碳陶刹车盘电动智能化执行终端蓝海市场广阔

1、一、碳陶刹车盘性能优势明显、发展前景广阔1、刹车盘是刹车系统核心部件，材料对性能影响较大汽车制动系统是汽车的关键部件，刹车片与刹车盘组成一对摩擦副，通过刹车片对偶件制动达到制动功能。汽车制动系统是指为了在技术上保证汽车的安全行驶，提高汽车的平均速度等，而在汽车上安装制动装置专门的制动机构，因此汽车制动系统是汽车的关键部件之一。以盘式制动器为例，主要制动装置由制动盘、制动钳、摩擦片、分泵、油管等部分构成，制动盘是盘式制动器的摩擦偶件，在汽车在行驶过程中，制动盘会跟着轮胎一起转动，通过制动卡钳来夹住制动盘，起到减速或者停车的作用。而刹车片是则是安装在制动卡钳内的摩擦片，车主在进行急刹车时，刹车片就

2、会被挤压到制动盘上，制造出摩擦力，从达到而使车辆减速的目的。刹车制动部件是机动设备与车辆最主要的安全部件之一，汽车刹车系统的优劣，直接决定着汽车驾乘人员的安全系数，提高安全性能、减少环境污染和噪音污染、延长使用寿命是刹车材料发展的大趋势。 图 1：汽车刹车系统示意图 图 2：碳陶刹车盘构造示意图 Brembo 公众号 深圳勒迈科技， 汽车和高速列车等现代交通工具的刹车材料经历了从石棉材料、半金属材料、粉末冶金材料到碳碳复合材料和碳陶复合材料的发展。在各类刹车材料中，优良导热性、稳定摩擦系数、耐高温抗冲击、耐磨减磨、质量轻便是制动闸片的重要发展方向，是抢占未来发展制高点的重点。碳陶复合刹车材料是

3、 20 世纪 90 年代发展起来的一种以高强度碳纤维为增强体，以热解碳、碳化硅（SiC）等为基体的多相复合刹车材料，是在碳/碳复合刹车材料的基础上，引入具有优异抗氧化性能的碳化硅（SiC）陶瓷硬质材料作为基体的一种刹车材料，既保持了碳/碳复合刹车材料密度低、耐高温的优点，又克服了碳/碳刹车材料静摩擦系数低、湿态衰减大、摩擦寿命不足及环境适应性差等缺点，成为新一代刹车材料，在汽车和高速列车等现代交通工具的刹车制动领域具有广阔的应用前景。表 1：高性能刹车材料发展史时期材料使用现状第一代20 世纪 70 年代中前期石棉材料环境污染（已淘汰）第二代20 世纪 70 年代至 90 年代半金属材料已发展

4、为少金属材料第三代20 世纪 90 年代后粉末冶金材料在高速列车、飞机上广泛使用第四代20 世纪 90 年代后碳碳复合材料在飞机上广泛使用第五代21 世纪开始碳陶复合材料在国外广泛使用，国内飞机开始使用资料来源：顶立科技公众号、主流刹车材料主要有三类：金属基刹车盘、碳碳材料刹车盘和碳陶刹车盘。目前广泛用于高速列车、汽车和飞机上的刹车材料主要是粉末冶金和碳碳复合材料。然而，粉末冶金刹车材料存在高温容易粘结、摩擦性能易衰退、高温强度下降显著、抗热震能力差、使用寿命短等缺点；而碳碳刹车材料存在静态和湿态摩擦系数低（湿态相对干态衰减约50%）、热库体积大、生产周期长（约 1200h）及生产成本高等问题

5、，制约了其进一步发展及应用。碳陶刹车盘结合了碳纤维和多晶碳化硅这两者的物理特性。同时由于较轻的重量、良好的硬度、高压和高温条件下的稳定性、抗热冲击性和同韧性剪切断裂特性等特点不但延长了刹车盘的使用寿命，并且避免了因负载而产生的所有问题。表 2：各类高性能刹车材料对比刹车材料优点缺点材料导热性差，高温下磨损率急剧合金材料重量轻，摩擦系数稳定性较好，生产周期短、成本较低，工艺较成熟导热性好、摩擦系数稳定，适用各种粉末冶金材料工况，生产周期短、成本较低，工艺较成熟增加，甚至导致热裂；在潮湿状态下摩擦系数大幅下降，受天气影响大重量较高，摩擦系数在高温下有一定的衰减碳碳复合材料质轻、磨损率低、耐高温高温

6、易氧化，湿态下系数衰减明显，生产成本高碳陶复合材料其抗高温氧化、潮湿状态摩擦系数稳定，摩擦系数稳定性好大批量生产工艺复杂、难度大、周期长，成本很高资料来源：碳陶刹车盘-制动材料的新时代、天宜上佳招股书、碳陶刹车盘性能明显优于普通灰铸铁刹车盘，但成本为其短板。目前广泛使用的制动盘材料主要有普通铸铁、低合金铸铁、普通铸钢、特殊合金铸钢、低合金锻钢及铸铁一铸钢(锻钢)复合材料等，铸铁材料的使用较为广泛。铸铁材料存在者制造周期长、导热性差和易产生热裂纹等不足，因此碳碳和碳陶复合材料为刹车材料的发展方向。碳碳复合材料由于成本高，目前主要用于飞机制动器，随着近年来高速铁路的发展，国内外科技工作者开始研制开

7、发用于高速铁路的碳陶复合材料摩擦副，碳陶复合材料是一种国际上重点开发的摩擦副材料，我国也已经处于起步阶段，碳陶刹车盘未来降本空间较大，有望成为刹车产品的主要发展方向。表 3：碳陶刹车盘与传统刹车盘主要参数对比参数碳陶刹车盘灰铸铁制动盘提速快，同款同车条件下，提速快 30%较慢舒适度高，方向盘操控灵巧，车身震动小低制动距离短，碳陶制动距离为 30m长，常规车辆制动距离为 42m热衰退无，具备抗热衰退特点，碳陶材质耐高温可达到 1750以上热胀冷缩龟裂等现象。耐腐蚀强，不含金属，不会生锈弱，遇到酸碱性环境，会生锈重量轻较重使用寿命长达 30 万公里一般为 10 万公里在 2000以下不会产生任何热

