百億賽道！這類(lèi)陶瓷材料全球競(jìng)速中

陶瓷基復(fù)合材料（Ceramic Matrix Composites, CMC）作為先進(jìn)材料領(lǐng)域的戰(zhàn)略方向，通過(guò)將高強(qiáng)度纖維、晶須或顆粒與陶瓷基體復(fù)合，突破了傳統(tǒng)陶瓷的脆性瓶頸，實(shí)現(xiàn)了耐高溫、輕量化與高韌性的協(xié)同優(yōu)化。隨著航空航天、能源動(dòng)力等領(lǐng)域?qū)Σ牧闲阅芤蟮某掷m(xù)提升，CMC正從實(shí)驗(yàn)室走向規(guī)模化應(yīng)用，其技術(shù)迭代與成本控制成為推動(dòng)產(chǎn)業(yè)升級(jí)的關(guān)鍵。

據(jù)易高資本數(shù)據(jù)，2024年全球陶瓷基復(fù)合材料市場(chǎng)規(guī)模約為144 億美元。從應(yīng)用場(chǎng)景來(lái)看，航空及國(guó)防產(chǎn)品占比高達(dá)約39.6%，顯然是接下來(lái)的重點(diǎn)應(yīng)用方向之一。從材料種類(lèi)來(lái)看，非氧化物陶瓷基復(fù)合材料（如SiC等）占比約68.8%。根據(jù)Global Market Insights預(yù)測(cè)，未來(lái)10年陶瓷基復(fù)合材料全球市場(chǎng)有望維持10%的復(fù)合增長(zhǎng)。

對(duì)CMC的需求持續(xù)增長(zhǎng)，這得益于其相比于金屬，能夠顯著減輕重量并在更高溫度下保持性能。這直接提升了發(fā)動(dòng)機(jī)、工業(yè)流程以及清潔能源技術(shù)的效率，同時(shí)降低了燃料/電力消耗和排放。強(qiáng)大的CMC熱保護(hù)系統(tǒng)使可重復(fù)使用運(yùn)載火箭成為可能，而CMC火箭噴嘴（如Firefly Aerospace正在開(kāi)發(fā)的型號(hào)）可減重50%，從而增加有效載荷。電動(dòng)汽車(chē)的電池外殼需要輕質(zhì)熱防護(hù)，而高超聲速飛行器則需要能承受數(shù)千攝氏度氣動(dòng)加熱的前緣材料、雷達(dá)透明天線(xiàn)罩等結(jié)構(gòu)。

為應(yīng)對(duì)此需求，過(guò)去幾年見(jiàn)證了新材料、新工藝、新供應(yīng)商和新產(chǎn)能的激增。

歐洲：全產(chǎn)業(yè)鏈領(lǐng)先

歐洲在CMC領(lǐng)域，特別是在材料體系、自動(dòng)化制造和航天應(yīng)用方面，展現(xiàn)出強(qiáng)大的全產(chǎn)業(yè)鏈能力和技術(shù)領(lǐng)先性。

奧地利Isovolta：憑借其作為飛機(jī)內(nèi)飾層壓板和預(yù)浸料生產(chǎn)商的數(shù)十年經(jīng)驗(yàn)，開(kāi)發(fā)了CERAPREG，將二氧化硅纖維與硅鋁酸鹽基體結(jié)合，可承受高達(dá)900°C的溫度，且成本遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)CMC。其二氧化硅纖維純度＞95%，賦予了材料類(lèi)似石英的介電性能，對(duì)雷達(dá)透明蓋板和天線(xiàn)罩極具吸引力。

Rath AG（奧地利公司，纖維產(chǎn)自德國(guó)）：在德國(guó)門(mén)興格拉德巴赫工廠生產(chǎn)Altra Flex連續(xù)氧化鋁陶瓷纖維，初始產(chǎn)能為10噸/年，分為M75莫來(lái)石、MK85莫來(lái)石剛玉和K99剛玉三個(gè)等級(jí)。

意大利CIRA與Petroceramics：獲得ISiComp C/C-SiC材料的專(zhuān)利，并采用新型液態(tài)硅滲透（LSI）工藝，縮短了制造時(shí)間和成本。該工藝在LSI期間實(shí)現(xiàn)原位連接，還在組件頂部生長(zhǎng)了一層SiC層，增強(qiáng)了連接性和抗氧化性，并可在任務(wù)之間重新施加。

意大利K3RX：該公司基于CNR的專(zhuān)利技術(shù)，專(zhuān)注于能在>2000°C下使用的UHTCMC。材料已在2200°C下測(cè)試30分鐘，2500°C下測(cè)試5分鐘，消融接近于零。已生產(chǎn)用于飛行任務(wù)的前緣、襟翼和噴嘴，以及TPS瓷磚和UHTCMC緊固件。

