雷火官方网站入口地址|竞技网站-官网平台
雷火官方网站入口地址 WUXI HUIHONG ELECTRONICS CO.,LTD
雷火官方竞技网站全国免费资询热线: 0510-8531178780018002

军工材料行业122页深度报告:异“材”秀出千林表(下)

发布时间:2022-09-21 01:48:54 来源:雷火官方竞技网站 作者:雷火官方官网平台

内容简介:  对于一些具有优异功能的先进材料,往往并没有办法以具体某种成分,类别属性进行区分,因此本篇 重点介...

  对于一些具有优异功能的先进材料,往往并没有办法以具体某种成分,类别属性进行区分,因此本篇 重点介绍一些应用前景较好的重点结构及功能材料,如隐身材料、先进陶瓷材料等。

  隐身技术是在一定的探测环境中,通过缩减、控制目标的各种特征信号,降低其可探测性,使其难以 被发现、跟踪、识别和攻击的综合性技术。隐身技术能有效地提高武器装备的生存、突防能力和作战效能。武器装备的隐身能力可以通过外形设计、使用隐身材料以及电子干扰等手段来实现。外形设计是通过武器 装备的外形设计尽量降低其雷达散射截面,但因受到战术技术指标和环境条件的限制,进行理想设计有相 当大的难度,因此隐身材料成为隐身技术的重要技术途径,隐身材料的研制和应用也成为评价一个国家隐 身技术先进性的主要指标。

  隐身材料的功能或者分类主要针对探测技术而言,可分为雷达隐身、红外隐身、可见光隐身、激光隐身、声隐身、磁隐身以及多频谱隐身等。对于目前的主要作战装备而言,重点是雷达隐身和红外隐身。

  雷达隐身材料主要用于对抗雷达探测系统,通过吸收电磁波能量,降低回波强度实现雷达隐身。雷达 隐身材料按照成型工艺分为涂覆型吸波材料和结构型吸波材料两类;按材料损耗机制,可分为磁介质型隐身材料、电阻型隐身材料和电介质型隐身材料三类;按吸收原理,可分为干涉型吸波材料和吸收型吸波材料等。

  红外隐身材料以降低目标表面红外辐射特征为目的,使得红外成像探测无法识别目标体。可通过两种 途径,一种是改变物体的红外辐射特性,即控制物体表面的发射率;另一种是改变物体的红外辐射强度, 即控制物体表面的温度。根据隐身原理不同,红外隐身材料可以分为低发射率红外隐身材料、控温材料和 光谱转换材料三类。低发射率红外隐身材料通过抑制目标表面发射率实现红外隐身;控温材料主要通过降 低目标表面的温度,从而降低红外辐射强度实现隐身;光谱转换材料主要是将目标 3~5μm、8~14μm 的 红外辐射转移到大气红外窗口之外被大气吸收,从而实现隐身。对于飞行器来说,主要是红外低发射率材料。

  多频谱隐身材料是在多频段、多手段探测技术发展背景下出现的新型隐身材料,顾名思义,多频谱隐 身材料具有多重隐身功能或宽频段隐身功能,常见的有雷达/红外兼容隐身、可见光/红外兼容隐身材料。随着探测技术的发展,对多频段兼容隐身材料的需求越来越迫切。

  隐身材料技术及隐身武器装备的发展历程大概分为三个发展阶段:起步阶段(20 世纪 70 年代以前)、 发展阶段(20 世纪 70 年代至 80 年代)以及成熟阶段(20 世纪 90 年代至今)。隐身技术与隐身材料的研究始于德国,发展在美国,并扩展到英国、法国、俄罗斯等军事先进国家。由于各种新型探测系统和精确 制导武器的相继问世,隐身兵器的重要性与日俱增,以美国为首的各军事强国都在积极进行研究并取得了 突破性进展。

  世界军事强国的武器装备隐身化呈现出从部分隐身到全隐身、从单一功能隐身到多功能隐身、从少数 武器装备隐身到实现多数主战兵器装备隐身的循序渐进的发展趋势,且隐身技术正向“多频谱、全方位、 全天候、智能化”的方向发展。目前隐身材料技术已经广泛应用在国防军工的各个装备领域。

  战斗机隐身化是当今战场电磁对抗的主流方向之一,尤其是隐身性能是新一代作战飞机的重要标志。这也大幅增加了目前全球新型战机建设中对隐身材料的需求。空中隐身作战已成为夺取制空权的重要手段。飞机的隐身性能对雷达和整个武器系统作战效能产生了致命影响。美国属于隐身技术发展相对领先的国家, 典型代表包括 F-117A 隐身攻击战斗机、F-22 战斗机、F-35 战斗机以及 B-2 隐身战略轰炸机。

