與 Nippon Carbon 以及賽峰合資成立 Advanced Silicon Carbide Fiber，但 GE 持股比例為 50%，新合資企業與 NGS 共同向 GE 供應 SiC 纖維。此外，GE 還與 Turbocoating 合資成立了 Advanced Ceramic Coatings 以生產 EBC。
GE2019 年的報導稱，GE 和 CFM 發動機對 CMC 的需求在過去十年中增長了 20 倍，預計 CMC 部件 產量將在未來 10 年增長 10 倍。GE 2018 年就交付了 23000 個 LEAP 發動機的 CMC 渦輪外環，2019 年的計畫 為 36000 個。
其他航空發動機巨頭也積極佈局 CMC，選擇的工藝路線各異。賽峰集團於 20 世紀 80 年代開始採用 CVI 工藝製備 SiC/SiC 複合材料，選用 CVI 技術主要是基於該公司前期化學氣相沉積製備 C/C 複合材料研發及工程 化方面的經驗，為了加強 CMC 的研發力量，賽峰集團於 2018 年 11 月成立了賽峰航空陶瓷技術公司，該公司位於波爾多航空園核心地帶，將致力於陶瓷基複合材料的基礎研發與生產，為發動機提供質輕耐高溫的複合材料。
羅羅公司於 2015 年收購了位於美國加州的海寶（Hypertherm）高溫複合材料股份有限公司，該公司主要採用 CVI+MI 工藝製備 SiC/SiC 陶瓷基複合材料密封片，並計畫在 2025 年前後將噴管、渦輪外環整環部件等應用於 發動機。
普惠公司於 2000 年前後開始研製陶瓷基複合材料，前期重點在 PIP 工藝製備 SiC/SiC 複合材料與 OX/OX 複合材料。普惠公司認為陶瓷基複合材料應用於靜止件中的價值不高，因此將把陶瓷基複合材料應用的工作重 點放在渦輪轉子葉片和燃燒室上。
普惠公司於 2019 年年底宣佈在美國加利福尼亞州建立一個陶瓷基複合材料研 發基地，並計畫於 2027 年在阿什維爾建立陶瓷基複合材料渦輪葉片生產中心，將陶瓷基複合材料應用到燃燒室 內襯、葉片、噴管和其他部件。
四、中國已建成相對完善的 CMC 產業鏈，航發 CMC 或迎來拐點
根據西工大成來飛教授，總體來看，中國陶瓷基複合材料與國外幾乎處於並跑位置，中國在剎車、飛行器 防熱領域領跑，但在航空發動機領域還較為落後。加快發展陶瓷復材這一新材料產業是黨中央、國務院著眼建 設製造強國、保障國家安全做出的重要戰略部署，“先進結構陶瓷與複合材料”也是“十四五”國家重點研發計 劃的 7 個重點專項之一。
碳化矽纖維方面，早期 SiC 纖維是中國 CMC 產業的瓶頸環節，中國自主攻克了 CMC 批次製造技術，但 由於缺少高性能碳化矽纖維，只能用碳纖維替代。目前中國已形成以國防科大、廈門大學和中南大學為中心的 三個碳化矽纖維產業叢集，第二代 SiC 纖維已實現產業化，第三代 SiC 纖維已實現技術突破，中國實驗室研發 的產品與日本同類型產品水平相近，但是生產水平還尚未達到工業化生產規模，有待進一步研究。
中國第二代碳化矽纖維已發佈國家標準，標誌著相關產業已經成熟。根據全國標準資訊公共服務平台，國 家標準《低氧高碳型連續碳化矽纖維》（第二代碳化矽纖維）於 2024 年 3 月 15 日發佈，2024 年 7 月 1 日正式 實施。
標準主要起草單位有：福建立亞新材有限公司、寧波眾興新材料科技有限公司、福建立亞化學有限公司、 湖南澤睿新材料有限公司、航天材料及工藝研究所、航空工業瀋陽飛機設計研究所、中國航空製造技術研究院、 中國航天標準化研究所、中國運載火箭技術研究院物資中心、廈門大學、國防科技大學、中國航發瀋陽黎明航 空發動機有限責任公司、嘉興睿創新材料有限責任公司、上海火炬電子科技集團有限公司、福建軍翔複合材料 科技有限公司。
氮化矽纖維方面，國內研製連續 Si3N4 纖維的主要單位是山東工陶院、廈門大學和國防科技大學，已經實 現批產，中國基本與美、日、德、法並跑。
值得注意的是，碳化矽纖維和氮化矽纖維的常用製備方法都是採用 PCS 先驅體轉化，PIP 法製備 CMC-SiC 的先驅體也為 PCS，因此 PCS 需求量較大。