8、胀冷缩严重在 900高温中，会发生熔融、粘结、变形、价格Model S Plaid 车型的碳陶瓷刹车套件成本已达 2 万美元几百元不等资料来源：公司数据、2、碳陶刹车盘优势较为明显，最早应用于豪华汽车碳陶复合材料是由碳纤维的三维毡体或编织体作为增强骨架，碳与碳化硅陶瓷连续基体的一类新型复合材料。碳纤维 的作用是提高材料的机械强度并为材料提供技术应用中所需的断裂韧度，主要基体成分碳化硅决定着复合材料的硬度，陶瓷复合材料的同韧性剪切断裂特性为其抗高热负载和机械负载性能提供了保障。因此，碳纤维增强碳化硅材料完美结合了碳纤维增强碳( C /C) 和多晶碳化硅陶瓷这两者的物理特性。碳陶复合材料的拉断伸长

9、率从 0.1%0.3%不等，这对于陶瓷材料而言是极高的数值。正因为具有这些特征，碳纤维增强碳化硅才成为高性能刹车制动系统的首选材料。尤其是较轻的重量、良好的硬度、高压和高温条件下的稳定性、抗热冲击性和同韧性剪切断裂特性等特点延长了碳陶刹车片的使用寿命，并避免了传统灰铸铁刹车片因负载而产生的所有问题。图 3：碳陶复合材料的构成碳陶刹车盘-制动材料的新时代、碳陶刹车非常适合用于对刹车性能要求较高的交通工具，最早应用于超跑轿车。因为具有高温稳定性、高导热性、高比热等特点，相对于钢制刹车，碳陶刹车的优势明显：例如更长的使用寿命（长达 30W 公里）、更强的制动性能（耐高温）、更轻的重量（同等尺寸下重量

10、比传统刹车碟要轻一半以上）等。这种复合材料的刹车自 1970 年诞生代以来一直用于航空航天，最早应用于 F16 战机，以减少在航母上降落的刹车热衰退问题，后来十九世纪八十年代开始，碳陶刹车也在赛车项目中发展起来。直到 2001 年，碳陶刹车才被用于量产的民用上跑车，第一款采用了碳陶瓷刹车的量产车保时捷 911 GT2，其在干湿路面的性能以及重量、舒适性、耐腐蚀性、使用寿命和赛道性能等方面都具有非常多的优势。其他知名品牌汽车也陆续开始通过采用这一创新型刹车技术来提高车辆安全性并改善踏板舒适度，其中包括 Mercedes-Benz 的 CL55AMG、奥迪 W12&S8、宾利、布加迪和兰博基尼等跑

11、车与豪华汽车 图 4：保时捷 911 GT2 图 5：保时捷 911GT2 刹车 车网联盟 车网联盟 碳/陶复合材料的主要基体成分碳化硅具有耐高温、高强度、抗氧化、耐腐蚀、耐冲击的优点，碳陶盘相对于普通刹车盘优势明显。首先，更轻的刹车盘就意味着底盘下质量减轻，这令悬挂系统的反应更为迅速，因而能够提升车辆整体的操控水平。第二，普通的刹车碟容易在全力制动下因高热产生热衰退，而陶瓷刹车盘能有效而稳定的抵抗热衰退，其耐热效果比普通刹车盘高出许多倍，第三，陶瓷碟在制动最初阶段就立刻能产生最大的刹车力，因此甚至无需刹车辅助增加系统，而整体制动比传统刹车系统更快、距离更短。第四，为了抵抗高热，在制动活塞与刹

12、车衬块之间有陶瓷来隔热，陶瓷刹车碟有非凡的耐用性。最后，尽管陶瓷刹车盘的刹车性能十分优异，但是它的价格却十分昂贵，如保时捷和奥迪的高性能跑车上的选装价格都在 10 万元以上。序号优势描述1轻量化悬挂系统以下每减 1kg，相当于悬挂系统以上减少 5kg 的效果，以 380mm 一对碳陶刹车盘重量为 12kg，而一对 380mm 灰铸铁制动盘为 32kg 为例，悬挂以下减少 20kg，相当于悬挂系统2提速快以上减少 100kg 重量效果，新能源电动车可以大幅提高续航里程。同款同车条件下，使用碳陶刹车系统提速快 30%，表 4：碳陶刹车盘优势总结序号优势描述3制动距离短同款同车条件下，100km 到

13、 0km，常规车辆制动距离为 42m，碳陶制动距离为 30m，缩短距4舒适度提高离约 35%，大大降低意外事故风险。当悬挂系统以下减轻重量，其优势是方向盘操控灵巧，车身震动小。当遇到颠簸不平路段，即使簧下震动频率增加，而振幅减小明显，随之舒适度大幅提高。5无热衰退普通的刹车碟容易在全力制动下因高热产生热衰退，而陶瓷刹车碟能有效而稳定地抵抗热衰退，6无热胀冷缩其耐热效果比普通刹车盘高出许多倍，碳陶材质能满足 1650高温使用，摩擦系数不降反升。频繁刹车条件下，灰铸铁刹车盘在 900高温中，材质会发生熔融粘结、变形、龟裂等现象，7节能环保而碳陶刹车盘耐高温、稳定性好，在 2000以下不会产生任何热

14、胀冷缩。按照相关汽车厂商公布数据，车身减重 100kg 节约能耗 10%，且碳陶刹车盘在刹车时落下的极少粉尘对环境无污染。8噪音小碳陶刹车系统刹车时无噪音，其内含有石墨碳能够更好的起到润滑作用。9不生锈碳陶材料中不含金属，不会生锈，常规灰铸铁刹车盘遇到酸碱性环境，会生锈。10耐腐蚀碳元素为惰性元素，遇到酸碱性环境不会被腐蚀。资料来源：勒迈科技公众号、金博股份招股书、碳陶制动盘与碳陶刹车片组成的制动对偶较有发展前景。根据国际、国内研究进展，动车组碳陶摩擦副最优的匹配形式为：“碳陶复合材料制动盘+粉末冶金闸片”。这种匹配形式在制动速度提升、减重、延长摩擦副寿命方面具有较好效果。山东大学一研究团队通