  隐身飞机除了对机体有隐身要求外,对发动机更是提出了较高的隐身指标要求。而发动机后腔体及其 内部件和边缘等产生的雷达散射信号、后腔体及其热端部件和尾喷流等产生的红外辐射信号占整个飞机尾部方向特征信号的 95%以上。如果发动机不能实现后向的隐身,则隐身飞机无法实现全方位的隐身,其作战能力将大幅降低,因此,除了设计方面的隐身技术外,发动机隐身材料的应用也十分重要。F119(F22 战 斗机发动机)和 F135(F35 战斗机发动机)发动机采用了大量的隐身涂层,如红外隐身涂层、雷达吸波涂 层等。隐身材料的应用可以在不改变结构设计的前提下降低红外辐射和 RCS,但发动机高温、高气流冲刷和振动等环境使隐身涂层材料研制和应用产生困难。

  随着遥感探测技术和制导技术的飞速发展,导弹的突防受到了越来越严重的威胁。为了有效地提高导弹的生存能力和突防能力,以美国为首的各军事强国都在积极研究隐身技术,并取得了突破性进展,相继 研制出了各种类型的隐身导弹,其中隐身材料也得到了大量应用。导弹采用隐身技术后,其效能显著,主 要表现为:一是导弹的 RCS 显著减小。二是导弹突防能力得以提高,守方的防御难度增大。三是导弹进攻效费比大大提高。四是可显著提高电子战作战效能。目前,国外还在不断研究新的导弹吸波材料,如手性 吸波涂料、纳米吸波材料、导电高聚物吸波材料、多晶铁纤维吸波材料、耐高温吸波材料、智能型吸波材料等。

  隐身卫星或成为未来太空对抗中的重要技术方向。随着卫星技术迅猛发展,在轨卫星数量剧增,对于 军事战略而言,太空已成为新的战场,与制海权、制空权一样,制天权已成为目前发达国家军事战略中的 重要组成部分。欧美等发达国家的太空发展计划中,防御性对抗在整个攻防体系中发挥着重要作用,具有 隐身功能的卫星已经成为防御性对抗的重要组成部分。随着针对太空目标的探测识别和监视技术的不断发 展,卫星的安全和生存能力将面临严峻的挑战,为了降低在轨卫星的可探测性,增强对敌方探测和监视系 统的抵御能力,迫切需要在卫星上应用隐身技术。而这也将带动卫星隐身材料的研究与应用。

  相比较其他武器装备,卫星隐身材料的要求更高。卫星在轨飞行过程中,暴露在紫外线辐射以及高真 空度的极端环境下,要求隐身材料具备较强的耐空间环境能力。同时对隐身材料工作温度提出了较为严苛 的要求。此外,由于任务需求,要求隐身卫星具备长时间在轨潜伏的能力,且卫星上隐身材料的修补或更 换等工作极难展开,因而对卫星隐身材料提出了长寿命的需求。

  随着现代探测设备、核武器设备的发展,舰艇被命中的概率越来越大,其生存能力和作战效能受到严 重的威胁。为了加强水面舰艇的生存能力,舰艇隐身技术成为国外军舰防护技术发展的主流,各国均在加 紧发展舰艇的隐身技术,以降低被发现和命中的几率,隐身材料已经成为了提高舰艇隐身水平的关键,受 到了各国的广泛关注。目前各国现役和在研的水面战斗舰艇在雷达隐身技术方面的运用和突破,可大致将 各国舰艇由低到高划分为三级,即“次隐身舰”、“准隐身舰”和“隐身舰”。

  “次隐身舰”最大的技术标志是开始注重隐身外形隐身技术的运用,代表舰有美国海军“阿利·伯克” 级驱逐舰;“准隐身舰”在对平台采用外形隐身的同时,重点针对舰面设备开展了精细化的雷达波隐身设计,部 分舰艇还运用了雷达波隐身材料。代表舰有德国 F-123 型护卫舰和法国“拉菲特”护卫舰等,其中“拉菲 特”护卫舰采用的吸波材料为木材和玻璃纤维复合材料,硬度与钢材相当,但质轻、耐火;

  “隐身舰”则运用了射频集成技术,常规水面舰艇上的各类天线等构件对全舰 RCS 的贡献程度占比近 40%,而由于功能性要求,各类天线的隐身整形和综合集成的技术难度相当大,目前该类舰船现役的只有三 型,即瑞典的“维斯比”轻型护卫舰、美国的 LPD-17 型两栖舰和 DDG1000 驱逐舰,其中 LPD-17 型两栖舰采用的综合集成桅杆其结构由先进的复合材料构成,表面采用了在复合层板内嵌入具有选频透波功能的滤 波材料。

