中國粉體網(wǎng)訊 軍工新材料為國防安全提供了保證，是高技術(shù)的先導(dǎo)和基礎(chǔ)。根據(jù)目前我國對于軍隊(duì)建設(shè)以及高端裝備更新的重視程度，隨著強(qiáng)軍政策不斷深化，“十四五”期間高端軍工材料有望迎來進(jìn)一步爆發(fā)。
一、軍工新材料
軍用新材料的種類較多，按其用途可分為結(jié)構(gòu)材料和功能材料兩大類。結(jié)構(gòu)材料主要用來做軍工裝備的承力構(gòu)件，典型的如飛機(jī)機(jī)身及艦船船體所用各類合金（高強(qiáng)合金鋼、鈦合金、鎂合金、鋁合金、鋁鋰合金等）、特種結(jié)構(gòu)陶瓷、復(fù)合材料（按基體分為金屬基、陶瓷基、聚合物基、炭基）、航空發(fā)動(dòng)機(jī)及燃?xì)廨啓C(jī)所用高溫合金等；功能材料主要用來實(shí)現(xiàn)非力學(xué)功能，如吸波隱身材料、紅外光學(xué)材料、耐磨材料等。
為實(shí)現(xiàn)“十四五”跨越式武器裝備建設(shè)，新一代航空主機(jī)性能將有望持續(xù)提升，整機(jī)質(zhì)量減輕、強(qiáng)度提升、推重比加大或?qū)⒊蔀橹攸c(diǎn)目標(biāo)，鈦合金、纖維、高溫合金等軍用新材料將為“跨越式武器裝備”提供基礎(chǔ)支撐。其中在碳纖維、陶瓷纖維等前沿領(lǐng)域，國內(nèi)能夠掌握核心技術(shù)和生產(chǎn)能力的廠商極少，稀缺性強(qiáng)。
圖片來源：天風(fēng)證券
根據(jù)中國軍網(wǎng)數(shù)據(jù)顯示，2020年我國國防預(yù)算達(dá)到12680億元，相比2018年增速為6.6%。目前我國軍費(fèi)支出水平穩(wěn)居全球第二，裝備費(fèi)占比達(dá)41.1%，占軍費(fèi)比例逐年擴(kuò)大，國家堅(jiān)定不移地走特色強(qiáng)軍之路將為我國軍工行業(yè)帶來高景氣度。據(jù)預(yù)測，軍工的增速在未來兩年呈現(xiàn)加速態(tài)勢，未來10到15年有望迎來了黃金時(shí)代。面對較好的市場前景，相關(guān)軍用纖維企業(yè)也應(yīng)“加速度”，搶灘布局。
二、碳纖維
碳纖維是一種碳含量在90%以上的高強(qiáng)度高模量纖維材料，具有密度低、質(zhì)量輕、強(qiáng)度大、耐高溫等特點(diǎn)，因其操作工藝復(fù)雜、生產(chǎn)成本高昂，是復(fù)合材料領(lǐng)域集大成之作，被譽(yù)為“黑色黃金”。
碳纖維在軍工領(lǐng)域的應(yīng)用
在火箭、導(dǎo)彈上的應(yīng)用
碳纖維憑借耐燒蝕和輕質(zhì)高強(qiáng)的特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于火箭的助推器、防護(hù)罩、發(fā)動(dòng)機(jī)罩和導(dǎo)彈殼體、發(fā)射筒等結(jié)構(gòu)。碳纖維復(fù)合材料可以減輕火箭和導(dǎo)彈的質(zhì)量，加大火箭和導(dǎo)彈的射程，提高落點(diǎn)的精度。
在軍用飛機(jī)上的應(yīng)用
碳纖維因其“輕而強(qiáng)”和“輕而硬”的特性，被廣泛應(yīng)用于戰(zhàn)斗機(jī)和直升機(jī)的機(jī)體、主翼、尾翼、剎車片及蒙皮等部位，起到了明顯的減重作用，大大提高了抗疲勞、耐腐蝕等性能。
在個(gè)體防護(hù)方面的應(yīng)用
碳纖維及其復(fù)合材料防彈盔甲質(zhì)量輕，導(dǎo)熱、散熱性好，能即時(shí)將子彈的沖擊能量迅速、快捷地分散到整個(gè)面積上，穿透層數(shù)少、凹陷度小，對身體有效防護(hù)。
軍事方面的其他應(yīng)用