15、过实验来筛选最优的刹车盘和刹车片组合，通过实验发现碳陶盘和碳陶刹车片、粉末冶金刹车片配副均显示出较好的效果，其中，碳陶制动盘与碳陶刹车片组成的制动对偶，摩擦系数较高，摩擦磨损情况较其它组合好，碳陶材料作为汽车刹车副具有广阔的发展前景。从实验详细过程来看：由目前轿车采用的半金属型、低金属型、陶瓷型刹车片以及碳纤与钢纤混杂纤维刹车片与碳陶瓷盘对偶，均存在磨损较大的现象，而且陶瓷型刹车片与碳陶对偶制动时的摩擦系数太低，均不能与碳陶盘组成良好对偶；碳陶片与铸铁盘组成对偶时，碳陶片对铸铁盘有攻击，造成铸铁盘划伤，该组合需要改进；炭陶盘与粉末冶金片组成对偶时，摩擦系数尚可，但由于选用的刹车片尺寸较小，刹车

16、结构也存在较多不合理，但是粉末冶金片表现出可以与炭陶盘组成对偶的潜质。在噪音方面，受制动器的制动结构影响，制动时有时出现摩擦声音较大，而且后盘对偶摩擦系数偏高；前盘刹车片尺寸较大，盘与片的接触面积大，制动较为平稳，摩擦系数适中，无制动噪声。表 5：各类刹车组合性能测试结果刹车盘刹车片实验次数噪音描述磨损情况摩擦系数M09#8 次无噪音外片材料磨光，内片材料磨到一半0.21A 号碳陶（后）TD2C3 次无噪音外片材料磨到一半，内片磨损较轻0.12碳陶片10 次无噪音，声音大无明显磨损0.57M09#10 次无噪音有明显磨损，但磨损不大0.18B 号碳陶（后）TD2C10 次无噪音磨损很小，接触面

17、未完全磨到0.14碳陶片10 次无噪音，声音大无明显磨损0.56铸铁盘碳陶片3 次无噪音，声音大无明显磨损，制动盘有划伤0.47M06#3 次无噪音外片磨损一半多，内片磨损较轻0.327A 号碳陶（前）TD2C10 次无噪音内外片均磨损近 1/30.25碳陶片3 次无噪音无明显磨损0.396-0.365M06#5 次无噪音内片磨掉近 2/3，外片磨损较轻0.282-0.257B 号碳陶（前）TD2C10 次无噪音内外片均磨掉 2/3 多0.31碳陶片12 次无噪音，声音大无明显磨损0.413-0.378铸铁盘碳陶片12 次有噪音无明显磨损，制动盘有划伤0.382-0.321A 号碳陶（前）混杂

18、纤维刹车片2 次无噪音内外片磨耗均超过 2mm，内片重量损失 18g，外片重量损失 20g0.3A 号碳陶（前）LPB 粉末冶金片8 次无噪音平均厚度损失 0.09mm，制动盘磨损明显，磨损灰尘填满衬片开槽内0.387-0.171B 号碳陶（前）LPB 粉末冶金片8 次噪音大平均厚度损失 0.08mm，制动盘无明显磨损，衬片开槽内无灰尘0.242.0.221资料来源：炭_炭-碳化硅复合材料汽车刹车副的研究、注：M06：半金属型刹车片；M09：低金属型刹车片系列；TD2：陶瓷型刹车片3、重要的智能化执行器件，符合电动车“增配、高配”趋势使用碳陶刹车片能够显著提高响应速度，缩短制动距离，是线控制动

19、的最佳执行器件。当驾驶员将车辆的驾驶操控完全移交给自动驾驶车辆的车载计算机系统后，方向盘、油门和刹车，就都完全由电子信号控制了（之前是通过机械液压的方式），这就是所谓的“线控执行”。由于电信号传递快于机械连接，线控可为自动驾驶提供更高级别的安全守护。如常规制动系统响应时间为 300-500 毫秒，博世 ibooster 的响应时间为 120-150 毫秒，布雷博的线控制动系统响应时间只有 90 毫秒，线控制动距离相应缩短。大陆宣称在 30km/h 时启动行人保护时，MK C1 刹车距离能从 6.8 米减少为 4.1 米。因此使用碳陶刹车能够更显著提升智能汽车制动效率，提高智能驾驶安全性。图 6

20、：刹车盘是制动系统效率提升的重要执行部件资料来源：汽车之家、轻量化技术是未来汽车的重点发展方向。汽车零部件轻量化已经成为汽车节能减排最直接的解决方法之一。实验证明，汽车整车重量降低 10%，燃油效率可提高 6%8%；汽车整车质量每减少 100 公斤，百公里油耗可降低 0.30.6 升。此外，伴随着新能源汽车的迅速普及，电动汽车对于续航里程的要求也更加迫切，在智能化网联化的趋势下，电动车增配了大量智能化设备，芯片、雷达、高清摄像头以及数据传输的线束等，都给电动车的“体重”增加了不小的负担，运用轻量化材料可以降低自身车重，在提升电动汽车性能的同时，实现节能减排。表 6：汽车轻量化发展技术路线指标2

21、020 年2025 年2030 年车辆装备质量较 2015 年减重 10%较 2015 年减重 20%较 2015 年减重 35%高强度钢强度 600MPA 以上的第三代汽车钢应用比2000MPA 级以上钢AHSS 钢应用达到50%例达到自车身重量的30%材有一定比例运用铝合金单车用铝量达到单车用铝量超过单车用铝量超过190KG250KG350KG镁合金单车用镁量达到单车镁合金使用达到单车镁合金使用达15KG25KG到 45KG碳纤维增强复碳纤维有一定使用碳纤维使用量占车重碳纤维使用量占车合材料量，成本比 2015 年降2%，成本比上一阶段重 5%，成本比上一低 50%降低 50%阶段降低 5