  隐身材料是具有隐身功能材料的一种统称,产业链上游主要是相关原材料,如靶材、粉体、树脂、纤 维、合金及试剂等,中游为隐身材料的制备商,下游为具体的应用领域,主要还是国防军工的武器装备方 面。

  不同隐身材料工艺也大不相同。从两种主要成型工艺的隐身材料(隐身涂层材料和结构隐身材料)来 看:隐身涂层材料的主要工艺包括物理涂覆、化学镀、物理气相沉积、热喷涂和溶胶-凝胶技术等。

  结构隐身材料相当于将一些隐身吸收剂分散在一些纤维增强的复材中,形成新的隐身复合材料,因此 工艺基本与纤维增强复合材料相同,可以分为树脂基结构隐身材料和陶瓷基结构隐身材料等,其中树脂基 结构雷达隐身材料的研究比较成熟,应用较为广泛。

  行业进入壁垒较高,行业集中度较高。由于隐身材料的性能和质量在相当大的程度上决定着武器装备 关键构件的使用性能和服役周期,因此相关武器装备对于隐身材料的性能、质量的要求非常高,目前国内 仅有少数企业能够进行高性能、实战化隐身材料的研制生产。一般企业进入该行业存在较大的壁垒,新进 入者从进入本行业到具备一定竞争力的周期较长。

  下游客户的供应商选择具有稳定性、排他性。隐身材料主要应该于各型先进武器装备,技术实现难度 较大,某些特殊场合的应用还要满足更为苛刻的要求,如高温、高压或耐腐蚀等极端恶劣条件,产品的性 能稳定性和质量可靠性是客户优先考虑的重要因素,因此在材料实现定型批产,客户选定供应商后,一般 不会轻易更换。若隐身材料研制生产企业提供的产品能持续符合客户的质量及技术要求标准,下游客户将 与其形成长期稳定的合作关系,且具有一定的排他性。

  隐身材料研发周期长,具有定制化特征。近年来,隐身能力已成为衡量现代武器装备性能的重要指标 之一,为保障型号装备特别是预研、在研装备的性能,下游客户一般要求隐身材料生产企业配合其进行同 步研发,从研发设计、首件试制到产品定型批量生产的周期较长,而最终能否实现定型批产不仅取决于供 应商自身研制进展,亦取决于下游客户应用装备的定型批产。此外,由于隐身材料应用武器装备部位及种 类不断增加,下游型号众多、产品需求各异,每种型号的产品在材料、规格、性能方面均具有特殊性要求, 客户的定制化需求较多,因此产品具有定制化特征。

  随着武器装备侦查手段以及现代电子战的快速发展,新型武器装备对应的雷达、红外隐身等技术也将 得到大范围的发展应用,从深度广度都将有快速的提升。

  隐身材料单装应用深度不断提升。最早的 F22 的隐身涂层,到隐身贴片,再到目前广泛使用的结构隐 身材料,隐身超材料等,武器装备的隐身手段不断增加,尤其是结构隐身材料,由于隐身-承载一体化的优 异性能而备受关注,成为很多急需减重和隐身装备的重要候选材料,那么随着深入到飞机的结构中,隐身 材料的单机占比就会不断提升,从最开始的隐身蒙皮,到目前的隐身雷达罩、卫星通讯天线、鸭翼、腹鳍、 进气道腔体、进气道格栅、高强度玻璃化座舱等,根据光启技术披露的公告,其隐身超材料产品总重量占 整机机体结构重量近 10%。

  隐身材料应用广度不断扩大。在目前雷达、红外等侦查技术的不断提升的环境下,隐身技术在武器装 备的广泛应用已经不仅仅处于战术打击层面,已经成为现代战争规避侦查,提高作战效能的必要技术,也 因此,隐身材料从最早的战斗机、轰炸机的应用,到目前隐身导弹、隐身战舰、隐身无人机、隐身坦克等 多种武器装备的应用,大幅拓宽了隐身材料的应用场景。民用方面,隐身材料也有着较好的应用前景,比 如隐形涂料在汽车中使用以防止紫外线辐射;用于制造一种容器来遮挡住核磁共振仪干扰;用于制作一个 隐形罩防止有建筑物遮挡住手机等电子设备的信号等等。

  随着我国新装备定性批产,市场应用规模快速提升。从全球隐身材料的市场规模来看,据统计,2017 年全球隐身超材料在武器装备中的应用市场规模大约在 1.3 亿美元。到 2025 年,这一规模有望达到 11.7 亿美元左右,年均复合增长率在 30%以上。到 2026 年, 隐形涂料市场规模预计将超过 8.34 亿美元,其中航空航天和国防产品(例如军用飞机,导弹,武器和潜 艇)的消费将强劲推动对隐形涂料的需求。对于我国来讲,随着新型武器装备的批产,将带动隐身材料需 求应用的快速增长。从光启技术以及华秦科技两家公司披露的数据来看,两家公司隐身材料相关业务都得 到了快速增长,光启技术 2019-2020 年的增速分别为 63%、86%。而华秦科技这两年的增速达到了 169%和 231%。(报告来源:未来智库)