高模量碳纖維質(zhì)輕、剛性，尺寸穩(wěn)定性和導(dǎo)熱性好，以高強(qiáng)高模碳纖維為增強(qiáng)體的復(fù)合材料在衛(wèi)星承力筒、桁架、夾層面板及電池板支架、太空站和天地往返運(yùn)輸系統(tǒng)上的一些關(guān)鍵部件上都得到了廣泛應(yīng)用，已成為“理想的天線結(jié)構(gòu)材料”。此外，還可用于碳纖維炸彈、軍用箱、壓力容器等。
碳纖維及復(fù)合材料在F35-A/B/C型戰(zhàn)斗機(jī)上的應(yīng)用
資料來源：Lockheed Martin，華安證券研究所
全球碳纖維市場：需求量以10%+的速度增長
全球碳纖維市場需求量長期持續(xù)增長，由2008年的3.6萬噸增長至2019年的10.4萬噸，CAGR10%，2016-2019年增速有所提升，保持在10%-12%之間，2019年同比增長12%。
全球碳纖維需求量持續(xù)提升（單位：千噸）
資料來源：2019全球碳纖維復(fù)合材料市場報(bào)告
2019年全球碳纖維市場為28.70億美元，同比增長11.64%。各應(yīng)用領(lǐng)域碳纖維價(jià)值總量方面，應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域的碳纖維由于要求較高，價(jià)值總量占比達(dá)到49%，平均單價(jià)達(dá)到約60美元/kg，均明顯高于其他領(lǐng)域。
2019年全球各應(yīng)用領(lǐng)域碳纖維價(jià)值總量及占比（單位：百萬美元）
資料來源：2019全球碳纖維復(fù)合材料市場報(bào)告
國內(nèi)碳纖維市場：近年需求量以20%+速度增長
國內(nèi)碳纖維市場需求量增長速度，由2008年的8200噸增長至2019年的37840噸，CAGR14.9%，2017-2019年同比保持20%以上增長，增速明顯高于全球平均水平。國內(nèi)2019年消費(fèi)的37840噸碳纖維中，國產(chǎn)產(chǎn)品為12000噸，仍有25840噸即總量的2/3以上的碳纖維需要進(jìn)口，國內(nèi)碳纖維市場規(guī)模達(dá)到8.24億美元，同比增長15.96%。
國內(nèi)碳纖維需求量持續(xù)提升（單位：噸）
資料來源：2019全球碳纖維復(fù)合材料市場報(bào)告
國內(nèi)市場國產(chǎn)碳纖維占比持續(xù)提升
資料來源：2019全球碳纖維復(fù)合材料市場報(bào)告
此外，國內(nèi)碳纖維復(fù)合材料市場，2019年市場總需求量5.82萬噸，同比上升22%，增速遠(yuǎn)超全球增速。各應(yīng)用領(lǐng)域碳纖維價(jià)值總量方面，用于航空航天的碳纖維復(fù)合材料單價(jià)較高，2019年約可達(dá)7000元/kg。因此從金額上，碳纖維復(fù)合材料航空航天領(lǐng)域的市場規(guī)模占較大比例，達(dá)到35%。
2019年國內(nèi)各應(yīng)用領(lǐng)域碳纖維復(fù)合材料價(jià)值總量及占比（單位：億元）
資料來源：2019全球碳纖維復(fù)合材料市場報(bào)告
全球競爭格局-寡頭壟斷
日美企業(yè)仍然占據(jù)了全球碳纖維大部分市場。東麗公司在收購卓爾泰克后，進(jìn)一步鞏固了其碳纖維霸主地位；歐洲SGL在汽車用碳纖維領(lǐng)域持續(xù)深耕；美國氰特、赫克賽爾依托于軍品訂單和技術(shù)積累，保持著領(lǐng)先優(yōu)勢。
全球碳纖維企業(yè)產(chǎn)能、產(chǎn)量對比
資料來源：全球碳纖維復(fù)合材料市場報(bào)告，華安證券研究所
國內(nèi)企業(yè)搶灘布局
近年來，我國碳纖維產(chǎn)業(yè)逐步走出低谷期，產(chǎn)能利用率不斷提高，國內(nèi)市場的進(jìn)口依賴度逐年下降。至2019年，進(jìn)口碳纖維占比下降至69%，預(yù)計(jì)到2025年進(jìn)口碳纖維占比將進(jìn)一步下降至55.9%。國內(nèi)碳纖維產(chǎn)業(yè)正從低谷期逐漸恢復(fù)，光威復(fù)材、中簡科技等優(yōu)秀的碳纖維生產(chǎn)企業(yè)以技術(shù)積累和創(chuàng)新為基礎(chǔ)，以穩(wěn)健的步伐進(jìn)行產(chǎn)能擴(kuò)張和市場開拓。