22、0%资料来源：中国汽车工程学会，电动化及轻量化趋势下，碳陶盘能够达到减重效果，降低里程焦虑。新能源车与燃油车相比，虽然没有了发动机和变速箱，但是增加了电池组，重量相对于燃油车更重，因此新能源车减重任重道远，碳陶刹车能有效降低悬挂系统以下重量，能更好的地适配新能源车，降低里程焦虑。2021 年 11 月，特斯拉宣布将在 2022 年中期，为旗下最快量产车Model S Plaid 车型提供碳陶瓷刹车套件，该套装的成本已达 2 万美元，约合人民币 12.78 万元。超高的车速，加上电车本身较大的质量，普通的制动系统在极限状态下确实难堪重任，所以特斯拉准备给这款车换上尺寸更大的碳陶瓷刹车盘、锻造的对

23、向六活塞卡钳以及高性能制动片，并且四个轮子均采用碳陶盘，以实现最强的制动效果。特斯拉表示：Model S Plaid 碳陶瓷刹车套件专为终极赛道体验而设计，是一个完整的硬件套件，可在高性能驾驶期间提供最大、可重复的制动力。图 7：汽车质量与续航里程的关系 图 8：特斯拉将使用碳陶刹车套件 新华社、 特斯拉公告 减轻悬架系统以下质量事半功倍，碳陶刹车盘为减重关键部件。悬挂系统以下每减轻 1kg，相当于悬挂系统以上减少 5kg 的效果。一对 380mm 尺寸的碳陶盘同比灰铸铁制动盘的重量轻约 20kg，相当于在汽车悬挂系统达到了减重 100kg的效果。此外，丰田高端跑车雷克萨斯 RCF 曾通过 C

24、FRP 材料和碳陶制动盘进行多方面减重 70kg，其中 22kg 由碳陶刹车盘贡献，因此碳陶刹车盘为汽车减重的关键零部件。图 9：丰田雷克萨斯 RCF 跑车各环节减重占比31%52%10%4% 3%碳陶刹车盘尾管铝锻造隔墙、控制臂、进气歧管其他资料来源：汽车之家、4、技术、规模降本空间大，成本下降曲线陡峭目前阶段，碳/陶复合材料在刹车制动领域大规模应用的主要障碍为生产成本较高、大批量生产工艺复杂、难度大、周期长等。随着碳/陶复合材料制备技术的提升、规模效益的展现，预计碳/陶复合材料将在摩擦制动领域得到广泛的应用。乘用车碳陶制动盘依据碳纤维状态可以分为两大类，分别是短纤盘和长纤盘。短纤盘国外居多

25、，比较有代表性的是布雷博和西格里的 CCM 盘和 CCB 盘，其中 CCB 盘摩擦表面有一层耐磨的陶瓷涂层。长纤盘国内外均有，国外目前最顶级长纤盘是布雷博和西格里CCM-R 盘，可以满足普通使用和赛道使用。国内长纤盘，包括两种，一种是不带耐磨涂层的 C/C-SiC 盘，另外一种是带耐磨涂层的 P-C/C-SiC 盘。短纤盘的制备工艺主要是分为混料、模压成型、碳化、陶瓷化、去重装配。它的优点是制备周期比较短，仅需要一个月。因为是模压成型，所以原材料利用率非常高，综合成本比较低。但缺点也比较明显，即强度比较低，韧性比较差，在使用过程容易出现掉块、断裂和崩边的风险。长纤盘的制备首先是将连续碳纤维用针

26、刺法做成碳纤维预制件，然后用化学气相渗透法增碳做成碳碳多孔体，再通过熔融渗硅进行陶瓷化做成碳陶复合材料，最后经机加工成碳陶制动盘。特点是所制备出来的碳陶制动盘综合性能很好，缺点是制备周期比较长，整个工艺下来长达 2 个月，成本较高。图 10：长纤维碳陶刹车盘资料来源：金博股份公告、高成本限制了乘用车碳陶盘的推广和应用，目前国产碳陶盘应用主要集中在改装车这个领域。实现碳陶盘的低成本制备一般从以下 5 个维度着手：原材料，碳陶盘原材料成本大部分源自碳纤维，可以通过优化碳纤维的牌号和含量来实现原材料成本的降低。制备工艺，长纤盘制备周期长主要受限于热工艺，热工艺这块又包含CVI 增碳工艺和反应熔渗陶瓷

27、化工艺，可以通过开发多料柱限域CVI 工艺和快速熔融工艺来实现生产周期的大幅度降低至一个月以内。智能化，碳陶盘的加工不同于传统金属盘，陶瓷组分的存在使其加工难度大和加工效率低。目前国内碳陶盘的机械加工多为非智能化生产，通过智能化在线检测和生产可以大幅度提高生产效率，进一步降低成本。新工艺上和新方法，当前长纤盘预制体是从方板上面切割下来，这样会形成中间和四个角五块余料，导致整个原材料的利用率非常低。 可开发近尺寸预制体成型工艺，该工艺可以直接制备出环形坯体和通风散热结构，就可以大大提高原材料的利用率同时还可以减少制动盘的机械加工量，大幅度降低制备成本。能源价格，因为制备碳陶盘热工艺所需的温度高且

28、时间长，用电量是非常大的，所以如果能够争取到优惠的能源专项价格，对于碳陶盘的成本降低是非常有帮助。产品直接材料成本占比较低，存在较大技术、规模降本空间。以金博股份为例（公司全部产品系碳碳复合材料，成本结构代表性较强）。2021 年公司热场系列产品单吨成本为 37 万元/吨，较 2017 年的 46 万元/吨下降了 20%，2021年单吨制造费用为 11.40 万元，较 2017 年的 24.68 万元下降了 53.8%，技术降本显著，2021 年原材料成本占比为 52%，随着规模扩大、技术升级、自动化水平提升和碳纤维价格下降，产品的降本空间巨大。当前碳陶刹车片单片价格约 2500-3500 元

29、，对用 C 级及以上乘用车市场，我们预计 2025 年单片价值有望下降到 1000-1200 元左右，将下探到 B 级及以上乘用车市场。图 11：汽车刹车系统示意图 图 12：碳陶刹车盘构造示意图120%100%80%直接材料直接人工制造费用直接材料直接人工制造费用504024.6820.3517.9160%40%20%53%49%45%34%31%21%17%24%22%23%45%52%23%29%32%0%302011.141010.4409.3311.849.2212.9611.757.5115.7511.406.2719.1320172018201920202021201720182