  国外相关的隐身材料起步早,由于隐身材料技术涉及重大军事材料的研制,国外在该项技术方面对我 国实行严密的封锁,因此国外的隐身材料企业不会对国内形成直接竞争。但值得注意的是,国外常规化吸 波涂料、吸波贴片已经形成系列化、商品化,其中以莱尔德的 ECCOSORB@系列产品为典型代表。如 ECCOSORB@FGM 系列宽频带吸收贴片材料以及 CR 系列吸波涂层等。同时以美国为代表,已经形成了如莱尔 德、康明微博、ARC 技术等具有一定技术的隐身材料公司。

  相较于国外,国内方面商业化进程仍处于发展初期,目前开展研究的包括各大军工集团下属研究院以 及各大高校等,由于隐身材料本身技术路线多样、保密严格等原因,目前公开的隐身材料公司并不多,虽 然都是应用在武器装备上的隐身材料,但由于应用的工艺类型、应用的装备型号的不同等,并没有强烈的 直接竞争。具体的公司主要有华秦科技、光启技术以及佳驰电子等。

  先进装备隐身材料需求旺盛,隐身材料公司相继扩产。光启技术子公司光启尖端 2020 年,完成了深 圳生产厂房的扩建工程,产能由 4000 公斤/年增加至 8000 公斤/年,同时,公司积极推进募投项目(顺德 产业基地项目“709 基地”)生产基地建设,2021 正式投产,为公司新增产能 4 万公斤/年;华秦科技方面, 2022 年 3 月成功上市,用募集资金的 6.8 亿元投入到特种功能材料产业化项目,对现有生产线进行改造升 级,扩大隐身材料、伪装材料及防护材料的生产能力。

  隐身材料是具有隐身功能材料的一种统称,产品形态主要可分为涂层材料和结构材料两种,下游具体 应主要是国防军工领域。随着武器装备侦查手段以及现代电子战的快速发展,新型武器装备对应的雷达、 红外隐身材料应用无论是从深度还是广度都有所提升。

  2.1、陶瓷材料是无机非金属材料的重要成员,军工应用主要集中在结构材及电子器件方面

  陶瓷材料是指用天然或合成化合物经过成形和高温烧结制成的一类无机非金属材料。它是继金属材料, 非金属材料之后人们所关注的无机非金属材料中最重要的材料之一。具有性能稳定、强度高、硬度高、耐 高温、耐腐蚀、耐酸碱、耐磨损、抗氧化等优点。缺点是易碎性,但在不断改性的过程中,已经得到很大 的改善。

  陶瓷材料广义上可分为传统陶瓷和特种陶瓷,传统陶瓷是指采用天然原料如长石、粘土和石英等烧结 而成,是典型的硅酸盐材料,这类陶瓷广泛应用于生活器皿、建筑等方面,属于低端陶瓷材料,因此我们 这里讨论的陶瓷材料特指先进陶瓷,又叫精细陶瓷、特种陶瓷或新型陶瓷。先进陶瓷材料按其性能及用途可分为两大类:结构陶瓷和功能陶瓷。功能陶瓷在先进陶瓷中约占 70% 的市场份额,其余为结构陶瓷。

  结构陶瓷优异的特性在于高强度、高硬度、高的弹性模量、耐高温、耐磨损、耐腐蚀、抗氧化、抗震 性、高导热性能、低膨胀系数、质轻等特点,因而在很多领域逐渐取代昂贵的超高合金钢或被应用到金属 材料所不可胜任的领域,如发动机气缸套、轴瓦、密封圈、陶瓷切削刀具等。结构陶瓷按其性能可大致分 为四类大类:高温陶瓷、高强陶瓷、超硬陶瓷和耐腐蚀陶瓷。

  功能陶瓷是指在应用时主要利用其非力学性能的材料,这类材料通常具有一种或多种功能。如电、磁、 光、热、化学、生物等功能,以及耦合功能,如压电、压磁、热电、电光、声光、磁光等功能。功能陶瓷 已在能源开发、空间技术、电子技术、传感技术、激光技术、光电子技术、红外技术、生物技术、环境科 学等领域得到广泛应用,按照其应用功能可分为电子陶瓷、超导陶瓷、光学陶瓷、生物陶瓷、磁性陶瓷等 多个种类。