陶瓷基複合材料製備方面，在西北工業大學、中南大學、國防科技大學、中國科學院上海矽酸鹽研究所、 中國航發北京航空材料研究院、航空工業復材中心等單位的努力下，CVI 工藝已實現工業化生產，PIP 工藝較 為成熟，MI 工藝也有相關單位及企業佈局。航天材料及工藝研究所突破了氮化矽纖維增強陶瓷複合材料及米量 級天線罩製備技術，研製的複合材料具有優異的力學性能、抗燒蝕性能及介電性能，典型環境下的線燒蝕速率 顯著低於石英複合材料，且介電性能穩定，有望用做高溫服役環境的天線罩材料。
從應用來看，Cf/SiC 方面，中國已將其作為熱結構和空間相機支撐結構等應用於飛行器和高解析度空間遙感衛星，在飛機剎車材料的應用上處於國際領先地位；SiCf/SiC 方面，國內近年來針對先進航空發動機熱端部 件開展了大量陶瓷基複合材料的研究工作，研製了各類模擬件和試驗件，如尾噴管的密封片/調節片、加力燃燒 內錐體、主燃燒室火焰筒、高壓渦輪外環、渦輪導葉等。燃燒室浮壁瓦片模擬件、全尺寸噴管調節片等分別進 行了試驗台短時考核和發動機短期掛片試車考核，構件熱態性能良好，已進入應用驗證階段，尚未實現規模化 工程應用。氮化矽纖維增強陶瓷基復材方面，尚未有開展應用的公開報導。
中國航發產業對陶瓷基複合材料的需求或已出現拐點。根據中國航發公眾號 2024 年 1 月 3 日的文章，“新 年開工第一天，中國航發航材院表面工程研究所組織各專業組召開工作研討會，梳理總結前期工作、部署新一 年工作安排。2024 年，面對陶瓷基複合材料迅速增長的研製和交付需求，團隊集思廣益總結問題，制定調整措 施，形成 2024 年初步工作思路，為任務交付做好全面保障”，表明下游產業對 CMC 的需求拐點或已出現。
中國 CMC 產業鏈環節相對完善，在 Cf/SiC 方面，碳纖維、碳陶剎車材料的參與企業較多，但是在 SiCf/SiC 方面，與國外相比，中國企業數量較少、單體規模較小、產業鏈薄弱，普遍存在產能有限、產品批次穩定性差、 生產成本高等問題。氮化矽方向目前還處於應用早期，少數企業已有佈局。
4.1 火炬電子：背靠廈門大學，佈局 PCS、碳化矽纖維、氮化矽纖維，向下游 CMC 延伸
火炬電子依託立亞系子公司開展 PCS、SiC 纖維、Si3N4 纖維業務。火炬電子主要從事電子元器件、新材料及相關產品的研發、生產、銷售、檢測及服務業務，圍繞“元器件、新材料、國際貿易”三大戰略類股佈局。 子公司立亞化學主要從事 PCS 業務，立亞新材主要從事 SiC 纖維、Si3N4 纖維業務。公司擁有年產 30 噸產能各 類陶瓷纖維生產線，現已建成年產 100 噸各類陶瓷先驅體生產能力。
立亞新材背靠廈門大學，實現第二代、第三代 SiC 纖維和氮化矽纖維的量產。立亞新材成立於 2015 年， 總投資約 20 億元，主要從事連續碳化矽、連續氮化矽等特種陶瓷纖維的研發、生產和技術服務。廈門大學在張 立同院士的帶領下建立專門的實驗室，與國際合作共同研發碳化矽纖維的製備方法，成功制得第二代和第三代 SiC 纖維，2015 年後與立亞新材合作進行了氮化矽纖維的工業化開發。公司擁有年產 30 噸產能各類陶瓷纖維生 產線，產品主要用於航空、航天等領域的熱結構件，如飛機發動機、高超聲速飛行器天線罩等，技術及產品水 平打破了國外技術壟斷和封鎖，達到國際一流水平。2015 年，公司通過技術獨佔許可方式掌握了 CASAS-300 特種陶瓷材料產業化的一系列專有技術，掌握了“高性能特種陶瓷材料”產業化的一系列專有技術，產品系列覆 蓋全面，是國內少數具備陶瓷材料規模化生產能力的企業之一，其產品性能、產能已具備穩定供貨能力。現擁 有 Cansas3200 系列低氧高碳型（第二代）碳化矽纖維、Cansas3300 系列近化學計量型（第三代）碳化矽纖維和 Cansas4100 系列連續碳化矽纖維等產品。2023 年公司《透波型連續氮化矽纖維》項目榮獲 2023 年度“SAMPE 中國創新獎”。目前公司第二代 SiC 纖維產能為 10 噸/年，第 3 代為噸級規模，同時生產小批次氮化矽（Si3N4） 纖維。10 噸級產線已於 2018 年分別通過了航空工業集團和航天科技集團的定型評審。
