先进碳基复合材料产业链上游为碳纤维，下游应用于包括光伏、半导体、真空热处理、航空航天、刹车制动、化学防腐蚀和密封领域。
上游方面
碳纤维是一种含碳量在90%以上的高强度、高模量的新型纤维材料，2015-2020年我国碳纤维需求量从16908吨增长到48851吨，近5年增长了2.5倍。2020年我国碳纤维需求量为4.89万吨，同比增长29.1%，占全球碳纤维需求量(10.69万吨)的45.7%。其中，2020年国内对于国产需求量占比为18450吨，占总需求量的37.8%。
2010-2020年，我国碳纤维总需求量中对于国产碳纤维的占比从4.8%提高到当前的37.8%。连续三年超过30%的高速增长，说明国产碳纤维的巨大进步。
2019-2021年3月，中国碳纤维产业中并购、扩产及投资发展火热。其中扩产几乎是每家主要碳纤维企业正在进行或正在策划的。其中，比较大型的扩产项目如下：
| 时间 |
公司 |
项目 |
投资金额 |
| 2019.02 |
中复神鹰 |
西宁2万吨碳纤维扩建项目，2020年已经完成其中4000吨 |
50亿元 |
| 2019.07 |
光威复材 |
与内蒙古包头九原区政府、丹麦维斯塔公司等签署协议，在包头建设万吨级碳纤维产业化项目 |
20亿元 |
| 2020.03 |
上海石化 |
建设2.4万吨原丝，1.2万吨大丝束碳纤维项目 |
35亿元 |
| 2020.11 |
常州新创碳谷 |
年产3.6万吨大丝束碳纤维及高性能碳纤维复合材料结构件，截至2020年仍在建设中 |
50亿元 |
| 2020.12 |
浙江龙游县政府/杭州超探新材料 |
1万吨高性能碳纤维及碳碳复合材料等项目 |
32亿元 |
| 2020.12 |
广东金辉碳纤维 |
计划在茂名滨海新区建设碳纤维原丝5万吨/年，碳纤维2万吨/年，碳纤维复合材料4万吨/年的生产基地 |
30亿元 |
| 2021.01 |
吉林化纤 |
在十四五期间完成20万吨原丝，6万吨碳纤维及1万吨复合材料建设 |
— |
| 2021.03 |
新疆隆炬新材料 |
建设年产5万吨碳纤维碳化项目，形成生产经营碳纤维原丝、碳纤维碳化、碳纤维、复合材料制品的新材料基地 |
60亿元 |
| 2021.03 |
国寿大成新材料 |
其科技产业园宣布总体规划为年产25,000吨原丝、10,000吨碳纤维、碳纤维织物及复合材料的研发和生产园 |
— |
中游方面
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。
碳/碳复合材料是制造高温热场部件和摩擦部件的最佳候选材料，被认为是21世纪最具潜力的高温结构材料之一。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。化学气相沉积法是制备高性能碳/碳复合材料的首选方法，被广泛用于碳/碳复合材料制品的工业化生产，但是该技术工艺时间长，因而生产成本高昂。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/陶复合材料是指由碳纤维作为增强体，碳化硅作为连续基体的一类新型复合材料，是公认的理想高温结构材料和摩擦材料之一。碳/陶复合材料作为热防护材料也有着广泛的应用。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°C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，在碳/碳复合材料表面形成涂层，能有效防护SiO、Si等对碳纤维的侵蚀，大幅提高产品的使用寿命。
|
|
碳/碳复合材料 |
碳/陶复合材料 |
| 定义 |
