碳碳复合材料是一种由碳纤维或石墨纤维增强的碳基体复合材料，被认为是最有发展前途的高温材料之一，已替代石墨成为光伏热场系统的主流材料，伴随国内光伏行业蓬勃发展，我国碳碳复合材料需求旺盛。随着企业技术的发展，碳碳复合材料在半导体热场系统、航空刹车制动、汽车刹车系统、锂电池负极材料等领域的渗透率也有望提升。
01 产品类别与产业链
碳碳复合材料（Carbon-Carbon Composite Material，简称C/C CM）是由碳纤维及其织物增强碳基体所形成的全碳质复合材料，具有低密度、高强度、高导热、低膨胀系数、摩擦性能好、抗热冲击、尺寸稳定性高等特点，适合于制造高温热场部件和摩擦部件，是1650℃以上应用的少数备选材料，最高理论温度达2600℃，被认为是最有发展前途的高温材料之一。由于其独特的性能，碳碳复合材料已广泛应用于太阳能光伏、泛半导体、航空航天、新能源汽车、氢能、核能、海洋开发、医疗器械等国家战略性新兴产业，例如晶硅制造热场系统、火箭发动机喷管、飞机刹车盘及热防护系统、汽车刹车系统、核反应堆部件、深海探测设备、假肢和矫形器等。
图 1 碳碳复合材料产业链
资料来源：金博股份公司公告。
碳碳复合材料通常采用化学沉积（CVD）或液相浸渍两种工艺制成。1）化学沉积法（CVD）：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，实现碳纤维预制体的致密化，从而得到碳碳复合材料。2）液相浸渍法：将碳纤维预制体浸入液态浸渍剂中，通过真空、加压等措施使得浸渍剂渗入预制体的孔隙，再经过固化、碳化、石墨化等一系列处理过程，最后得到碳碳复合材料。与化学沉积法相比，液相浸渍法多了浸渍、固化、碳化三个步骤，相应多了浸渍炉、固化炉、碳化炉等三个设备。
图 2 碳碳复合材料制备流程
资料来源：广发证券。
02 产业规模
碳碳复合材料应用前景广阔，市场规模快速增长。根据中金公司测算，预计2025年国内碳碳复合材料合计市场空间约170亿元，其中：2023-2025年光伏碳碳热场系统的市场需求将达到9,281/11,282/13,506吨，市场规模分别为34/45/57亿元，CAGR达到17.9%。2024-2026年锂电池负极碳/碳热场市场规模分别为4.5/15.0/34.3亿元，CAGR达到177%。2023-25年汽车碳陶制动盘市场规模CAGR有望达62.4%，2025年达到92亿元。
碳碳复合材料已成为光伏热场系统的主流材料。碳碳复合材料主要用于光伏单晶硅长晶、拉制过程，是制备单晶硅的关键设备。光伏行业早期，大多采用石墨材料构成的热场作为晶体生长炉炉体的保温材料，但是石墨脆性较大，容易产生裂纹，裂纹会改变热场的电性能和热传导性能，进而影响拉制单晶硅和成品单晶硅的品质优劣。而碳碳复合材料经过高温热处理，具备良好的耐热冲击性，与石墨相比，性能更优异、寿命更长、安全性更强、综合性价比更高，目前已基本实现了在坩埚、导流筒、保温筒部件等关键热场系统部件上对石墨材料的替代。根据金博股份的招股说明书，碳碳复合材料在光伏热场领域的渗透率不断上升，2020年碳基复合材料在热场坩埚中占比达到95%以上，导流筒、保温筒占比达到55%以上。
图 3 碳碳复合材料在光伏热场系统快速替代
资料来源：浙商证券研究所。
国内光伏行业蓬勃发展，碳碳复合材料需求旺盛。根据国家能源局数据，2023年国内光伏新增装机216.88GW，占到全球 50%以上。在市场需求与政策指导的双重作用下，光伏硅片产能高速增长，2019-2022年国内光伏硅片 CAGR高达38%，近两年硅片环节扩产项目有隆基股份曲靖二期（20GW）、中环股份银川项目（50GW）、晶澳曲靖二期（20GW）和包头三期（20GW）、双良节能包头一期（20GW）等，总扩产规模达到300GW。碳碳复合材料作为拉晶炉的组成部分，将明显受益。根据Solarzoom、CPIA统计数据，预计2023-2025年，碳碳热场材料的新增需求、替换需求将共同带来增量市场需求约1.27、1.28、1.39万吨。
图 4 光伏领域碳碳复合材料需求空间
资料来源：浙商证券研究所。
半导体国产替代潜力巨大，碳碳复合材料空间同步增长。半导体硅片拉晶与光伏硅片相似，但纯度要求高于光伏产品。在半导体晶硅制造领域，尤其是大硅片（12英寸硅片）领域，我国技术水平、制造能力与市场规模均落后于海外。目前半导体硅片行业几乎被几家国际巨头所主导，例如日本信越化学、日本胜高公司、德国Siltroni、韩国SKSiltron等，这些企业在其发展过程中分别与东洋碳素、西格里碳素等国际知名碳素企业形成了长期供货关系。尽管中国大陆的沪硅产业、TCL中环、立昂微和中晶科技等企业在国内市场具有较高的市场份额，但在全球市场的渗透率较低。目前，中国半导体公司正致力于加速12英寸硅片的技术研发，未来有望克服大尺寸硅片的技术障碍，并在全球市场上获得更大的份额。随着国内技术的发展，国产半导体热场材料有望加速进口替代，尤其是在硅片大型化趋势下，碳碳复合材料的性能优势使其在半导体热场中的渗透率有望提升。
