深度报告 | 军工新材料产业化加快,关注特种陶瓷材料

2016-09-12 12:19:55 作者：本网整理来源：网络分享至：

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军工新材料产业化加快，为国家战略型高端制造奠定扎实基础

上周国务院印发“十三五”国家科技创新规划，并公布“科技创新2030”重大项目，加强现代农业、新一代信息技术、智能制造、能源等领域一体化部署，推进颠覆性技术创新，加速引领产业变革，重点发展深海、深地、深空、深蓝等领域的战略高技术。在制造业投资增长放缓的趋势下，我们聚焦国家战略型高端制造，前期已拜访大量专家，认为若干技术的产业化拐点正在临近。值得重视的是，军工新材料中的部分产品或率先被产业化，将大幅推进我国在航空、航天、军工、核能等领域设备的性能水平。

军工新材料包括三大类，关注特种陶瓷材料

军工新材料包括高温合金、碳纤维和特种陶瓷材料。其中，特种陶瓷材料和常规材料相比，具有巨大的优势：其密度只有高温金属合金的1/4~1/3，强度大、耐磨，具有良好的耐高温、抗高温蠕变性能，在航空、军事和工业领域都可以得到应用，尤其在航空航天发动机的热端部件上具有优势。1）航空发动机领域：是发展高推重比航空发动机理想材料，有望取代高温合金；2）航天领域：可用于火箭发动机热结构件、飞行器的热防护系统等；3）汽车工业领域：提高整车性能，减轻车身重量；4）核电：可用于核电高温部件及核燃料的包壳材料等；5）兵器：用于炮筒。

陶瓷基复合材料国外技术垄断，国内供应商稀缺

国外少数企业正在做陶瓷基复合材料，技术壁垒极高，价格居高不下，且对中国实行技术封锁、产品出口限制。国内领先研究机构主要是厦门大学特种陶瓷实验室与国防科技大学，两家机构只有少量的供应能力，国内尚没有吨计年产能供应商。据测算，NGS公司仅是计划供应LEAP和GE9这两款客机发动机就规划了年产10吨的产能，而国内民用和军用航空、军工、核电等领域对陶瓷基复合材料均有需求，由此可见国内的需求是在几十吨量级的。

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公司于2015年发布定增预案，募集资金不超过人民币10.3亿元用于CASAS-300特种陶瓷材料产业化项目及补充流动资金项目。

一代材料，一代制造

航空材料介绍

航空材料是制造航空器、航空发动机和机载设备等所用各类材料的总称，是航空产品达到人们所期望的性能、使用寿命与可靠性的技术基础。“一代材料，一代飞机”是航空工业发展的生动写照。

由于航空材料的基础地位，以及其对航空产品贡献率的不断提高，其已成为与航空发动机、信息技术并列的三大航空关键技术之一，也是对航空产品发展有重要影响的六项技术之一。美国空军在2025年航空技术发展预测报告中指出，在全部43项航空技术中，航空材料的重要性位居第二。此外，先进材料技术还被列为美国国防四大科技（信息技术、材料技术、传感器技术和经济可承受性技术）优选项目之一，是其它三项技术的物质基础及重要组成部分。

按照应用领域可以分为制造航空器与航空发动机的结构材料与制造机载设备的功能材料；又可以按照材料本身划分为：金属及合金材料、半导体材料（无机非金属）、和大类材料结合复合材料。

军工新材料产业化加快，为国家战略型高端制造奠定扎实基础

上周国务院印发“十三五”国家科技创新规划，并公布“科技创新2030”重大项目，加强现代农业、新一代信息技术、智能制造、能源等领域一体化部署，推进颠覆性技术创新，加速引领产业变革，重点发展深海、深地、深空、深蓝等领域的战略高技术。

在制造业投资增长放缓的趋势下，我们聚焦国家战略型高端制造，前期已拜访大量专家，认为若干技术的产业化拐点正在临近。值得重视的是，军工新材料中的部分产品或率先被产业化，将大幅推进我国在航空、航天、军工、核能等领域设备的性能水平。

军工新材料三大类，关注特种陶瓷材料

陶瓷基复合材料是各国斥巨资投入研发重点，下游应用范围广。

陶瓷材料具有耐高温、耐磨损、耐腐蚀和重量轻等性能。在陶瓷基体中引入作为增韧材料的第二相材料形成的陶瓷基复合材料可以很大程度提升其韧性，同时保有其原本的高温耐磨等优良特性，增韧体从几何尺寸上可分为纤维、晶须和颗粒等。陶瓷基复合材料的制作工艺主要包括高温固相烧结、先驱体转化陶瓷（Precursor Derived Ceramics，PDC）和化学气相渗透（Chemical Vapor Infiltratio，CVI）等。

和常规材料相比，陶瓷基复合材料具有巨大的优势：其密度只有高温金属合金的1/4~1/3，强度大、耐磨，具有良好的耐高温、抗高温蠕变性能，在航空、军事和工业领域都可以得到应用，尤其在航空航天发动机的热端部件上具有优势。

陶瓷基复合材料可应用于航空航天、军事和工业领域，未来一旦取代高温合金在航空航天热端部件上的应用，发展空间无限。

航空发动机领域：是发展高推重比航空发动机理想材料，有望取代高温合金

现代航空发动机追求的目标就是不断提高推重比，推重比的增加会导致燃气涡轮发动机的涡轮前温度进一步升高，传统镍基高温材料已经难以满足设计工况的使用要求。陶瓷基复合材料是制造高推重比航空发动机理想的耐高温结构材料：

密度小：该材料的密度仅为常规镍基合金的30％，可以减轻部件重量；

耐高温：在不用空气冷却和热障涂层的情况下，长期工作温度可比高温合金提高200℃以上，可降低冷却空气用量，提高涡轮前温度和效率，从而能够提高发动机的推重比。

目前，陶瓷基复合材料的研究与应用已经从难度较低的低温、低载荷静止部件发展到应用难度较大的高温、高载荷转动件：

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航天领域：可用于火箭发动机热结构件、飞行器的热防护系统等

用于火箭发动机热结构件：

陶瓷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，作为耐烧蚀材料和高温结构材料在国外多种火箭发动机上得到广泛应用。

用于航天飞行器的热防护材料：

高超声速飞行器对材料性能的目标要求是在高温状态下也能保持高的强度系数（Specific Strength，强度/密度），从图中可以看出，金属基复合材料与高温合金等材料在低温下有较大的强度系数（Specific Strength，强度/密度），但在2000℉附近强度系数迅速下降，温度达到2000℉以上时，强度系数已经很低；而陶瓷基复合材料在2000~4000℉的温度下仍能保持较高的强度系数，是飞行器的理想防热材料。例如美国x-37试验飞行器的控制面热结构就采用的就是陶瓷基复合材料，能承受的温度均在2000℉以上。

汽车工业领域：提高整车性能，减轻车身重量

陶瓷基复合材料用于汽车工业主要用于提高发动机热效率、汽车制动、减震以及喷涂方面，可以有效地减轻了整车的重量，很大程度上提高整车性能。