立亞化學具有 100 噸各類陶瓷先驅體產能，規劃產能為 200 噸，近年來產銷高速增長。子公司立亞化學成 立於 2017 年 3 月，總投資 8 億元，主要從事前驅體聚碳矽烷（PCS）的研發、生產及銷售。公司突破了聚碳矽 烷（PCS）各項工程化製備關鍵技術，技術水平及產品性能均達到國際領先水平。產品主要用於製備碳化矽、 氮化矽連續纖維、製備大塊體近尺寸的碳化矽陶瓷基體、製備金屬、玻璃陶瓷表面的碳化矽塗層、微粒瀰散的 復相陶瓷。公司規劃產能 200 噸，現已建成年產 100 噸各類陶瓷先驅體生產能力。2023 年陶瓷先驅體材料產量 為 56.88 噸，同比提升 33.99%，銷售量為 38.83 噸，同比提升 86.82%。
公司繼續向下游陶瓷基複合材料延伸。2023 年公司參與設立的福建泉州華興新材料產業投資合夥企業（有 限合夥）已完成下游陶瓷基複合材料相關 3 個標的項目的投資。立亞新材已具備多個 PIP 製備陶瓷基複合材料 相關專利。
2018 年起，火炬電子自產新材料業務營業收入快速增加，收入佔比與毛利佔比穩步提高，業務類股重要性 不斷提升。2018 年火炬電子自產新材料業務類股實現營業收入 2567.69 萬元，2023 年提升至 1.6 億元，年復合 增長率高達 44.18%，業務規模增長迅速。
4.2 蘇州賽菲：依託國防科大，實現第一代碳化矽纖維量產
蘇州賽菲集團是集研發、生產、銷售和投資為一體的高新技術企業集團，業務範圍覆蓋新品開發、產品生 產、裝置製造、國際貿易、投資管理等領域。集團擁有 1 個國家工程中心、2 個省級工程中心和 1 個聯合實驗 室，分別為：高性能陶瓷纖維國家地方聯合工程研究中心、江蘇省高性能陶瓷纖維工程中心、江蘇省高性能陶瓷先驅體及複合材料工程中心和中國科學院蘇州奈米技術與奈米仿生研究所—蘇州賽菲集團有限公司奈米陶瓷 複合材料聯合實驗室。
公司依託國防科大實現第一代碳化矽纖維的產業化。國防科技大學是國內最早開始研究碳化矽纖維製備的 高校，馮春祥教授團隊製備出的第一代連續 SiC 纖維 KD- I 的綜合性能與國際同類產品近同，打破了日美等國 家對於該材料的技術封鎖。2005 年蘇州賽菲集團與國防科大接洽成果轉化任務，並於 2010 年歷史性實現中國 連續碳化矽纖維的產業化，成為全球第 4 家產業化企業。年產 5 噸聚碳矽烷的製備技術”和“年產噸級連續碳 化矽纖維的製備技術”於 2013 年 1 月通過江蘇省國防工辦組織的以孫晉良院士為首的專家組的現場認定，聚碳 矽烷和連續碳化矽纖維被江蘇省科技廳認定為“高新技術產品”。
公司持續擴大產業規模。江蘇賽菲新材料有限公司碳化矽(SIC)纖維製品項目由蘇州賽力菲陶纖有限公司、 蘇州賽菲集團有限公司、北京龍瀚建華投資諮詢有限公司和兩個自然人在鎮江市投資興建。該項目計畫生產聚 碳矽烷、碳化矽纖維及製品和β-SiC 微奈米粉，主要致力於碳化矽纖維和高性能陶瓷材料工程化生產。該項目 總投資 22.2 億元，主要新建廠房、購置各類裝置，年產 270 噸聚二甲基矽烷（PDMS），100 噸聚碳矽烷，10 噸碳化矽纖維、30 噸碳化矽微粉以及 15 噸高性能碳化矽製品。
4.3 眾興新材：與國防科大和中科院過程所合作，建有第二代碳化矽纖維產線
寧波眾興新材料科技有限公司是九江中船儀表有限責任公司(四四一廠)在寧波建設的高新技術企業，成立於 2016 年 5 月，主要從事高性能陶瓷纖維和特種陶瓷先驅體的研發、生產及銷售，產品包括聚碳矽烷、聚鋯碳矽 烷、第二代及第三代連續碳化矽纖維，產品廣泛應用於航天、航空、核工業等領域，目前已為國內多家航空航 天相關單位提供產品。
公司在第二代連續 SiC 纖維與國防科大合作。國防科技大學在 Hi-Nicalon 的工藝路線基礎上，為了節約生 產成本，通過 CVC 法替代了電子束輻照交聯製備得到第二代 SiC 纖維 KD-II，公司取得國防科大第二代連續 SiC 纖維製備技術的獨家使用權，建成國內首條 10 噸級第二代連續 SiC 纖維和年產 40 噸 PCS 產線。