  先进陶瓷材料按其化学成分又可分为氧化物陶瓷、非氧化物陶瓷。其中氧化物陶瓷又可分成氧化镁陶 瓷、氧化铝陶瓷、氧化铍陶瓷、氧化锆陶瓷、氧化锡陶瓷、二氧化硅陶瓷、莫来石陶瓷等。非氧化物陶瓷 可分成碳化物陶瓷、氮化物陶瓷、硅化物陶瓷、硼化物陶瓷等。按照参与陶瓷材料的化学合成相数量的不同,还可以分成单相陶瓷和复合陶瓷,复合陶瓷其实就是一 种陶瓷做基体或且做增强相的复合材料。按基体与增强相的不同又可分为有陶瓷与金属复合材料,如特种 无机纤维或晶须增强金属材料、金属陶瓷、复合粉料等;陶瓷与有机高分子材料的复合材料,如特种无机 纤维或晶须增强有机材料等;陶瓷与陶瓷的复合材料,如特种无机纤维、晶须、颗粒、板晶等增韧补强陶 瓷材料。

  对于航空发动机来说,提高涡轮前燃气温度是提高发动机推力的主要技术途径,但是目前的涡轮前燃 气温度已经逐步接近高温合金自身的熔点,温度上升空间很小,因此需要有替代材料。陶瓷基复合材料具 有耐高温特性,可用于热端构件。研究表明陶瓷基复合材料可将涡轮前燃气温度在现有的基础上提高 300K 以上。同时陶瓷基复合材料密度小,有利于发动机减重。

  在新一代高性能发动机中,陶瓷基复合材料得到应用。如美国 F-119 发动机的矢量喷管内壁板、F-414 发动机的燃烧室均使用该材料,改进了部件的热力和应力分析,减少了冷却用空气量,在民用发动机方面, 罗罗公司 trent800 的扇形涡轮外环、我国 C919 的 LEAP-X 发动机涡轮导向器叶片、壳环也采用陶瓷基材 料,其效果已经得到验证。2015 年,通用航空 GE 开始在新型发动机 LEAP 和 GE9X 上使用陶瓷基复合材料 配件,包括在 LEAP 发动机上使用陶瓷基复合材料制的涡轮罩环,以及在下一代引擎——GE9X 上使用陶瓷 基复合材的涡轮喷嘴、燃烧室衬套。随着民用航空业对提高燃油效率的不断追求,通用航空 GE 预计在今 后十年陶瓷基复合材料在航空中的应用将增长十倍。

  可应用在飞机刹车盘材料。上世纪七十年代和本世纪初,粉末冶金和碳/碳分别作为第一代和第二代 刹车盘材料先后在中国军机上应用。上世纪 90 年代,飞机碳陶刹车技术在国际上刚刚兴起,各发达国家 均纷纷投入巨资研制,碳陶刹车盘与上一代刹车盘相比,静摩擦系数提高 1-2 倍,湿态摩擦性能衰减降低 60%以上,磨损率降低 50%以上,使用寿命提高 1-2 倍。生产周期降低 2/3,生产成本降低 1/3,能耗降低 2/3,性价比提高 2-3 倍。价格也仅相当于国外同类产品的 50%-60%,是目前国际上发现唯一能在 1500℃ 高温环境下,各项物理性能不发生衰减的材料。推广应用后,每年可为中国民航客机节约成本 3 亿元左右。

  用于火箭发动机热结构件:陶瓷基复合材料可用于火箭发动机中。由于陶瓷基复合材料耐热冲击性高, 对液体推进剂化学稳定性高,比金属材料耐高温,具有较高的抗蠕变性,是一种理想的液体火箭发动机热 结构件材料。

  用于航天飞行器和导弹的热防护材料:航天飞行器再入大气过程中,由于强烈的气动加热,飞行器的 头锥和机翼前缘的温度高达 1650℃,热防护系统是航天飞行器的关键技术之一。第一代热防护系统的设计 是采用放热-结构分开的思想,即冷却结构外部加放热系统。C/SiC 复合材料的发展,使飞行器的承载结构 和放热一体化。尤其是哥伦比亚号热防护系统失效造成的机毁人亡事件后,使 C/SiC 陶瓷基复合材料更受 关注。在热结构材料的构件中包括航天飞机和导弹的鼻锥、导翼、机翼和盖板等。

  用于卫星反射镜:卫星反射镜材料的性能要求是密度低、比刚度大、热膨胀系数 CTE 低、高导热性以及适当的强度和硬度、可设计性等。玻璃反射镜和金属反射镜加工成大型轻型反射镜都有一定的局限性。因此,国内外都正在研究 C/SiC 复合材料反射镜,该复合材料密度较低,刚度高,在低温下热膨胀系数小 及导热性能良好,热性能和力学性能都比较理想,而且可以得到极好的表面抛光,是一种十分理想的卫星 反射镜基座材料。美国、俄罗斯、德国、加拿大等利用碳纤维增强碳化硅复合材料(Cf/SiC)制备出高性能 反射镜。