我國碳纖維生產(chǎn)企業(yè)產(chǎn)能及在建產(chǎn)能
資料來源：全球碳纖維復(fù)合材料市場報(bào)告，華安證券研究所
三、高性能陶瓷纖維
陶瓷纖維是纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料的增強(qiáng)體，對提高陶瓷基復(fù)合材料的強(qiáng)度和韌性起關(guān)鍵作用，高損傷容限和高強(qiáng)度陶瓷纖維是阻止裂紋擴(kuò)展實(shí)現(xiàn)陶瓷基復(fù)合材料強(qiáng)韌化的保障。
高性能陶瓷纖維在軍工領(lǐng)域的應(yīng)用
碳化硅纖維
連續(xù)碳化硅（SiC）纖維是一種具有較高抗拉強(qiáng)度、抗蠕變性能、耐高溫、抗氧化及與陶瓷基體良好相容性的陶瓷纖維，在航天、航空、兵器、船舶和核工業(yè)等高技術(shù)領(lǐng)域具有廣闊應(yīng)用前景。連續(xù)SiC纖維增韌的陶瓷基復(fù)合材料不僅比強(qiáng)度高、比模量高、熱穩(wěn)定性好，而且抗熱震沖擊能力強(qiáng)，可應(yīng)用于航天飛行器的頭部和機(jī)翼前緣，航空航天發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室噴管、整體導(dǎo)向器、整體渦輪、導(dǎo)向葉片、渦輪間過渡機(jī)匣、尾噴管等表面溫度高、氣動(dòng)載荷大的區(qū)域。
氮化硅纖維
連續(xù)Si3N4纖維是指由有機(jī)先驅(qū)體轉(zhuǎn)化法制備的以Si、N為主元素、同時(shí)含有C、O等雜質(zhì)元素的高性能連續(xù)陶瓷纖維。該纖維一般呈非晶態(tài)結(jié)構(gòu)，它保留了Si3N4陶瓷高強(qiáng)度、耐高溫、抗氧化、耐化學(xué)腐蝕等特性，是高溫結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的理想增強(qiáng)體。此外，它具有高溫電阻率高、導(dǎo)熱率低的特點(diǎn)，在高溫電絕緣、高溫隔熱等領(lǐng)域中也具有廣泛的應(yīng)用前景。有望替代石英纖維，用于制備新一代高馬赫數(shù)導(dǎo)彈天線罩。
氮化硼纖維
BN纖維由于其兼?zhèn)淞薆N陶瓷材料以及纖維材料所特有的優(yōu)異性能。目前開發(fā)的BN纖維的制品有連續(xù)BN纖維、短切BN纖維、BN纖維布、BN纖維氈等。利用這些制品制備的燒蝕防護(hù)材料、抗中子-電子和r射線絕緣介質(zhì)材料、耐熱和隔熱材料、高溫過濾材料、電器絕緣材料和纖維增強(qiáng)復(fù)合材料廣泛應(yīng)用于航空航天、核工業(yè)、軍工及新能源行業(yè)。
氧化鋁纖維
Al2O3陶瓷纖維具有表面活性高，機(jī)械強(qiáng)度高、彈性模量大、熱導(dǎo)率小、絕緣性好、抗化學(xué)侵蝕能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，是一種綜合性能優(yōu)良的工程材料，在工業(yè)及航空、航天領(lǐng)域中有著重要的作用。
氧化鋯纖維
在航空航天和軍事裝備工業(yè)方面，ZrO2纖維優(yōu)異的耐高溫性能是火箭和航天器理想的柔性隔熱材料；以ZrO2纖維為基體的隔膜是空間衛(wèi)星用鎳氫電池的核心部件，已在歐美的空間衛(wèi)星上普遍使用；ZrO2纖維增韌的陶瓷裝甲可以提高坦克、直升機(jī)等軍事裝備的抗打擊能力，提高其戰(zhàn)斗力。