公司與中科院合作第三代連續碳化矽纖維和復相碳化矽纖維。公司於 2019 年底和中國科學院過程工程研究 所合作引進張偉剛教授團隊發明的具有自主智慧財產權的復相碳化矽陶瓷纖維技術進行產業化開發，經過雙方技 術團隊的共同努力，取得多項重大突破，生產出耐溫性能更高的復相纖維，各項指標超過日、美產品，使寧波 眾興的纖維製備進入世界超一流水平。公司 2020 年與中科院聯合承擔寧波市《第三代連續碳化矽纖維（核用碳 化矽）產業化製備關鍵技術研究》。
4.4 澤睿新材：背靠中南大學，推進低成本第三代碳化矽纖維研製
澤睿新材由湖南博翔新材料有限公司碳化矽纖維事業部於 2019 年 12 月分拆成立，專注於碳化矽纖維研製 與生產，擁有全流程自主可控的碳化矽纖維生產能力，是國內領先的摻雜碳化矽纖維研發和產業化的單位，可 提供國內種類最全和產能最大的摻雜系列碳化矽纖維。
澤睿新材背靠中南大學，積極推進低成本第三代碳化矽纖維研製。2020 年中南大學成立了碳化矽纖維復合 材料研究所，2022 年湖南省批准設立湖南碳化矽纖維研究院有限公司，推動碳化矽纖維產業化。創始人、首席科學家黃小忠教授為中南大學博導、中南大學碳化矽纖維複合材料研究所所長。
湖南澤睿依託碳化矽纖維及其 複合材料湖南省工程實驗室、湖南省摻雜碳化矽纖維工程技術研究中心兩個省級科研平台，實現了碳化矽纖維 產業化突破，建立了規模化生產基地。
先後突破摻雜碳化矽纖維的製備與產業化，完成了一代、二代、三代纖 維的技術攻關和批產，並於 2021 年 11 月完成 10 噸/年摻雜碳化矽纖維生產線建設，在建 20 噸 SiC 纖維產線。
2022 年 7 月，黃小忠帶領團隊首次攻克國內第三代碳化矽纖維研製和批產製備難關，研製出了在空氣中耐溫 1500℃，1 小時強度保留率 80%的連續纖維。澤睿積極推進低成本碳化矽纖維研製，將第三代碳化矽纖維降低 到 3.5 萬元/公斤，遠低於市場價 6.9 萬元/公斤。
澤睿新材在國內首次將碳化矽纖維價格降低至萬元以下。Zerafber® S20 和 Zerafber® S10 是兩款高性價比 摻雜碳化矽纖維，這兩款碳化矽纖維產品能夠在 800-1200℃的空氣中長時間使用，並在國內首次將碳化矽纖維 價格降低至萬元以下：Zerafber® S20 產品售價 8000 元/kg、Zerafber®S10 產品售價 6000 元/kg。
4.5 華秦科技：與上矽所強強聯合，瞄準航發 CMC 產業化
華秦科技主要從事特種功能材料，包括隱身材料、偽裝材料及防護材料的研發、生產和銷售。產品主要應 用於中國重大國防武器裝備如飛機、主戰坦克、艦船、導彈等的隱身、重要地面軍事目標的偽裝和各類裝備部 件的表面防護。公司亦圍繞航空發動機產業鏈、先進新材料產業領域持續進行業務佈局，開拓航空發動機零部 件加工、航空發動機用陶瓷基複合材料及聲學超構材料等業務或產品。
公司設立子公司上海瑞華晟，實施上矽所董紹明院士及其團隊的科技成果產業化，即“航空發動機用陶瓷基 複合材料及其結構件研發與產業化項目”。2023 年 7 月，公司與上海瑞聚祥企業管理諮詢合夥企業（有限合夥）、 江蘇圖南合金股份有限公司、眭越江，共同出資設立上海瑞華晟新材料有限公司，主營業務為航空發動機用陶 瓷基複合材料及其結構件的研發、生產、銷售，公司持股比例為 51.50%。
合資公司主要實施中國工程院院士董紹明先生及其團隊的科技成果產業化，即“航空發動機用陶瓷基複合材料及其結構件研發與產業化項目”，產品 應用主要包括發動機燃燒室火焰筒、渦輪外環、導向葉片、工作葉片、中心錐、噴管隔熱屏、調節片、密封片等航空發動機熱端部件。
董紹明為中國工程院院士，世界陶瓷科學院院士。現任上海矽酸鹽研究所學術委員會 主任，兼任中國空間科學學會常務理事和空間材料專業委員會主任委員、美國陶瓷學會工程陶瓷分會國際委員 會委員等。長期從事陶瓷基複合材料基礎科學、精確製造和工程應用技術研究，先後主持和完成國家重點研發 計畫、國家自然科學基金、中國科學院重點部署和委託研製等 30 余項研究課題和重要任務。目前，公司已經設 立完畢，正在積極開展項目前期建設工作，項目前期投資 3.72 億元。