30、01920202021金博股份公告 金博股份公告、 二、碳陶刹车盘未来市场空间大，增速高碳/陶复合材料刹车盘供应商主要包括意大利 Brembo、英国 SurfaceTransformsPlc、美国 Fusionbrakes 等，国内掌握高性能碳/陶复合材料刹车盘制备技术的企业较少，国产替代的空间较大。我们认为，以下因素可能推动碳陶推广：1、新能源车的发展，包括新势力在内的车企，在推出新能源车时，更积极地使用一些新技术。目前特斯拉和国内头部企业采用碳陶刹车盘技术，后续其他企业有望跟进。随着新能源车销量的提升，碳陶刹车盘技术有望得到推广。2、我们认为在碳陶的成本在初期较高，基本上用于性能车和高端车

31、，随着碳陶成本的下降，未来有望向 3040 万的价格带渗透，如果碳陶的单车成本可以降到 5000 元左右，有望向 2030 万元的价格带渗透。曾经在豪车上使用的产品和技术，近年来不断向更亲民的价格带渗透，包括空气悬架、HUD 等。3、消费升级和产品升级，从目前国内推出的新车来看，价格带普遍上移，我们认为，汽车价格结构向上迁移，有助于提高碳陶刹车盘的应用范围。4、碳陶刹车盘有助于在更短的距离内和和更短的时间内实现刹车，提高了自动驾驶执行端的相应能力。随着更多高自动驾驶级别的车辆推出，碳陶刹车盘有望得到更广泛的应用。表 7：国内汽车行业销量预测（万辆）2021 年占比2025 年占比2030 年占

32、比乘用车总销量 2077.1220025000-5 万元 89.44.3%442.00%251.00%5-10 万元 392.018.9%33015.00%27511.00%10-15 万元 641.930.9%61628.00%67527.00%15-20 万元 186.49.0%24211.00%27511.00%20-30 万元 528.825.5%61628.00%70028.00%30 万以上 238.511.5%35216.00%55022.00%商用车销量 483.2480500国内汽车行业销量 256026803000markline、汽车之家、注：2021 年乘用车销量为了对

33、应价格带，总销量与中汽协略有出入，此处重点以销量结构作为参考。目前碳陶刹车盘应用范围极小，2023 年有望是碳陶刹车盘推广的元年。我们测算 2025 年国内市场有望达到 78 亿元，2030 年国内市场规模有望超过 200 亿。取代原有的粉末冶金刹车盘，是这个行业的必然趋势：第一，碳纤维价格将逐步下降带动产品自身直接成本的下降；第二，随着产销规模的上升，工艺环节的优化，规模化经济将带来碳陶刹车盘成本的下降；第三，最求更安全的的驾驶体验将推动汽车行业产品的升级。简单测算，至 2025 年，传统粉末冶金刹车盘按照单车 1000 元价格、全球按照年销售 9000 万辆汽车计算，市场规模为 900 亿

34、元，国内接近 300 亿元市场。随着电动化进程加速，碳陶刹车盘的渗透率提升速度将有可能大幅度超出我们的预期。这是一个全新的市场，契合电动智能发展的大趋势，是 0-1 的突破。而对于汽车安全的考虑，一旦突破将成为汽车安全的卖点，发展速度有望超出我们预期，未来的整体市场销售收入将有望接近 2000-3000 亿元，而汽车零部件是中国汽车分工环节中优势所在，未来国内企业将有望这个领域取得更大的市场份额。表 8：碳陶刹车盘市场规模测算2025 年2030 年乘用车碳陶刹车盘渗透率0-5 万元0.00%0.00%5-10 万元0.00%0.00%10-15 万元0.00%0.00%15-20 万元0.0

35、0%0.00%20-30 万元2.00%15.00%30 万以上15.00%40.00%商用车碳陶刹车盘渗透率2%10%乘用车单车价值量（万元）1.00.5商用车单车价值（万元）1.80.8乘用车市场空间（亿元）65.1162.5商用车市场空间（亿元）13.040.0中国市场空间78.1202.5资料来源：中汽协、三、国外企业应用较早，国产替代空间较大行业属于蓝海市场，国产替代空间较大。受制于工艺复杂、生产难度大、生产周期长等多个壁垒，国内能够量产碳陶盘的企业较少。碳陶复合材料刹车盘供应商主要包括意大利 Brembo、英国 Surface Transforms Plc、美国 Fusionbra

36、kes 等，国内掌握高性能碳/陶复合材料刹车盘制备技术的企业较少，国产替代的空间较大。海外头部碳陶制动盘生产企业主要客户为高端跑车生产商，产品单价更高，以海外头部企业布雷博为例，单个碳陶盘的产品价格超过 10 万元人民币，而国产碳陶盘单车价值量约为 0.8-1.2 万元左右，具有极高性价比。随着国产企业在该领域技术不断突破，以及新能源车“增配、高配、智能化”趋势的不断演进，国产新能源汽车碳陶盘的渗透率有望不断提高。表 9：主要碳陶复合材料刹车盘制备企业及客户情况公司名称国家简介合作车企/车型Brembo意大利Brembo SGL 公司是由国际知名制动器制造企业意大利 Brembo 与国际知名碳

37、素企业西格里合资，专业设计、开发和制造由碳陶瓷材料制成的制动盘及制动系统法拉利、玛莎拉蒂、阿尔法罗密欧、阿斯顿马丁、克尔维特、日产、雷克萨斯、帕加尼、迈凯轮、大众、保时捷、奥迪、宾利、兰博基尼、布加迪和 AMGALCON英国该品牌 1984 年 在 英 国 斯 塔 褔 德郡 (STAFFORDSHIRE)创立，旗下除了生产专业制动系统外还有强化竞技离合器AUDI A4、TT，BMW 3 系(E46、E90)、MINI， HONDA雅 阁 (CL7) 、 CIVIC ， 三 菱 EVOLUTION(CT9A) ， NISSAN 350Z 、日产 SKYLINE，SUBARU IMPERZA(WR