相對而言，國內(nèi)SiC纖維的研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化稍微好一點(diǎn)。SiC纖維位于SiC/SiC陶瓷基復(fù)合材料的上游,是整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈至關(guān)重要的一環(huán)，世界上僅日本和美國能批量提供通用級和商品級的SiC纖維，也是巴黎統(tǒng)籌會禁運(yùn)軍事敏感物資。火炬電子目前的CASAS-300特種陶瓷材料以技術(shù)獨(dú)占許可的方式,掌握了“高性能特種陶瓷材料”產(chǎn)業(yè)化的一系列專有技術(shù),形成了“高性能特種陶瓷材料”的核心技術(shù),該技術(shù)屬國內(nèi)首創(chuàng),處于國內(nèi)、外同行業(yè)的領(lǐng)先水平。
四、石英纖維
石英纖維是由石英玻璃拉制而成的纖維，具有強(qiáng)度高、介電常數(shù)和介電損耗小、耐高溫、膨脹系數(shù)小、耐腐蝕、可設(shè)計(jì)性能好等一系列獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。
石英纖維的應(yīng)用包括：導(dǎo)彈、飛機(jī)、衛(wèi)星雷達(dá)罩；衛(wèi)星、軍艦天線；電磁窗（干擾、反干擾設(shè)備）隱身技術(shù)的結(jié)構(gòu)材料（飛行器、軍艦、潛艇）；高頻印刷電路板（便攜式電話科技、超級計(jì)算機(jī)）；各種高溫環(huán)境隔熱：飛行器發(fā)動(dòng)機(jī)環(huán)境，機(jī)身防火屏障，空間運(yùn)載火箭的熱防護(hù)，火箭推進(jìn)器的絕熱等；汽車玻璃制造工業(yè)；半導(dǎo)體工業(yè)的絕熱材料；高溫氣體過濾；高溫催化基材；絕熱保溫材料；取代硅酸鹽/石棉纖維；等等。
創(chuàng)建于1966年的湖北菲利華石英玻璃股份有限公司，是全球少數(shù)幾家具有石英纖維批量生產(chǎn)能力的制造商，也是中國航空航天等領(lǐng)域唯一的石英纖維供應(yīng)商。其產(chǎn)品包括石英纖維紗、超細(xì)石英纖維絲、定長石英纖維絲、石英纖維棉、石英纖維布等，產(chǎn)品廣泛用于機(jī)載雷達(dá)罩、航天器隔熱和耐高溫結(jié)構(gòu)上。
小結(jié)
在軍事裝備現(xiàn)代化、民用產(chǎn)品高性能化、生產(chǎn)過程標(biāo)準(zhǔn)化、技術(shù)進(jìn)步高速化發(fā)展的今天，高性能纖維，以及高性能纖維增強(qiáng)的復(fù)合材料已在各領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。隨著軍工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，碳纖維及其復(fù)合材料等覆蓋率和滲透率的不斷提升，以及自主能力建設(shè)和進(jìn)口替代的要求，軍工應(yīng)用需求保持穩(wěn)定增長。光威復(fù)材、中簡科技、中航高科、火炬電子、菲利華，以及鈦合金、高溫合金領(lǐng)域的寶鈦股份、西部超導(dǎo)、鋼研高納等企業(yè)應(yīng)發(fā)揮龍頭優(yōu)勢，積極布局，共促我國軍工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
參考資料：
李建利等.碳纖維及其復(fù)合材料在軍工領(lǐng)域的應(yīng)用
陳代榮等.連續(xù)陶瓷纖維的制備、結(jié)構(gòu)、性能和應(yīng)用：研究現(xiàn)狀及發(fā)展方向
華安證券.中國碳纖維行業(yè)領(lǐng)軍者
樂晴智庫.軍工新材料全景梳理
央視財(cái)經(jīng)、金融界、投資快報(bào)、國海證券、前瞻產(chǎn)業(yè)研究院、菲利華官網(wǎng)等
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/黑金）
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