4.6 楚江新材：產品包含特種纖維預製體、碳陶剎車盤以及熱工裝備
楚江新材專注於材料的研發與製造，致力成為極具競爭力的先進材料研發製造平台型公司，堅持先進銅基 材料和軍工碳材料的“雙輪驅動”的發展戰略。產品包括精密銅帶、銅導體材料、銅合金線材、精密特鋼、碳纖 維複合材料和特種熱工裝備及新材料等六大類。
公司依託子公司天鳥高新開展碳化矽纖維、氧化鋁纖維、氮化矽纖維等特種纖維的預製體業務。天鳥高新 是專業從事碳纖維、芳綸纖維、石英纖維、碳化矽纖維、氧化鋁纖維、氮化矽纖維等特種高性能纖維的應用研 究及開發，專業生產特種纖維織物、飛機碳剎車預製體、航天用碳/碳、碳/陶複合材料預製體的國家航空航天重 大工程配套企業。公司產品層間緻密、體積密度均勻、不易分層、整體穩定性好，是典型耐高溫、高承載結構/ 功能材料，廣泛應用於航空航天、國防軍工、太陽能、汽車、新能源汽車、軌道交通、無人機、風電等領域。
公司通過長期的技術積累，積累了碳纖維、石墨纖維、芳綸纖維、石英纖維、碳化矽纖維、氧化鋁纖維等 特種纖維、不同織物組織結構、系列厚度和幅寬、有機無機纖維混編等技術優勢，是國內生產特種纖維布品種 齊全、性價比優勢突出的企業之一。其碳化矽纖維、氧化鋁纖維編制物產品應用於國內航天航空高性能復合材 料的預研項目。2023 年，為滿足目前中國新型飛行器連續纖維增強陶瓷基複合材料用高性能氧化鋁纖維構件織 物的急需，公司正積極推進高性能氧化鋁纖維構件織物的研製項目。公司還在研究應用於新型飛行器的新型介 電材料異型結構仿形成型預製體，實現陶瓷基透波材料的新突破。
公司依託天鳥高新的子公司蕪湖天鳥佈局碳陶剎車盤業務。蕪湖天鳥為天鳥高新全資子公司，專業研發、 生產和銷售碳/碳、碳/陶複合材料製品，產品包括熱場複合材料，碳/碳、碳/陶剎車盤等，可應用於太陽能、半導 體、新能源汽車等領域。2022 年 3 月，天鳥高新首次對外公佈佈局碳陶剎車盤的計畫。2023 年，碳陶剎車盤產 品汽車主機廠合作進行研發試制。2023 年 3 月，蕪湖天鳥一期項目建成投產，完全達產後具備年產 400 噸熱場 複合材料和 2 萬片碳陶剎車盤的生產能力，為碳陶剎車盤的批次化生產奠定產能基礎。直至 2023 年底，公司的 碳陶剎車盤產品已經達到台架試驗階段。
子公司頂立科技的陶瓷基複合材料熱工裝備達到國際先進水平。頂立科技專注於特種熱工裝備及新材料的 研製、生產，產品包括碳陶熱工裝備、先進熱處理熱工裝備及粉冶環保熱工裝備等。其中，公司產品複合材料 製備熱工裝備主要是指用於碳基複合材料、陶瓷基複合材料、金屬基複合材料等複合材料原料及製品生產過程 所需的各類熱工裝備，包括但不限於沉積、浸漬、裂解、高溫處理、預氧化、碳化、石墨化、提純等熱工裝備。 熱工裝備是製備陶瓷基複合材料的關鍵裝備，發達國家在熱工裝備領域對中國實行嚴格的技術封鎖。頂立科技 在特種熱工裝備領域全面實現了從跟跑到並跑，部分產品領域實現了領跑、達到國際先進或領先水平，已發展 成為國內特種熱工裝備領域創新能力強、規模大、產品系列全、技術先進的領先企業。2023 年，公司碳基/陶瓷 基複合材料化學氣相沉積爐成功入選湖南省製造業單項冠軍產品。
4.7 西安鑫垚：依託西北工業大學，建設全國首個陶瓷基複合材料智能製造園區
西安鑫垚依託西北工業大學陶瓷基複合材料工程中心於 2011 年 3 月成立，是以推進張立同院士主持的國家 技術發明一等獎項目“耐高溫長壽命抗氧化陶瓷基複合材料及其應用技術”的產業化為目的的高新技術企業。 西安鑫垚牽頭籌建有國家發改委批覆、行業唯一的陶瓷基複合材料製造技術國家工程研究中心，設立有博士後 工作站和省市級院士工作站，具備軍工四證，通過了智慧財產權管理體系認證。公司圍繞航空發動機、航天發動 機、飛行器防熱結構、空間輕質結構、高性能剎車、核能利用、太陽能電子七大產業領域，為航空、航天、兵器、 高校院所及民企共 50 余家單位提供著可靠的技術、產品和服務。