38、X、STI)，大众 GOLF、BORA、速腾等Surface Transforms Plc英国Surface Transforms Plc 为知名汽车零部件供应商，可提供高性能碳陶刹车盘产品保时捷、奥迪、兰博基尼等奥迪 R8、RS4/5、保时捷 996 Turbo/GT 系列、Fusionbrakes美国Fusionbrakes 为知名汽车制动系统提供商，可提供高性能碳陶刹车盘产品997 Turbo/GT 系列及最新的 991 Turbo/GT 系列、GT-R、兰博基尼 Gallardo 等以金博股份为代表的 少数国内中国厂商少数国内企业（金博股份等）已掌握高性能碳陶刹车盘制备技术并形成产品，

39、目前处于汽车制造商验证阶段，有望实现进口替代国内公司汽车用碳/陶复合材料刹车盘已开发成功，处于市场拓展阶段，尚未在该领域实现营业收入。资料来源：金博股份公告、车网联盟、我国制动材料行业取得较大发展，国产碳陶刹车盘更具性价比优势。我国的制动材料行业在国际中一直处于相对落后的地位，主要是因为以前国内汽车行业产量少、车型品种单一，使得汽车行业发展缓慢，导致制动系统并无太大的改进。近年来，我国汽车制动材料行业已取得了较大的发展，正着力发展新型制动材料，大部分制动材料生产企业科研能力、研发水平、生产设备和工艺都在不断加强，使得制动材料产品质量逐渐提升，产品性能趋于稳定。Brembo：全球碳陶刹车系统龙头

40、布雷博陶瓷制动系统公司（Brembo Ceramic Brake Systems SpA）于 2003 年诞生，是布雷博与戴姆勒克莱斯勒集团共同创立的合资公司，之后戴姆勒从合资公司撤资，于是布雷博与 SGL 集团继续携手前行，双方在 2009 年 5月组建了布雷博 SGL 碳纤维陶瓷制动件公司（Brembo SGL Carbon Ceramic Brakes S.p.A.），其中双方各持 50股份。目前，布雷博 SGL 碳纤维陶瓷制动件公司有两家运营中心，一家位于斯泰扎诺的千米红墙科技园，另一家位于德国的迈廷根（Meitingen）。客户包括阿斯顿马丁、奥迪、宾利、布 加迪、戴姆勒、法拉利、通

41、用汽车、兰博基尼和保时捷，目前各大品牌原厂的碳陶刹车绝大多数都是 Brembo 代工的，Brembo 在碳陶刹车的产量上属于垄断地位。Brembo 的碳陶碟采用的是短纤编织法，相对于长纤编织，成本稍低加工速度稍快。Brembo SGL 旗下有两种陶瓷碟盘类型，分别为 CCB (Carbon Ceramic Brakes)与 CCM (Ceramic Composite Material)、CCM-R。CCB 就是具碳化硅(silicon carbide / SiC)表层的 CC 碟盘，另一种CCM 则无；CCM-R 是最高端产品，一整套含卡钳的价格约三万美金，特别针对于保时捷、兰博基尼、法拉利

42、等高端跑车定制。图 13：Brembo 市场及产品Brembo 官网、天宜上佳：国内高铁刹车材料（粉末冶金）龙头，定增扩产 15 万套碳陶刹车片产能公司为国内领先的高铁动车组用粉末冶金闸片供应商。公司自主研发、生产的高铁动车组用粉末冶金闸片已覆盖国铁集团下属全部 18 个铁路局。公司产品覆盖国内时速 160-350 公里动车组 32 个及交流传动机车车型，是持有 CRCC 核发的动车组闸片认证证书覆盖车型最多的国产厂商。公司在碳碳、碳陶复合材料研发也在积极推进。天力九陶在碳碳、碳陶复合材料方向拥有完整产品设计、研发、制造一体化能力和专业研发团队，具备高性能制动盘、大尺寸异形件的气相沉积、反应熔

43、渗、高温热处理、表面处理等加工能力，致力于耐高温高强轻质复合材料制品开发与制造，其主要产品应用领域包括航空航天、高铁、汽车等。公司在汽车碳陶制动盘研发过程中，实现对汽车碳陶制动盘结构技术革新，解决了多维长纤维编织碳陶盘表面纤维裸露的难题。表 10：天宜上佳 2022 年定增资金使用计划项目拟投资总额（亿元）拟用募集资金投资金额（亿元）项目概况高性能碳陶制动盘产业化建设项目碳碳材料制品预制体自动化智能编制产线建设项目15.413.2投产后产能达 15 万套/年，主要用于新能源汽车、中高端乘用车、商用车及特种车刹车制动系统43.5主要产品包括碳碳热场相关预制体及火箭发动机喉衬等，达产后碳碳材料制品

44、预制体年产能 5.5 万件补充流动资金项目6.5 6.5合计25.9 23.2资料来源：天宜上佳公告、金博股份：获广汽埃安定点，公司碳陶刹车材料加速进入批量供应阶段金博股份主要从事先进碳基复合材料产品的研发、生产和销售，现阶段聚焦于碳/碳复合材料。公司凭借技术优势在单晶拉制炉热场系统占据 30-40%的市场份额。2021 年 12 月 23 日，金博股份称其全资子公司金博碳陶与湖南湖大艾盛汽车技术开发有限公司签署战略合作协议，双方将共同推进高性能碳/陶复合刹车材料应用。湖南湖大艾盛汽车技术开发有限公司是国内领先的集汽车前沿理论与技术研究、整车与零部件研发、试验、试制、装备开发为一体的汽车科技公

45、司，与国内外 20 多家主机厂、科研院所开展了科研合作，成功研发、改型、优化车型超百款，积累了丰富的研发经验和汽车行业资源。2022 年 3 月，公司就碳陶刹车盘的设计和制造取得 IATF16949 质量管理体系认证，这标志着公司取得了进入汽车供应链的通行证。2022 年 4 月公司定向增发 8 亿元用于建设金博研究院，积极布局半导体、碳/陶复合刹车材料、氢燃料电池等多个领域，打造新材料平台。2022 年 6 月 6 日公司公告广汽埃安选定金博股份为碳陶制动盘的定点供应商，是金博股份在开拓碳陶刹车盘的重大突破。图 14：金博股份碳陶刹车盘拓展情况资料来源：公司公告、世鑫新材：高铁碳陶刹车为主，