  陶瓷材料及陶瓷基复合材料会被用在装甲中,如防弹衣、战机和装甲车的防护层等。防弹衣主要由衣套和防弹层两部分组成,防弹层可吸收弹头或弹片的动能,对低速弹头或弹片有明显 的防护效果,在控制一定的凹陷情况下可减轻对人体胸、腹部的伤害。和传统的材料如塑料和金属相比, 特种陶瓷材料具有质轻、耐高温、硬度高、耐摩擦等优点,被广泛应用于抗击中等口径枪的轻质耐用防弹 衣上。热压碳化硼和碳化硅陶瓷基复合材料可以用于制造坚固的抗击打的盔甲板。我国是世界上三大的防 弹衣生产国,在国际市场上,我国防弹衣价格大约 500 美元左右,而其他国家的防弹衣价格在 800 美元左 右,在制造成本方面我国存在优势。

  在飞机装甲方面,阿帕奇、小羚羊、超级美洲狮、超级眼镜蛇、黑鹰、奇努克和其他一些军用直升机 均装配有包括陶瓷装甲座椅、陶瓷组件和陶瓷面板系统等部件在内的陶瓷装甲系统。据悉,美国陆军总共 将为 634 架“阿帕奇”和“长弓-阿帕奇”直升机安装轻便的陶瓷装甲。此外,陶瓷基复合材料还应用在陆 军的装甲战车上,如斯特瑞克中型装甲车。

  电子陶瓷除了在民用领域被广泛应用,随着武器装备信息化的加速,如陶瓷电容器这类电子陶瓷在军 工领域的需求不断增大,尤其是片式多层瓷介电容器(MLCC,市占率超过 90%),而军用市场对电容器质量 要求较高,中国军用陶瓷电容器市场规模常年保持 10%以上的增长。根据中国电子元件行业协会的测算, 2019 年军用陶瓷电容器是场规模将达到 29.5 亿元。

  先进陶瓷产业链上游主要为各种陶瓷粉体原料供应商,如氧化铝、氧化锆、碳化硅、氮化铝、钛酸钡、 氮化硼等,以及设备制造商、各种陶瓷助剂供应商等;中游为各种先进陶瓷零部件的加工与制造,下游为 先进陶瓷产品的各种应用,包括航空航天、电子信息、通讯、生物医疗等。产业链中粉体制备是最核心的 技术之一。高纯、超细、高性能陶瓷粉体制造技术是制约我国先进电子陶瓷产业发展的主要瓶颈。

  先进陶瓷的粉体制备:先进陶瓷所使用的粉末在纯度和颗粒分布上都远高于普通陶瓷,传统的机械研 磨方法难以适用。根据不同的陶瓷使用不同的研磨设备,目前粉体的制备工艺以化学法为主,辅以少数物 理方法。而粉体制备是陶瓷制备过程中最核心的技术。高纯、超细、高性能陶瓷粉体制造技术基本掌握在 日本、美国等少数发达国家,是制约我国先进电子陶瓷产业发展的主要瓶颈。

  先进陶瓷烧结工艺:陶瓷坯体通过烧结促使晶粒迁移、尺寸长大、坯体收缩、气孔排出形成陶瓷材料, 陶瓷烧结受气氛、烧结温度和升温速率三个参数影响,而先进陶瓷的烧结关键在于控温的准确性。

  全球先进陶瓷市场规模稳步增长。伴随先进陶瓷各种功能的不断发掘,其在微电子工业、通讯产业、 自动化控制和未来智能化技术等方面作为支撑材料的地位日益显著,市场容量也进一步提升。2020 年,全 球先进陶瓷市场规模约 998 亿美元,年均增长约 10%,预计 2024 年可达 1346 亿美元。

  电子陶瓷占据功能陶瓷大部分市场份额。目前在功能陶瓷中,电子陶瓷占据了大部分市场分,电子陶 瓷是现代信息技术中的关键性基础材料,主要用于芯片、电容、集成电路封装、传感器、绝缘体、铁磁体、 压电陶瓷、半导体、超导等,广泛应用于通信、计算机、航空航天、医疗、汽车、军工、新能源等终端领 域。随着信息化产业、电子消费产业的快速发展,工业用电子产品、消费电子产品将保持快速发展趋势, 对电子陶瓷的需求巨大,2019 年全球电子陶瓷市场规模在 241 亿美元。中国市场方面,2019 年,我国电子 陶瓷市场规模达到 641 亿元。