由碳纤维及其织物增强炭基体所形成的高性能复合材料。该材料具有比重轻、热膨胀系数低、耐高温、耐腐蚀、摩擦系数稳定、导热导电性能好等优良性能，是制造高温热场部件和摩擦部件的最佳候选材料，被认为是21世纪最具潜力的高温结构材料之一 |
指由碳纤维作为增强体，碳化硅作为连续基体的一类新型复合材料。碳/陶复合材料不仅具有高性能陶瓷的高强度、高模量、高硬度、耐冲击、抗氧化、耐高温、耐酸碱、热膨胀系数小、比重轻等优点，同时还克服了一般陶瓷材料的脆性大、功能单一等缺点，是公认的理想高温结构材料和摩擦材料之一 |
| 制备方法 |
化学气相沉积法：利用甲烷、丙烯等碳氢化合物在高温下热解产生的碳沉积在碳纤维预制体孔隙内，来实现碳纤维预制体的致密化，从而得到碳/碳复合材料 |
先驱体转化法：在一定的温度和压力下，将液态含硅有机化合物浸渗到多孔碳纤维预制体中或碳/碳复合材料的孔隙中，然后经过干燥和热处理，使先驱体发生热解并得到所需的碳化硅基体，从得到碳/陶复合材料 |
| 液相浸渍法：将碳纤维预制体浸入液态浸渍剂中，通过真空、加压等措施使浸渍剂渗入预制体的孔隙，再经固化、碳化、石墨化等一系列处理过程，最终得到碳/碳复合材料 |
化学气相沉积法：利用三氯甲基硅烷、四氯化硅等含硅的哟机务为前驱体，在高温下热解产生的碳化硅沉积在碳纤维预制体孔隙内或碳/碳复合材料的孔隙中，从而得到碳/陶复合材料 |
|
| 反应溶体浸渗法：在高温下降液态硅深入到碳纤维预制体中或碳/碳复合材料的孔隙中，从而得到碳/陶复合材料 |
目前，碳基复合材料在热场系统领域的集中度相对较高。截至目前，金博股份、西安超码、方大炭素、西格里、东洋碳素为五大供应商。
| 公司 |
经营情况 |
市场地位 |
技术实力 |
| 金博股份 |
主要从事先进碳基复合材料的研发、生产和销售，产品目前主要应用于晶硅制造热场系统；2020年营业收入4.26亿元；归母净利润为1.69亿元，2021年一季度营业收入2亿元，归母净利润0.77亿元 |
在光伏行业晶硅制造热场系统领域处于领导地位，正进一步扩展在半导体、高温热处理、密封、耐磨等领域的应用 |
在半导体、高温热处理、密封、耐磨等领域的应用单一碳源气体快速化学气相沉积技术处于行业领先地位，实现低成本、短周期、大批量制备先进碳基复合材料 |
| 西安超码 |
主要以固体火箭发动机高性能材料技术为基础，从事光伏热场材料及固体火箭发动机耐烧蚀组件等碳/碳复合材料业务；母公司中天火箭2020营业收入8.63亿元，归母净利润1.03亿元；2021年一季度营业收入2.15亿元，归母净利润0.49亿元。 |
国内光伏行业晶硅制造热场系统碳/碳复合材料的主要供应商之一 |
采用以丙烯为碳源、氮气为稀释气体的等温化学气相沉积工艺结合树脂低压浸渍炭化工艺 |
| 西格里 |
主导产品为特种石墨，产品应用领域包括汽车、航空航天、太阳能和风能行业，以及半导体、LED和锂离子电池制造等；2020年营业收入9.19亿欧元；2021年一季度营业收入2.42亿欧元 |
全球领先的特种石墨及复合材料制造商之一 |
拥有高纯度特种石墨制备关键技术 |
| 东洋碳素 |
主导产品为特种石墨，产品广泛应用于半导体、光伏、光纤、冶金、有色金属、家用电器、模具、石油、化工等行业；2020年营业收入312.26亿日元；2021年一季度营业收入82.88亿日元 |
世界上最大的等静压石墨的生产企业之一 |
拥有高纯度特种石墨制备关键技术 |
| 方大炭素 |
主要从事石墨及炭素制品、铁矿粉的生产与销售，主要产品有石墨电极、高炉炭砖、炭素新材料和炭素用原料；2020年营业收入35.39亿元，归属母公司净利润为5.47亿元；2021年一季度公司营业收入9.30亿元，归母净利润1.34亿元 |
国内具有代表性的碳素制造企业 |
拥有石墨及炭素制品制备关键技术 |
下游方面
