碳基复合材料行业发展现状研究

碳基复合材料行业发展现状研究一、先进碳基复合材料行业概况先进碳基复合材料是指以碳纤维为增强体，以碳或碳化硅等为基体，以化学气相沉积或液相浸渍等工艺形成的复合材料，其中碳纤维是由聚丙烯腈、沥青或粘胶等有机母体纤维、在高温环境下裂解碳化形成碳主链结构、含碳量在90%以上的无机高分子纤维，具有出色的力学性能和化学稳定性，目前先进碳基复合材料被广泛应用到光伏、半导体、刹车制动等多个领域中。先进碳基复合材料主要包括碳/碳复合材料产品（碳纤维增强基体碳）、碳/陶复合材料产品（碳纤维增强碳化硅）等。碳/碳复合材料的制备方法因致密化工艺的不同可主要分为化学气相沉积法、液相浸渍法以及这两种方法的综合使用；碳/陶复合材料的制备方法主要包括先驱体转化法、化学气相沉积法和反应溶体浸渗法等。二、先进碳基复合材料行业发展现状碳/碳复合材料及产品，主要应用于光伏行业的晶硅制造热场系统。由于光伏行业降成本需求迫切，国内外针对热场系统主要有等静压石墨和碳基复合材料两种路线。光伏行业早期以及现阶段的一些中小硅片生产商，大多采用石墨材料构成的热场产品作为晶体生长炉炉体的保温材料，光伏用的碳/碳热场材料产品经过1800C-2000℃的高温热处理，具备良好的耐热冲击性，与石墨相比，性能更优异、寿命更长、综合性价比更高，目前已经被广泛应用于光伏晶体生产设备中。基于先进碳基复合材料优异的性能和性价比，能够促进光伏行业降低成本。目前碳/碳复合材料及产品在光伏行业晶硅制造热场系统中得到了批量应用，坩埚、导流筒、保温筒等产品逐步对高纯等静压石墨产品进行进口替代及升级换代。2010年至2019年期间，坩埚、导流筒、保温筒等产品渗透率逐年上升，其中坩埚的渗透率从低于10%上升至85%以上。三、先进碳基复合材料行业发展前景先进碳基复合材料及产品现阶段主要应用于单晶拉制炉、多晶铸锭炉热场系统。而单晶拉制炉，多晶铸锭炉被用于光伏和半导体晶硅制造。随着我国半导体行业和光伏行业的快速发展，碳基复合材料行业的发展前景广阔。在全球能源低碳转型以及光伏自身经济性的持续快速提升驱动下，光伏行业需求增长迅速，截止至2019年，全球光伏新增装机116.9GW,其中我国光伏新增装机30.1GW。2010年至2019年期间，我国硅片产量逐年递增，且持续保持两位数增长速度。截止至2019年，硅片产量达到135GW，同比增长了23.85%。先进碳基复合材料除了运用在半导体和光伏行业中，在制动领域、密封耐磨领域和耐腐蚀领域都有广阔的应用前景。四、先进碳基复合材料行业竞争格局目前先进碳基复合材料行业中的主要企业包括德国西格里集团、日本东洋碳素株式会社、我国金博股份、方大炭素和中天火箭旗下子公司西安超码。抗折强度、导热系数和灰分是先进碳基复合材料行业的主要产品坩埚、导流筒和保温筒中很重要的性能指标，据了解，金博股份的先进碳基复合材料坩埚抗折强度与西安超码产品标定值相当，但远高于西格里和东洋碳素等静压石墨材料坩埚的强度。坩埚产品尺寸越大、装料量越多，金博股份公司产品的高强度优势越明显；针对导流筒，金博股份公司先进碳基复合材料导流筒导热系数仅约为西安超码同类产品的1/2、西格里和东洋碳素石墨材料导流筒的约1/10，公司纯度等级Ⅲ级＜30ppm可满足半导体硅单晶生产要求，技术指标行业领先；保温筒方面，金博股份公司保温筒导热系数仅约为西安超码的1/2、东洋碳素的1/12，也处于行业领先水平。五、先进碳基复合材料行业发展趋势当前碳/碳复合材料研究的焦点主要集中在低成本制备、抗氧化、以及性能、结构的多样化等方面，其中，以高性能、低成本的碳/碳复合材料制备技术为研究的重点。改进制备碳/碳复合材料的生产工艺，研制低成本、高性能、大尺寸、复杂结构的碳/碳复合材料，是促进该材料产业化应用的关键，是目前碳/碳复合材料的主要发展趋势。碳/陶复合材料作为热防护材料和制动摩擦材料有着广泛应用。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，能满足1650℃高温使用，可用于航天飞机的热防护系统，冲压发动机、航天器推进室等部件和产品。在光伏和半导体领域，相比于现有纯碳基的热场部件，碳/陶复合材料具有更好的抗硅蒸汽腐蚀能力，大幅提高产品的使用寿命。我国从20世纪80年代开始对作为航空航天结构部件的碳/陶复合材料开展研究，并取得了较大进展；但作为制动摩擦材料，直