西安鑫垚以西北工業大學超高溫結構複合材料國家級重點實驗室和自身牽頭建設的國家工程研究中心為技 術依託，形成了基礎研究、工程轉化、產業示範三個國家級平台。三個平台協同合作，形成了一條完整的科研 成果轉化鏈條：超高溫結構複合材料重點實驗室做早期技術研發，陶瓷基複合材料製造技術國家工程研究中心 做成果轉化，西安鑫垚負責提供產品量產，三者分工明確，共同推動陶瓷基複合材料發展。
西安鑫垚正在建設全國首個陶瓷基複合材料智能製造園區，預計達產後年產量 100 噸，年產值 20 億元。全 國首個陶瓷基複合材料智能製造園區與 2021 年 11 月 11 日在西安閻良區航空基地開工建設，園區佔地面積 302 畝，總投資約 20 億元，包括空天飛行器防熱構件製造中心、空天發動機熱結構件製造中心、高性能碳陶剎車構 建製造中心和陶瓷基複合材料創新研發中心，預計項目建成達產後，將實現年營業收入 20 億元，淨利潤約 4 億元，稅收近 7000 萬元，新增就業崗位 2000 人。
4.8 中航高科：中航復材全面佈局陶瓷基複合材料，優材百慕拓展碳陶剎車盤
中航高科主營業務分為“航空新材料”和“高端智能裝備”兩大類股，業務範圍涵蓋航空新材料、高端智 能裝備、軌道交通零部件等應用領域，擁有中航復材、優材百慕、航智裝備、萬通新材四家全資或控股子公司。 子公司中航復材開展了陶瓷基複合材料相關業務，優材百慕具備碳陶剎車盤技術儲備，尚待進入市場。
子公司中航復材設立超高溫複合材料研究室開展陶瓷基及碳基複合材料研究。超高溫複合材料研究室瞄準 國際先進材料發展趨勢，開拓陶瓷基及碳基複合材料專業方向，以陶瓷基及碳基複合材料構件製造工藝為核心， 從事超高溫領域材料研發、力學性能表徵評價、吸波及透波性能設計、服役工況下材料失效機理分析等研究。 研究室專業方向包括熱結構陶瓷基複合材料、高溫透波陶瓷基複合材料、雷達隱身陶瓷基複合材料、抗燒蝕陶 瓷基複合材料、炭/炭複合材料及熱防護塗層。
中航復材實現基於 PIP 工藝的陶瓷基材料熱端部件小批次生產，同時發展了其他工藝。經過多年的研究、 研發和應用積累，超高溫複合材料研究室以新型製備工藝、複雜構件成型技術、預製體快速緻密化工藝等研究 為特色，開展超高溫複合材料產品的預先研究及工程化研究。發展出了以先驅體浸漬裂解（PIP）工藝為特色的 自主智慧財產權工藝路線，具備陶瓷基複合材料熱端部件小批次生產能力。同時發展出化學氣相滲透（CVI）、液 態成型裂解（LCMP）等工程化製造技術，以及熔滲法（MI）、料漿法（Slurry）等多種陶瓷基及碳基複合材料 成型工藝。產品包括碳化矽纖維增強碳化矽陶瓷基複合材料、氮化物纖維增強氮化物陶瓷基複合材料、氧化鋁 纖維增強氧化鋁陶瓷基複合材料等。
優材百慕的前身是中國航空工業集團公司北京航空材料研究院的控股子公司—飛機剎車裝置廠，上世紀六、 七十年代，在國內率先開展了民航進口飛機用剎車裝置的國產化研製工作，至今已有近五十年的發展歷史，先 後完成了 33 個機型用剎車裝置零部件產品的國產化，是國內最大的民航進口飛機用剎車盤副的製造商和供應商 之一。公司目前剎車產品主要為鋼剎車盤、碳碳剎車盤，具備碳陶剎車盤技術儲備，尚待進入市場。
4.9 北摩高科：碳陶剎車盤已成功用於軍機
北摩高科主要從事軍民兩用航空航天飛行器、起落架著落系統及坦克裝甲車輛、高速列車等高端裝備剎車 制動產品的生產及銷售，主要產品包括剎車盤、飛機剎車控制系統及機輪、起落架和檢測試驗等，產品廣泛應 用於國防軍工、民用航空、高鐵等行業。
北摩高科在碳/碳、碳/陶複合材料方面技術沉澱已久，是國內首家掌握碳/碳複合材料從預製體編織技術到 快速沉積工藝並具有全部自主智慧財產權的企業，公司的碳/碳、碳/陶產品已經廣泛應用於航空航天重點軍工裝備， 具備高可靠性、高門檻的軍工產品品質。公司持續開展碳陶制動盤的研發和應用，已成功應用於軍用飛機。
2023 年 3 月，公司與索通發展股份有限公司簽署合作協議，共同開發碳/碳、碳/陶複合材料，佈局鋰電池 負極材料和電解鋁行業。在本次合作中，北摩高科主要負責碳/碳、碳/陶複合材料大型構件技術開發、生產製造。 碳/碳、碳/陶材料技術與負極材料領域具有高度融合性，與石墨材料相比，碳/碳、碳/陶複合材料具有強度更高、 承載能力更大、使用壽命更長的特點，有望逐步替代現有的石墨材料。碳/碳、碳/陶複合材料在負極材料及電解 行業等民品領域的應用，將有助於拓展北摩高科碳材料技術及產品在新領域的應用，打造“第二增長曲線”。