46、布局汽车碳陶刹车湖南世鑫新材料有限公司，是中南大学鼓励优秀科研成果转化、转移而建立，集“产、学、研”为一体的国家高新技术企业。公司主要从事高速列车、城轨、地铁、磁浮列车，以及汽车、新能源、航空航天等领域用碳陶复合材料及其产品的研发、生产和销售。公司建设有国家工信部“高铁装备新材料产业与应用示范平台”，通过了质量管理体系ISO 9001:2015、轨道交通行业质量管理体系 ISO/TS 22163:2017、汽车零部件质量管理体系的 IATF：16949 等认证，具有中车高速列车、城轨地铁等车辆用碳陶复合材料产品研制、生产资质，碳陶制动盘/闸片产品供应和服务资质。图 15：世鑫新材主要产品资料来

47、源：公司官网、勒迈科技：国内领先的碳碳/碳陶刹车盘制造企业深圳勒迈科技成立于 2017 年 5 月，其前身为深圳市勒马制动科技有限公司（成立于 2011 年 1 月 21 日）。自 2011年成立之日起，公司专注于乘用车用碳纤维复合材料制动系统研发、生产、销售及售后服务等工作，主要销售往赛车及高端改装车等领域，成为中国及亚太地区第一家能够量产车用碳纤维复合材料制动系统产品（碳碳复合&碳陶复合）生产厂家。公司产品销售全球市场，且实现产品进入全球 F1 方程式赛车刹车系统产品供应商序列。2017 年 5 月 26 日，公司引入上市公司华伍股份战略合作及投资，并更名为深圳勒迈科技有限公司。LeMyt

48、h 碳陶刹车系统 GT 版，有效提升刹车性能和安全性能，满足车辆从街道到塞道的制动需求。道普安：国内较早布局碳陶刹车的企业山东道普已经获得汽车行业质量体系认证（TS16949）。道普安与国内外多所重点院校合作，专业从事摩擦制品的研究与开发，碳/碳、碳/陶制动系列产品已获专利成果 27 项，承担省级科研项目 2 项。产品具有轻质、高强、耐高温、耐磨损等优异性能，已成功应用于保时捷、玛莎拉蒂、法 拉利、宝马、奔驰等车型的改装。四、投资建议我们认为，当下在汽车行业处于电动化、智能化和汽车产品升级等的大背景下，对刹车系统性能要求逐渐提升，碳陶刹车盘相比之下具有较明显的功能优势，有望长期受益。随着碳陶刹

49、车盘行业规模的增加，成本快速下降将无需质疑，未来将有希望全面取代粉沫冶金刹车盘。国内企业具备相对成本优势，未来碳陶刹车盘将会形成千亿规模的重要产业，对于该细分行业领域，我们首次强烈推荐。目前金博股份（有色）与天宜上佳（机械）在该领域进展较快，相对于其现有业务收入体量来讲，碳陶刹车盘业务有更大空间，也具有非常不错的竞争格局。1、天宜上佳天宜上佳是国内领先的高铁动车组用粉末冶金闸片供应商，主要从事高铁动车组用粉末冶金闸片及机车、城轨车辆闸片、闸瓦系列产品的研发、生产和销售。公司持续专注于摩擦制动材料主营业务的同时，加大在碳基复合材料、树脂基碳纤维复合材料等领域研发投入，加大在大交通和新能源领域的技

50、术研发及产业化应用力度，旨在将产品体系从轨道交通单一产品领域扩大至大交通、新能源领域多品类产品，致力于发展成为绿能新材料创新产业化应用平台型公司，目前已形成粉末冶金闸片及合成闸片/闸瓦业务、碳基复合材料制品、树脂基碳纤维复合材料制品、航空大型结构件精密制造等业务板块。表 11：天宜上佳发展历程年份事件2009 年成立北京天宜上佳新材料有限公司2015 年成立北京科技大学-北京天宜上佳联合研发中心2016 年成立北京天宜上佳-西南交通大学联合研究中心2016 年完成公司改制，更名为北京天宜上佳新材料股份有限公司2017 年与北京理工大学联合成立新型复合材料技术联合研究中心2018 年更名为北京天

51、宜上佳高新材料股份有限公司2019 年登陆 A 股科创板资料来源：公司官网，不断开拓碳基复合材料业务，产品应用领域实现跨越式发展。天宜上佳以新材料为主线，致力于发展成为工业消费品新材料平台型公司，从粉末冶金到碳基复合材料，公司产品应用领域已从轨道交通延伸到了新能源、航空航天、国防装备等领域。未来，公司将围绕碳基复合材料应用领域不断进行业务开拓，打造公司第二增长曲线，实现跨越式发展。打造碳基业务第二增长曲线，营收增速明显。天宜上佳 2021 年实现营业收入 6.71 亿元，同比增加 61.68%，实现归母净利润 1.75 亿元，同比增长 53.05%；22Q1 实现营业收入 1.73 亿元，同比

52、增加 130%，实现归母净利润 0.34 亿元，同比增长 233.75%。公司近两年营业收入和归母净利润增速明显，主要因为公司碳基复合材料业务取得较大进展，实现过亿收入，同时，公司收购瑞合科技及新业务发展带动公司营业收入大幅度增长。图 16：天宜上佳营业收入（单位：亿元、%） 图 17：天宜上佳归母净利润（单位：亿元、%）营业收入增速87654321020162017201820192020202122Q1140%120%100%80%60%40%20%0%-20%-40%3.02.52.01.51.00.50.0归母净利润增速20162017201820192020202122Q1250%2