  陶瓷基复材在结构材料中最具前景。陶瓷基复材作为结构材料在保留陶瓷本身优点的同时,有效的解 决了其脆性问题。1987 年美国能源部开始实施陶瓷基复合材料的研发计划,NASA 等单位也投入大量人力 和经费。仅 1992 年美国投入陶瓷基复合材料应用研究的经费高达 3500 万美元。陶瓷基复合材料的潜在应用领域广泛,包括宇航、国防、能源、汽车工业、环保、生物、化学工业等,在未来的国际竞争中将起关 键的作用。发达国家投入巨资进行研究,美国和西欧各国侧重于航空和军事应用,日本则力求把它应用在 工业上。

  在各种陶瓷基复合材料中,C/C 陶瓷基复合材料(即在 C/C 复材中加入陶瓷做成的二元基体复合材料, 常用 C/C-SiC)拥有最大的市场份额,并且预计会成为全球陶瓷基复合材料市场增长中增长率最高的材料。由于 C/C 陶瓷基复合材料具有轻质、高摩擦系数以及良好的耐高温性能,它被认为是航空和汽车领域制动 系统的优选材料。此外 SiCf/SiC 复材(增强纤维及基体均为陶瓷的复合材料)目前已得到较成功的应用, 主要应用在航空航天发动机内的高温部件,如叶片、燃烧室涡形管等构件。航空航天是陶瓷基复合材料最大的细分应用市场,占总体的 43%左右。随着我国高推重比航空发动机 的定型、空间飞行器技术的迫切需求和快速发展,陶瓷基复合材已经在军用、民用领域展现出巨大的发展 潜力。

  随着现代高新技术的发展,先进陶瓷已逐步成为新材料的重要组成部分,但与欧美、日本等发达国家 相比,我国的先进陶瓷产业除少数达到甚至超过国外同行外,总体上是明显落后于发达国家的水平。目前 国外先进陶瓷发展处于领先地位的主要有美国、日本、欧盟、俄罗斯等。日本作为全球最大的先进陶瓷生 产基地,其市场份额占 50%以上,功能陶瓷领域基本垄断国际市场,知名企业包括京瓷、东芝、旭硝子、 住友、村田、东陶等。美国是全球第二大先进陶瓷材料生产基地,占全球市场份额 20%以上,知名企业有 格鲁曼、杜邦、赛瑞丹等。欧洲市场份额仅次于日本和美国,德国、法国在结构陶瓷上是重点研发领域, 知名企业有法国圣戈班公司、德国赛琅泰克公司、英国摩根公司等。

  ①日本在先进陶瓷材料的产业化、民用领域方面占据领先地位。近年来,日本将先进陶瓷作为战略性 产业,不断加大投资力度。在电子陶瓷、光导纤维、高韧性陶瓷等先进陶瓷材料方面,日本均处于领先地 位。日本生产的先进陶瓷敏感元件已占据国际市场主要份额,包括热敏、压敏、磁敏、气敏、光敏等在内 的各种先进陶瓷产品垄断着大部分市场;在泡沫陶瓷、超塑性陶瓷、塑胶复合陶瓷以及各种先进陶瓷材料 与陶瓷部件研发,高性能陶瓷电池、陶瓷发动机等研发开发方面,均处于领先地位。

  ②美国先进陶瓷在航空航天、核能等领域的应用处于领先地位。美国先进陶瓷发展重点为高温结构陶 瓷,目前在航天技术、航空器、核工程、汽车、医疗设备及机械动力等领域处于大范围使用阶段。美国国 家航空和宇航局(NASA)在结构陶瓷的开发和加工技术方面正实施大规模的研究与发展计划,重点对航空 发动机、民用热机中的关键闭环实现陶瓷替代,同时对纳米陶瓷涂层、生物医学陶瓷和光电陶瓷的研究、 产业化进行资助。

  ③欧盟在先进陶瓷部分细分应用领域和机械装备领域处于领先地位。欧盟各国以功能陶瓷和高温结构 陶瓷为主要研究对象,特别是德国、法国在结构陶瓷领域进行了重点研究,主要集中在发电装备、新能源 材料和发动机中的陶瓷器件等领域,如陶瓷活塞盖、排气管里衬、涡轮增压转子及燃气轮转子等。此外, 欧盟部分国家在先进陶瓷机械、装备方面优势明显。例如,匈牙利拥有陶瓷注射成型(CIM)技术,陶瓷研磨抛光工艺,高精度加工工艺等,品种繁多,用于绝热器件、自动化工业、热容器、泵、轴、阀、密封件 等,使用范围非常广泛。

  ④俄罗斯、乌克兰在结构陶瓷和陶瓷基复合材料方面实力雄厚。俄罗斯、乌克兰两国在先进陶瓷的研 究开发和生产方面,基础扎实,设施齐全。在结构陶瓷和陶瓷基复合材料方面,不论是氧化物陶瓷、非氧 化物陶瓷、复相陶瓷或者是陶瓷基复合材料,不但在实验室研制成功,而且已开发成有明确应用目的的制 品,相当一部分已投入商业生产。