德國(guó)FOX Composites：該公司是DLR的衍生公司，致力于發(fā)展氧化物 CMC (OCMC)的大規(guī)模生產(chǎn)。其開(kāi)發(fā)出兩種核心工藝：真空輔助漿料灌注（VASI） 和灌注制造氧化物CMC（IFOX） 工藝。IFOX類(lèi)似RTM，使用正負(fù)模半定義形狀，可實(shí)現(xiàn)高自動(dòng)化、短處理時(shí)間和并行化生產(chǎn)。公司正在建立試點(diǎn)生產(chǎn)線(xiàn)，目標(biāo)產(chǎn)能為每天10-20個(gè)零件，最終目標(biāo)是每年生產(chǎn)數(shù)千至一萬(wàn)個(gè)零件。

英國(guó)HTMS：該公司旨在解決英國(guó)本土CMC供應(yīng)鏈能力不足的問(wèn)題。其核心技術(shù)是一種新型基質(zhì)化學(xué)，可在500-600°C以下固化（傳統(tǒng)Ox-Ox需1000°C以上），目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)室溫至200°C固化，從而允許現(xiàn)有復(fù)合材料供應(yīng)鏈?zhǔn)褂闷漕A(yù)浸料。公司產(chǎn)品使用玄武巖、氧化鋁等商品纖維，并避免了燒結(jié)步驟。

英國(guó)羅羅公司：該公司采用CVI+MI 連用工藝制備 SiC/SiC 陶瓷基復(fù)合材料密封片，并計(jì)劃在2025年前后將噴管、渦輪外環(huán)整環(huán)部件等應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)。此外，羅羅公司的“超扇”（UltraFan）發(fā)動(dòng)機(jī)將采用耐高溫的陶瓷基復(fù)合材料部件以提高燃燒效率。

荷蘭Arceon：該公司生產(chǎn)名為Carbeon的C/C-SiC CMC。其采用熔體滲透工藝，僅需一個(gè)致密化循環(huán)（1周），孔隙率可達(dá)1-3%，而無(wú)需纖維涂層。目前已成功測(cè)試高超音速飛行器前緣，并瞄準(zhǔn)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)噴嘴、電池外殼和工業(yè)部件。

法國(guó)賽峰集團(tuán)：經(jīng)歷了長(zhǎng)期的投資和研發(fā)，賽峰公司最終于2015年獲得了世界首個(gè)陶瓷基復(fù)合材料部件的適航認(rèn)證。2015年至今，陶瓷基復(fù)合材料部件已在軍用以及民用航空航天領(lǐng)域有了初具規(guī)模的應(yīng)用，在核能領(lǐng)域也處在向終端應(yīng)用靠攏的發(fā)展階段。

美國(guó)：技術(shù)創(chuàng)新，軍用驅(qū)動(dòng)

美國(guó)的CMC發(fā)展由初創(chuàng)公司、研究機(jī)構(gòu)和軍方需求共同驅(qū)動(dòng)，側(cè)重于顛覆性工藝和降低成本。

GE：GE全球研發(fā)中心和工業(yè)部門(mén)已致力于研究陶瓷基復(fù)合材料的商業(yè)化應(yīng)用20余年，建立了美國(guó)第一個(gè)完全集成的CMC供應(yīng)鏈。其通過(guò)收購(gòu)德國(guó)CVC公司，掌握了CVI與PIP復(fù)合工藝，其CMC渦輪葉片已應(yīng)用于LEAP-1B發(fā)動(dòng)機(jī)，累計(jì)飛行超1000萬(wàn)小時(shí)。

GE航空的CMC零件應(yīng)用

SRI International：開(kāi)發(fā)無(wú)滲透C/C-SiC，大幅縮短制造周期。SRI的Junhua Austin Wei團(tuán)隊(duì)致力于通過(guò)消除硅滲透來(lái)降低CMC成本。

NASA：研制直徑1.6m的Ox/Ox（氧化物/氧化物）復(fù)合材料噴管，通過(guò)AE3007發(fā)動(dòng)機(jī)1200℃熱試車(chē)考核，成本較鈮合金降低50%。

Advanced Ceramic Fibers (ACF)：該公司擁有直接轉(zhuǎn)換工藝（DCP）專(zhuān)利，該工藝能在數(shù)秒內(nèi)將碳纖維絲束中的每根纖維轉(zhuǎn)化為表面覆蓋30-500納米厚SiC（或其他金屬碳化物）的FiBar產(chǎn)品。這使得碳纖維能在真空中承受高達(dá)3940°C的溫度。該涂層同時(shí)充當(dāng)界面脫粘層，取代了傳統(tǒng)的CVD涂層。已制造出UHTCMC渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)葉片、緊固件，并經(jīng)受住了2900°C的等離子炬測(cè)試。