53、00%150%100%50%0%-50%-100% 公司公告、 公司公告 主营稳定增长，碳基业务实现突破。分产品来看，2021 年公司第一大主营业务粉末冶金闸片/闸瓦保持稳定盈利能力，营收占比为 62.87%，同比增长 1.90%；碳基复合材料制品实现技术突破与业务拓展，主要为公司在江油建立的碳基复材生产线所产生收入，营收占比为 21.18%，作为公司第二增长曲线的碳基复合材料收入带动了当期收入增长；航空大型结构件精密制造业务，切入军工领域协同效应初显，主要收入来源为子公司瑞合科技生产和受托加工飞机零部件及地面设施。图 18：天宜上佳分产品主营构成情况（单位：%）图 19：天宜上佳分地区主营构

54、成情况（单位：%）粉末冶金闸片合成闸片/闸瓦 碳基复合材料树脂基碳纤维复合材料制品航空大型结构件精密制造其他东部地区中部地区西部地区资料来源：公司公告，资料来源：公司公告，制动材料领域血统纯正，产品组合拳优势明显。天宜上佳专注在制动材料领域十余年，对于材料本身及产品应用等方面的研究有着深厚的积累；从产品品类来说，天宜上佳不仅做制动盘还做闸片，打的是摩擦副的组合拳。天宜上佳在碳陶材料方面的产品布局主要为汽车碳陶高性能制动盘以及与碳陶高性能制动盘配套的刹车片整体摩擦副系列产品，可用于新能源汽车领域，满足汽车轻量化应用。目前，公司已完成汽车碳陶制动盘及配套刹车片的设计与研发，单套盘片已按客户要求及行

55、业相关标准完成台架试验验证，试验结果显示产品性能优良可满足技术要求，部分指标优于进口产品。与北汽福田签订协议，拓展高性能碳陶制动盘市场。公司与北汽福田汽车股份有限公司签订战略合作协议，双方将共同设计开发商用车及特种车辆核心零部件，就制动材料轻量化、高性能、低成本作为重要发展方向，有助于天宜上佳未来在商用车及特种车辆领域打开高性能汽车碳陶制动产品销售市场。为把握碳陶制动盘/衬片在新能源汽车、商用车及特种车辆产业化应用市场先机，充分发挥公司在制动材料领域的技术优势和品牌影响力，公司已在江油产业园启动碳陶制动盘的产业化建设项目。图 20：天宜上佳碳陶汽车刹车盘资料来源：公司官网，通过台架试验验证，产

56、品优势明显。天宜上佳于 2016 年开始布局碳陶制动盘的研发，最初切入点是汽车和飞机的高性能碳陶制动盘。在持续专注于摩擦制动材料主营业务的同时，加大在碳基复合材料、树脂基碳纤维复合材料等领域研发投入。在碳陶制动盘的制备工艺上，公司与国内顶尖车企合作，经过持续的技术升级与优化，完成了全部的台架试验验证，试验结果显示产品性能优良，部分指标优于进口产品，使碳陶制动盘具有超高强度、优良的耐温性，同时大幅降低了生产周期及生产成本。该项目产品能够提升刹车稳定性、提高使用寿命、提升抗生锈腐蚀能力，可以满足包括新能源车、商用及特种车等多种车型的需求。新项目有助于巩固行业地位，提升公司竞争力。2020 年 7

57、月 29 日，公司第二届董事会第十五次会议、第二届监事会第七次会议审议通过了关于变更部分募集资金投资项目的议案，同意公司将原募投项目“时速 160 公里动力集中电动车组制动闸片研发及智能制造示范生产线项目”变更为“天宜上佳智慧交通数字科技产业园项目”。2021 年 9月 24 日，公司 2021 年第二次临时股东大会审议通过了关于变更募集资金投资项目的议案，同意公司将原募集资金投资项目“年产 60 万件轨道交通机车车辆制动闸片及闸瓦项目”变更为“年产 30 万件轨道交通车辆闸片/闸瓦、30 万套汽车刹车片、412.5 万套汽车配件项目”，新项目总投资为 14,645 万元，建设周期为 1 年，

58、投产期为 1 年，预计 2024 年达产。公司本次再融资项目，依旧紧紧围绕公司在碳基复材领域的战略布局，符合国家产业政策要求以及技术发展方向。新项目有助于巩固行业地位，提升公司竞争力。新募投项目通过将汽车制动盘与衬片匹配形成摩擦副产品，旨在建立汽车制动盘与衬片摩擦副、汽车配件组合销售体系，实现业务融合，进一步巩固天宜上佳在摩擦制动行业的领军地位。新项目的实施能够有效实现产线共用，提高设备利用率，形成规模效应，提升公司竞争力。提前布局碳陶产能建设，增强竞争优势。从粉末冶金材料到碳基复合材料，公司围绕绿能新材料打造第二增长曲线，搭建绿能新材料创新产业化应用平台。截至本报告披露日，公司在江油产业园二

59、期工程项目建设已启动，将继续围绕碳基复合材料在航空航天、汽车等领域的产品创新及产业化应用，包括“碳碳材料制品产线自动化及装备升级项目”、“碳碳材料制品预制体自动化智能编织产线建设项目”、“高性能碳陶制动盘产业化建设项目”等项目，随着二期项目的落地，将进一步提升公司整体业务的融合与互补性，增强公司整体竞争优势。其中，高性能碳陶制动盘产业化建设项目投产后实现 15 万套/年(60 万盘/年)，主要用于新能源汽车、高端乘用车、商用及特种车刹车制动系统。其中， 60%产能对应到高端新能源汽车。项目建设周期两年，第 5 年全部达产，2022 年内争取实现小批量供应。希望发挥天宜上佳在制动材料的技术创新优

60、势，把握制动材料升级机遇，提前布局产能。2、金博股份金博股份主要从事先进碳基复合材料及产品的研发、生产和销售，是一家具有自主研发能力和持续创新能力的高新技术企业。公司成立于 2005 年，自设立以来，依靠自主研发和持续创新，在先进碳基复合材料生产制备低成本化、产品品种多样化和装备设计自主化等方面取得了重大突破，掌握了先进碳基复合材料低成本制备核心技术并实现了批量产业化。公司先进碳基复合材料坩埚、导流筒、保温筒等产品在晶硅制造热场系统得到推广和应用，逐步对高纯等静压石墨产品进行进口替代及升级换代，整体技术及产业化能力处于行业领先水平。表 12：金博股份发展历程年份事件2006 年碳纤维预制体制备