4.10 金博股份：長纖維碳陶制動盤已批產，短纖維碳陶制動盤價格顯著低於國 外產品
金博股份主要從事先進碳基複合材料及產品的研發、生產和銷售，服務於太陽能、半導體、交通、氫能、鋰 電等國家戰略性新興產業。主要產品包括碳/碳複合材料產品、碳/陶複合材料產品等，公司交通領域的產品包括 長纖碳陶制動盤、短纖碳陶制動盤、碳陶摩擦副整體解決方案。
2021 年 10 月 26 日，公司成立全資子公司金博碳陶，專注於碳/陶複合材料領域的技術研發、產品製備、 市場應用等。金博碳陶通過持續不斷的技術積累與原始創新，解決了碳/陶制動盤碳化矽耐磨塗層的製備難題， 實現了高性能碳/陶塗層制動盤的批次化製備；攻克了短纖模壓碳/陶制動盤製備技術，成功開發了短纖碳/陶制 動盤產品（KBC-S 系列）；推出了碳/陶摩擦副整體解決方案，打破了中國碳/陶制動系統被國外企業長期壟斷的 局面。
金博碳陶實現了碳/陶制動盤從產品設計、配方開發、生產製造到應用匹配的全產業鏈的批次化製備，可為 下游車企提供高性能碳/陶摩擦副整體解決方案。目前，公司已與多家車企開展碳/陶制動盤的研發和試制，並成 為多家新能源頭部車企及新勢力造車品牌車企的碳/陶制動盤定點供應商，長纖碳/陶制動盤系列產品已形成批 量供貨，並推出短纖碳/陶制動盤（KBC-S 系列），進一步豐富碳/陶制動盤產品體系。
公司短纖碳陶剎車盤的定價是 999 元，對比國外同行，價格降低了 90%。同時，金博股份和長華集團簽訂 戰略合作協議，雙方將共同開拓碳陶剎車盤應用市場，打破國外供應商在該領域的壟斷。
公司已具備年產 40 萬盤碳/陶制動盤的產能，並可根據下游市場需求情況快速規劃、擴建產能。
4.11 天宜上佳：碳陶制動盤面向新能源車、高端乘用車、商用車以及特種車輛
天宜上佳致力於發展成為綠能新材料產品創新及產業化應用的平台型公司，主營業務已由高鐵粉末冶金閘片業務，拓展至太陽能新能源、汽車及航空航天等領域。在著力推動大交通和新能源領域碳陶新材料的產業化應 用過程中，目前已形成四大業務類股。
公司碳陶制動盤面向新能源車、高端乘用車、商用車以及特種車輛。天啟智和作為國內新能源車、商用車 及特種車輛的主機廠及系統整合商供應商，主要從事高性能碳陶制動盤的研發、生產和銷售，主要客戶為國內 生產新能源車、商用車及特種車輛的主機廠及系統供應商，主要產品為新能源車、高端乘用車、商用車及特種 車輛碳陶制動盤。
公司與多家車企開展合作，根據客戶技術輸入提供解決方案，全力推動碳陶制動產品產業化應用。公司已 與 20 余家汽車主機廠商及供應鏈客戶建立碳陶制動盤項目合作關係，獲得某頭部新能源車企重點車型碳陶盤 量產項目定點，已開始小批次、多批次樣件供貨；取得兩家車企合格供應商資格以及多家車企試制供應商資格； 公司已與兩家汽車主機廠簽署戰略合作協議，依託其品牌及平台，開展商用車、特種車輛高性能碳陶制動材料 核心部件研製開發工作，共同推進碳陶制動盤在商用汽車領域的應用。
地鐵和商用重卡碳陶制動盤正在試驗中。公司完成了陶瓷塗層碳陶制動盤開發，產品各項性能指標達到主 機廠要求。完成了地鐵碳陶制動盤以及配套襯片的開發，各項台架驗證試驗進行中。完成商用重卡用碳陶制動 盤及其配套襯片的開發，開展了各項台架測試以及主機廠裝車路試。
公司全力推動碳陶制動盤產業化建設，在四川江油產業園區加速佈局 15 萬套（60 萬盤）碳陶制動盤產線。 公司已完成四川江油產業園廠房建設，超大規格化學氣相沉積裝置已完成安裝偵錯並投入使用，部分預製體智 能針刺產線、連續滲矽產線、連續高溫產線已完成安裝偵錯，進入試制階段，江油碳陶制動盤產線建設穩步推 進中。此外，江油產業園 1:1 台架實驗室及理化實驗室已完成建設。
4.12 中天火箭：佈局 CMC 耐燒蝕部件，碳陶剎車盤實現小批交付