军机替换与列装前景广阔，为碳碳刹车盘开拓市场空间。刹车盘是利用摩擦材料设计与制造工艺所开发的关键制动部件，广泛应用于飞机、装甲坦克和高速铁路列车等的制动系统。刹车盘的种类主要包括粉末冶金刹车盘、碳碳复合材料刹车盘和C/C/SiC复合材料刹车盘。其中碳碳刹车盘以其稳定的制动力矩、出色的耐磨性、优良的热稳定性和较低的重量等优势而受到青睐，不仅被应用于各类军用飞机与装甲坦克等重点军事装备，也服务于民用航空器、高速列车和工程车辆等。根据北摩高科招股说明书，2022-2025年我国将新增军机950架，预计将新增碳碳刹车盘需求29880个，对应市场规模约为22.41亿元；存量替换方面，我国存量飞机刹车盘替换市场空间约为15.55亿元。军机新机列装与存量替换将为碳碳刹车盘带来共计约38亿元的市场规模。
03 竞争格局
1、碳碳热场材料
碳碳热场材料集中度高，金博股份、天宜上佳、西安超玛三足鼎立。碳碳热场材料的制备工艺较为复杂，技术壁垒较高，市场集中度较高，国内从事碳碳热场材料的头部制造商有金博股份、天宜上佳、西安超玛（中天火箭子公司）、西安美兰德等。2022年碳碳热场材料竞争格局集中度有所提升，CR3约为84%，其中金博股份在碳碳热场材料行业中处于领军地位，以45%的市占率位列行业第一，2022年销售量达到2481吨，同比增加60%；天宜上佳2021年正式进军热场领域并快速扩产，2022年销售量达1332吨，同比增长473%，以24%的市占率上升至行业第二，2023年天宜上佳在四川江油产业园建成年产5,500吨级碳碳复合材料制品产线，可满足36寸甚至更大尺寸热场产品及其他碳碳复材制品批量化生产，将全面提升产品竞争力；西安超码下设田王、蓝田两大生产基地，2022年碳碳热场材料销售量为833吨，市占率15%，位居行业第三。
图 5 碳碳热场材料价格快速下降（单位：万元/吨，不含税）
资料来源：首创证券。
碳碳热场材料价格下降，降本提效是关键。2021年，天宜上佳拓展至热场领域，并实施了大规模产能扩张，导致热场产品价格连续下降。具体来看，2020年金博股份和西安超码的热场产品价格分别是93.5万元和92.3万元每吨。到了2021年，这两家公司的价格分别降至86.0万元和81.9万元每吨，而新进入者天宜上佳的价格更是低至61.1万元每吨。进入2022年，金博股份、天宜上佳、西安超码的热场价格进一步降至 58.3 万元/吨、43.9 万元/吨、58.9 万元/吨。价格的快速下降对整个行业的盈利空间造成了压力。在2021年之前，金博股份的热场业务毛利率接近60%，西安超码的毛利率也稳定在30%以上。然而，2021年之后，热场企业的毛利率急剧下降，到了2022年，金金博股份、天宜上佳、西安超码的毛利率分别降至47.74%、51.87%和16.02%。随着光伏用碳碳热场部件价格的显著调整，行业整体的盈利能力受到挑战，较小企业和二线厂商面临盈利难题，促使行业内低端产能的快速淘汰。预计随着行业的成熟和进入后期发展阶段，行业集中度将进一步提高，拥有成本优势的企业将成为主要受益者。与此同时，考虑到2023-2025年光伏新增装机旺盛，预计2023-2025年碳碳热场价格将逐渐见底回升。
图 6 碳碳热场材料价格下降（单位：万元/吨，不含税）
资料来源：首创证券。
碳碳热场材料向高纯度、大尺寸发展，技术优势企业有望受益。随着市场对高效、低成本光伏产品的需求不断增加，N型硅片以其更高的光电转换效率和更好的温度特性，受到行业广泛关注。N型硅片对热场部件的纯度要求更高，将为高品质碳碳光伏热场产品带来新的发展机遇。预计未来随着N型硅片及大尺寸硅片的出货占比提升，碳碳热场材料向高纯度、大尺寸的方向发展将成为必然趋势，具有技术优势和资金储备的碳碳热场材料企业有望受益，光伏碳碳热场行业集中度有望提高。
表 1 国内碳碳热场材料头部企业概况
资料来源：深企投整理。
2、碳碳刹车材料
碳碳刹车材料竞争激烈，西安制动和北摩高科是核心参与者。中国市场上，航空刹车制动领域的主要生产厂商包括西安制动、北摩高科、博云新材、优材百慕、西安超码、中航西飞等。其中，西安制动和北摩高科是核心参与者，2021年在中国军用航空制动市场的占有率分别为39%、32%。西安制动是中航西飞的一部分，专注于军用和民用飞机的航空机轮、刹车控制系统和防滑刹车产品的开发与制造。北摩高科同样在军用航空制动领域占据领导地位，2021年市场份额增长至32%。博云新材专注于刹车盘的研发，而西安超码则专注于摩擦材料和热场领域的科研与生产，2021年两者的市场份额大约各占10%。优材百慕作为中航高科的子公司，虽然市场份额较小，但也是国家飞机刹车盘制造领域的领先企业之一。
表 2 国内碳碳刹车材料头部企业概况
资料来源：各公司公告、东北证券，深企投整理。