目前半导体领域对于热场系统材料部件的纯度要求较光伏领域略高，除此之外，其他生产标准、技术门槛基本不存在差异。因此，先进碳基复合材料仅在光伏行业晶硅制造热场系统领域对其替代程度较高，而在半导体市场开拓拭目以待。
|
|
等静压石墨的主要应用场景 |
先进碳基复合材料对其替代情况 |
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| 行业 |
环节 |
应用 |
部件 |
是否可替代 |
目前替代程度 |
| 光伏行业 |
单晶生长 |
拉晶热场 |
坩埚、导流筒、板材、保温筒、电极等 |
是 |
高 |
| 多晶铸锭 |
铸锭热场 |
板材、紧固件 |
是 |
高 |
|
| 电池片生产 |
PEVCD涂层 |
石墨舟、晶片载板等 |
是 |
较高 |
|
| 半导体行业 |
晶体生长 |
拉晶 |
坩埚、导流筒、板材、保温筒、电极等 |
是 |
较低 |
| 蓝宝石单晶生长 |
加热器、保温筒等 |
是 |
较低 |
||
| 硅外延工艺 |
筒式、平板、单片式基座等 |
是 |
较低 |
||
| LED芯片生产 |
MOCVD反应器 |
基座/载盘、盖子、环等 |
是 |
较低 |
|
光伏领域
光伏产业市场空间广阔，进口替代等静压石墨进程顺利。光伏发电在很多国家已成为清洁、低碳、同时具有价格优势的能源形式。不仅在欧美日等发达地区，在中东、南美等地区国家也快速兴起。从全球来看，光伏发电成本不断下降，装机量不断上升。预计到2030年，光伏安装总成本将降至340-834美元/kWh，度电成本降至0.02-0.08美元/kWh，光伏总装机量达到2,480GW。
同时，我国也已将光伏产业列为国家战略性新兴产业之一。在政策指导和技术驱动的双重作用下，全国光伏产业进入快车道，光伏发电在全面迈入平价时代之后有望永久性的改变未来中国的能源格局。截至2020年末，我国光伏累计装机量为253GW。随着技术进步和成本的进一步降低，我国光伏市场前景广阔。
在光伏需求的带动下，全球和国内硅片产能预计持续扩张，拉动热场部件需求持续扩张。
| 年份 |
2010年 |
2016年 |
2020年 |
|||
| 产品 |
碳基复合材料 |
等静压石墨 |
碳基复合材料 |
等静压石墨 |
碳基复合材料 |
等静压石墨 |
| 坩埚 |
＜10 |
＞90 |
＞50 |
＜50 |
＞95 |
＜5 |
| 导流筒 |
＜10 |
＞90 |
＜30 |
＞70 |
＞60 |
＜40 |
| 保温筒 |
＜10 |
＞90 |
＜30 |
＞70 |
＞55 |
＜45 |
| 加热器 |
＜1 |
＞99 |
＜3 |
＞97 |
＜5 |
＞95 |
| 其他 |
＜5 |
＞95 |
＜20 |
＞80 |
＞40 |
＜60 |
半导体领域
半导体制造材料主要包括硅片、电子气体、光掩模、光刻胶配套化学品等，硅片是目前最重要的半导体材料，全球95%以上的半导体芯片和器件是用硅片作为基底功能材料而生产出来的。硅片大型化已成为当前发展的主流趋势，我国大尺寸硅片占比将将迅速提升，210硅片和182硅片占比在未来将会超过50%。
随着中国半导体制造技术的不断进步与半导体制造生产线投产，我国硅片产量从2011年的48GW增至2020年的161.3GW。随着大尺寸高功率产品将进入快速放量阶段，我国硅片产量规模将快速扩张。
行业分析报告是决策者了解行业信息、掌握行业现状、判断行业趋势的重要参考依据。随着国内外经济形势调整，未来我国各行业的发展都将进入新阶段，决策和判断也需要更加谨慎。在信息时代中谁掌握更多的行业信息，谁将在未来竞争和发展中处于更有利的位置。
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