  我国先进陶瓷研究起步晚、规模较小、技术发展空间大。虽然我国先进陶瓷材料在开发上取得了长足 的进步,与国际先进陶瓷领域领先的国家距离进一步缩小,但仍缺乏批量化、低成本、高效制备优质先进 陶瓷材料的先进技术、装备和管理水平。我国先进陶瓷材料的开发大都是结合国防和国民经济上的需要, 总的来说与国际发达国家相比还有明显的差距,特别是技术和产业化方面,满足不了国民经济迅速发展的 要求。在全球数百亿美元的先进陶瓷年销售额中,中国销售额仅占 1~2%。因而,目前世界最先进的高附 加值的先进陶瓷产品,特别是高端装备中大量的陶瓷元件仍需进口。具体表现在以下几个方面:

  ①高端粉体制备技术远远落后:我国对陶瓷粉体的制备尚未引起足够的重视,多种陶瓷粉体尚无专业 化生产企业,许多企业不得不“自产自销”。例如:高纯氧化铝粉,日本企业 99.99%氧化铝粉烧结温度只 需 1300℃,而国内需要到 1600℃以上;高纯氮化硅粉仍受到日本 UBE 和德国 H.C.Stark 的限制,国内企 业在粉体质量上仍存在较大的波动。

  ②制造装备水平落后:虽然我国引进了国外先进的工艺装备,像气压烧结炉、热等静压、注射成型机、 流延机等来提高我国的技术装备水平,但因投资大,在经济上给企业造成了很大压力,从而限制了先进陶 瓷的发展。而国内仿制设备因加工水平差距,可靠性和稳定性暂时无法与国外产品相比。

  ③新产品产业化落后:目前,实验室阶段的研究工作偏多,忽视了中试、工程化和产业化技术的研究, 成果没有转化为现实生产力。虽然研究工作形成了很多技术成果,但绝大多数处于实验室研究阶段,实验 室研制出来的成果距离产业化的目标还有较大距离。

  ④产能分散、过剩:国内先进陶瓷领域的企业数量虽多,但规模普遍较小,行业内中小微企业约占 70% 左右,多数中小微企业的核心技术基本依靠引进,其产品单一,制备成本较高,缺乏企业自主创新能力和 市场竞争力。同时也缺乏统筹规划和顶层设计,重复性的研究工作较多,使得有限的人、财、物等资源过 于分散,盲目和粗放的发展方式同时导致了产品产能的过剩。

  国内先进陶瓷领域的企业数量虽多,但规模普遍较小,核心技术基本依赖引进,从电子陶瓷的应用来看,虽然多种电子陶瓷产品的产量居世界首位,但国内生产的材料仅少部分用于高端元器件产品,大部分 用于中低端元器件产品,企业竞争激烈。民品方面,我国的电子陶瓷及其元器件产品生产基地已经形成了相当的规模,并拥有国际先进的生产水平,典型企业包括风华高科、三环集团等陶瓷电子元器件行业中的 龙头骨干企业。

  军品方面,以 MLCC产业为例,目前已经形成了宏明电子、鸿远电子火炬电子等几家比较 稳定的竞争格局,各自绑定下游型号客户。除此之外,一些电子陶瓷公司还包括中瓷电子、振华云科(振 华科技子公司)等。结构陶瓷方面,主要还是集中在陶瓷基复材,比如刹车耐磨的碳陶材料应用,以及航 天火箭耐烧蚀材料的应用等,企业如西安鑫垚、博云新材、超码科技等公司。(报告来源:未来智库)

  先进陶瓷材料由于其耐高温以及独特的电学特性广泛被应用于结构材料以及电子领域。作为结构材料, 通过纤维补强形成的陶瓷基复合材料,克服了其脆性的弱点,目前我国在某些尖端先进陶瓷的理论研究和 实验水平已经达到国际先进水平,可成熟应用于战略导弹、火箭发动机热结构件以及各类卫星天线窗的保 护框等方面,在电子陶瓷方面,日本依靠其成熟的技术仍然在民用陶瓷电容器保持领先,我国民用陶瓷电 子产品在成本及质量控制方面有待提高,而随着武器装备信息化的加速,我国陶瓷电容器在军工领域的需 求不断增大,随着技术的成熟未来有望带动民的发展。总体而言国内先进陶瓷总体水平与国外相比还 存在一定的差距。

  (本文仅供参考,不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息,请参阅报告原文。)

Copyright©2018-2022 雷火官方网站入口地址|竞技网站-官网平台 All rights reserve. 苏ICP备08122551号-1 网站地图 XML地图

网站制作:雷火官方官网平台