公司自成立以來主要從事小型固體火箭及其延伸產品的研發、生產和銷售，以固體火箭總體設計技術為依 托，公司形成了增雨防雹火箭、探空火箭、小型制導火箭等系列化小型固體火箭業務；以固體火箭高性能材料 技術為基礎，公司形成了炭/炭熱場材料及固體火箭發動機耐燒蝕元件等炭/炭複合材料業務；以固體火箭發動機 多參量動態測試技術為支撐，公司形成了智能計重系統以及測控類系統整合等業務。
公司研發的碳陶複合材料產品主要應用於航空航天領域用熱結構部件、太陽能用熱場材料、高溫裝置用先進 熱場材料、車輛用高性能剎車等應用領域。
子公司超碼科技的碳陶耐燒蝕部件產品包括 C/SiC 耐燒蝕部件、C/SiC-ZrC-TaC 耐燒部件和 SiC/SiC 耐燒蝕 結構件，其中：C/SiC 耐燒蝕部件主要用於航天火箭發動機的耐燒蝕系統，C/SiC-ZrC-TaC 耐燒部件主要用於臨 近空間飛行器和高超聲速飛行器的耐燒蝕系統，SiC/SiC 耐燒蝕結構件主要用於可重複使用的航天發動機和航空 發動機的熱防護系統。2021 年，公司開展低成本碳陶複合材料製品的研製，開展了低成本碳陶複合材料產品的 小批次試制。公司碳/陶項目完成某型號低成本首件產品交付，並開展地面熱試車試驗；某型號一體化燃燒室噴 管元件產品通過地面熱試車和飛行考核，為後續產品的研製奠定了技術基礎。
2023 年，公司開展長纖碳陶非涂層盤、長纖碳陶塗層盤兩大產品類型研製以及低成本製造碳陶剎車盤的研 究，截止 2023 年底，已完成兩大產品的方案設計、工藝試驗、試驗驗證，實現小批次交付應用，汽車用碳陶剎 車片產品與三個廠家開展台架檢驗。2024 年，公司計畫碳陶剎車盤項目與 1-2 個主機廠或制動系統代理商建立合作，實現碳陶剎車盤的小批次供應。在 2024 年開展的第 95 屆全國汽車配件交易會中，超碼科技展出的乘用 車碳陶非涂層剎車盤、碳陶塗層剎車盤，重卡用碳陶剎車盤等一系列制動產品，充分展示了超碼科技在制動領 域的產品創新。
4.13 博雲新材：無人機用碳陶剎車盤元件完成設計鑑定及項目驗收
公司主要從事航空機輪剎車系統及剎車材料、航天用碳/碳複合材料、高性能硬質合金和稀有金屬粉體材料 等產品的研發、生產與銷售，產品主要涉及航空、航天和民用工業等領域。公司的主導產品為軍用、民用飛機 剎車副及航天用碳/碳複合材料，產品已應用在波音-737 系列、波音-757 系列、空巴-320 系列、圖-154 和多種軍 用飛機以及多種型號火箭上。
公司較早開展碳陶剎車盤的研究，產品已應用於無人機領域。公司自 2017 年開展碳陶剎車盤元件的研製， 於 2018 年實現產品的定型，並繼續研發新型碳陶剎車材料研究項目。2021 年，公司無人機用碳陶剎車盤元件 研製項目完成階段性鑑定試驗，2022 年完成設計鑑定和項目驗收，推動形成碳陶材料剎車盤產品，擴展公司碳 基產品線，打開新的市場。
五、投資建議
陶瓷基複合材料高溫性能優異，可廣泛應用於航空航天、核電、汽車等領域，市場空間廣闊。整體來看，中國在剎車、飛行器防熱領域領跑，但在航空發動機領域還較為落後。對應到具體材料上來看，中國對於Cf/SiC的生產和應用處於國際先進水平，但是在SiCf/SiC 的生產與應用方面與國外仍有較大差距。生產方面，中國基本具備完善的SiCf/SiC 產業鏈，最大的瓶頸在於SiC 纖維的生產，中國第三代SiC 纖維已實現技術突破，實驗室研發的產品與日本同類型產品水平相近，但是生產水平還尚未達到工業化生產規模，且價格較高；應用方面，中國對於航空發動機領域的SiCf/SiC 應用還處於驗證階段，尚未實現規模化工程應用。2024 年中國航發產業對陶瓷基複合材料的需求或已出現拐點，隨著相關企業的技術突破、生產成本的降低、應用成熟度的提高，中國航發領域CMC 增長潛力巨大。
SiCf/SiC 應用驗證階段對於上游原材料有較大需求，進入小批次交付以及批產階段後上游環節有望率先啟動。PCS 是生產碳化矽纖維和氮化矽纖維的先驅體，還是PIP 法製備CMC 的先驅體，需求量較大，碳化矽纖維和氮化矽纖維生產難度大，參與企業少，競爭格局較好。
隨著CMC 製備技術的最佳化、上游纖維成本的降低、應用成熟度的提高，中游CMC 零部件製造企業有望迎來高速發展期。 (材料匯)