Americarb：該公司專(zhuān)注于生產(chǎn)最高溫度可達(dá)2500°C的C/C和特種石墨，供應(yīng)板材、管材、爐具/支架和定制零件。公司支持國(guó)防、航天、核能、電池、燃料電池和氫電解等領(lǐng)域的應(yīng)用，并正在開(kāi)發(fā)OCMC和SiC產(chǎn)能。

亞太地區(qū)：擴(kuò)大產(chǎn)能，融入全球供應(yīng)鏈

日本碳素：壟斷高性能SiC纖維供應(yīng)，全球市占率超70%。目前，國(guó)外能夠?qū)崿F(xiàn)碳化硅纖維商業(yè)化出售的公司只有日本碳素公司（Nicalon系列）、日本宇部公司（ZMI和Tyranno系列）、美國(guó)道康寧公司（Syramic纖維）和NASA（Syramic-iBN纖維）。美國(guó)GE公司已經(jīng)大量使用日本碳素公司的Nicalon纖維制備SiC/SiC導(dǎo)向葉片以及渦輪外環(huán)等部件，應(yīng)用于其商業(yè)化的發(fā)動(dòng)機(jī)中。

日本東麗：公司聚焦氧化物/氧化物CMC，通過(guò)溶膠-凝膠法實(shí)現(xiàn)Al2O3纖維與基體的低損傷復(fù)合，成本較非氧化物體系降低40%。

近些年，我國(guó)相關(guān)企業(yè)投入研發(fā)、加強(qiáng)產(chǎn)學(xué)研合作等方式，行業(yè)得到了較大發(fā)展，并在技術(shù)追趕方面實(shí)現(xiàn)了多個(gè)關(guān)鍵技術(shù)突破，國(guó)產(chǎn)替代進(jìn)程不斷加速。

陶瓷基復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)鏈主要環(huán)節(jié)及公司

SiC纖維方面：我國(guó)已形成以國(guó)防科大、廈門(mén)大學(xué)和中南大學(xué)為研發(fā)中心的三個(gè)產(chǎn)業(yè)集群。其中第二代碳化硅纖維已發(fā)布國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，產(chǎn)業(yè)趨于成熟，火炬電子、蘇州賽菲和眾興新材均建成年產(chǎn)10噸級(jí)產(chǎn)線(xiàn)；第三代碳化硅纖維也實(shí)現(xiàn)了技術(shù)突破，實(shí)驗(yàn)室研發(fā)產(chǎn)品與日本同類(lèi)型產(chǎn)品水平相近，不過(guò)目前僅火炬電子實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，國(guó)內(nèi)供應(yīng)高度依賴(lài)進(jìn)口，國(guó)產(chǎn)替代空間巨大。

氮化物陶瓷纖維方面：國(guó)內(nèi)主要研制單位為山東工陶院、國(guó)防科技大學(xué)和廈門(mén)大學(xué)，已具備批產(chǎn)能力。雖然國(guó)內(nèi)氮化物陶瓷纖維的發(fā)展稍晚于國(guó)外，但是基礎(chǔ)研究發(fā)展很快，基本形成了與美、日、德、法并跑的科研格局。

在AI2O3纖維方面：2022年，上海榕融新材料在臨港新片區(qū)投產(chǎn)的先進(jìn)制造基地一期項(xiàng)目，產(chǎn)能達(dá)700噸，突破了國(guó)內(nèi)Al2O3連續(xù)纖維大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)的技術(shù)瓶頸。該公司由此成為世界第三家、中國(guó)首家具備該纖維量產(chǎn)能力的企業(yè)，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)高性能纖維材料空白，為Al2O3/Al2O3CMC產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

在制備工藝方面：CVI工藝已實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，PIP工藝較為成熟，MI工藝也有相關(guān)單位及企業(yè)布局。在剎車(chē)、飛行器防熱等領(lǐng)域，碳陶剎車(chē)盤(pán)已批量應(yīng)用于汽車(chē)、飛機(jī)和高鐵等。在航空發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域，第三代SiC纖維的生產(chǎn)以及CMC在航發(fā)上尚未實(shí)現(xiàn)規(guī)模化工程應(yīng)用。

來(lái)源：
復(fù)合材料：全球陶瓷基復(fù)合材料競(jìng)速：最新技術(shù)、產(chǎn)能布局與戰(zhàn)略合作全解析
觀研報(bào)告網(wǎng)：陶瓷基復(fù)合材料為何成為大國(guó)競(jìng)爭(zhēng)的關(guān)鍵材料？
天瑞豐年：百億賽道！陶瓷基復(fù)材（CMC）未來(lái)可期
張巖：GE的陶瓷基復(fù)合材料發(fā)展概述