碳基復(fù)合材料行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀研究

碳基復(fù)合材料行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀研究一、先進(jìn)碳基復(fù)合材料行業(yè)概況先進(jìn)碳基復(fù)合材料是指以碳纖維為增強(qiáng)體，以碳或碳化硅等為基體，以化學(xué)氣相沉積或液相浸漬等工藝形成的復(fù)合材料，其中碳纖維是由聚丙烯腈、瀝青或粘膠等有機(jī)母體纖維、在高溫環(huán)境下裂解碳化形成碳主鏈結(jié)構(gòu)、含碳量在90%以上的無機(jī)高分子纖維，具有出色的力學(xué)性能和化學(xué)穩(wěn)定性，目前先進(jìn)碳基復(fù)合材料被廣泛應(yīng)用到光伏、半導(dǎo)體、剎車制動等多個領(lǐng)域中。先進(jìn)碳基復(fù)合材料主要包括碳/碳復(fù)合材料產(chǎn)品（碳纖維增強(qiáng)基體碳）、碳/陶復(fù)合材料產(chǎn)品（碳纖維增強(qiáng)碳化硅）等。碳/碳復(fù)合材料的制備方法因致密化工藝的不同可主要分為化學(xué)氣相沉積法、液相浸漬法以及這兩種方法的綜合使用；碳/陶復(fù)合材料的制備方法主要包括先驅(qū)體轉(zhuǎn)化法、化學(xué)氣相沉積法和反應(yīng)溶體浸滲法等。二、先進(jìn)碳基復(fù)合材料行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀碳/碳復(fù)合材料及產(chǎn)品，主要應(yīng)用于光伏行業(yè)的晶硅制造熱場系統(tǒng)。由于光伏行業(yè)降成本需求迫切，國內(nèi)外針對熱場系統(tǒng)主要有等靜壓石墨和碳基復(fù)合材料兩種路線。光伏行業(yè)早期以及現(xiàn)階段的一些中小硅片生產(chǎn)商，大多采用石墨材料構(gòu)成的熱場產(chǎn)品作為晶體生長爐爐體的保溫材料，光伏用的碳/碳熱場材料產(chǎn)品經(jīng)過1800C-2000℃的高溫?zé)崽幚?，具備良好的耐熱沖擊性，與石墨相比，性能更優(yōu)異、壽命更長、綜合性價比更高，目前已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于光伏晶體生產(chǎn)設(shè)備中?；谙冗M(jìn)碳基復(fù)合材料優(yōu)異的性能和性價比，能夠促進(jìn)光伏行業(yè)降低成本。目前碳/碳復(fù)合材料及產(chǎn)品在光伏行業(yè)晶硅制造熱場系統(tǒng)中得到了批量應(yīng)用，坩堝、導(dǎo)流筒、保溫筒等產(chǎn)品逐步對高純等靜壓石墨產(chǎn)品進(jìn)行進(jìn)口替代及升級換代。2010年至2019年期間，坩堝、導(dǎo)流筒、保溫筒等產(chǎn)品滲透率逐年上升，其中坩堝的滲透率從低于10%上升至85%以上。三、先進(jìn)碳基復(fù)合材料行業(yè)發(fā)展前景先進(jìn)碳基復(fù)合材料及產(chǎn)品現(xiàn)階段主要應(yīng)用于單晶拉制爐、多晶鑄錠爐熱場系統(tǒng)。而單晶拉制爐，多晶鑄錠爐被用于光伏和半導(dǎo)體晶硅制造。隨著我國半導(dǎo)體行業(yè)和光伏行業(yè)的快速發(fā)展，碳基復(fù)合材料行業(yè)的發(fā)展前景廣闊。在全球能源低碳轉(zhuǎn)型以及光伏自身經(jīng)濟(jì)性的持續(xù)快速提升驅(qū)動下，光伏行業(yè)需求增長迅速，截止至2019年，全球光伏新增裝機(jī)116.9GW,其中我國光伏新增裝機(jī)30.1GW。2010年至2019年期間，我國硅片產(chǎn)量逐年遞增，且持續(xù)保持兩位數(shù)增長速度。截止至2019年，硅片產(chǎn)量達(dá)到135GW，同比增長了23.85%。先進(jìn)碳基復(fù)合材料除了運用在半導(dǎo)體和光伏行業(yè)中，在制動領(lǐng)域、密封耐磨領(lǐng)域和耐腐蝕領(lǐng)域都有廣闊的應(yīng)用前景。四、先進(jìn)碳基復(fù)合材料行業(yè)競爭格局目前先進(jìn)碳基復(fù)合材料行業(yè)中的主要企業(yè)包括德國西格里集團(tuán)、日本東洋碳素株式會社、我國金博股份、方大炭素和中天火箭旗下子公司西安超碼?？拐蹚?qiáng)度、導(dǎo)熱系數(shù)和灰分是先進(jìn)碳基復(fù)合材料行業(yè)的主要產(chǎn)品坩堝、導(dǎo)流筒和保溫筒中很重要的性能指標(biāo)，據(jù)了解，金博股份的先進(jìn)碳基復(fù)合材料坩堝抗折強(qiáng)度與西安超碼產(chǎn)品標(biāo)定值相當(dāng)，但遠(yuǎn)高于西格里和東洋碳素等靜壓石墨材料坩堝的強(qiáng)度。坩堝產(chǎn)品尺寸越大、裝料量越多，金博股份公司產(chǎn)品的高強(qiáng)度優(yōu)勢越明顯；針對導(dǎo)流筒，金博股份公司先進(jìn)碳基復(fù)合材料導(dǎo)流筒導(dǎo)熱系數(shù)僅約為西安超碼同類產(chǎn)品的1/2、西格里和東洋碳素石墨材料導(dǎo)流筒的約1/10，公司純度等級Ⅲ級＜30ppm可滿足半導(dǎo)體硅單晶生產(chǎn)要求，技術(shù)指標(biāo)行業(yè)領(lǐng)先；保溫筒方面，金博股份公司保溫筒導(dǎo)熱系數(shù)僅約為西安超碼的1/2、東洋碳素的1/12，也處于行業(yè)領(lǐng)先水平。五、先進(jìn)碳基復(fù)合材料行業(yè)發(fā)展趨勢當(dāng)前碳/碳復(fù)合材料研究的焦點主要集中在低成本制備、抗氧化、以及性能、結(jié)構(gòu)的多樣化等方面，其中，以高性能、低成本的碳/碳復(fù)合材料制備技術(shù)為研究的重點。改進(jìn)制備碳/碳復(fù)合材料的生產(chǎn)工藝，研制低成本、高性能、大尺寸、復(fù)雜結(jié)構(gòu)的碳/碳復(fù)合材料，是促進(jìn)該材料產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的關(guān)鍵，是目前碳/碳復(fù)合材料的主要發(fā)展趨勢。碳/陶復(fù)合材料作為熱防護(hù)材料和制動摩擦材料有著廣泛應(yīng)用。碳/陶復(fù)合材料的主要基體成分碳化硅具有耐高溫、高強(qiáng)度、抗氧化、耐腐蝕、耐沖擊的優(yōu)點，能滿足1650℃高溫使用，可用于航天飛機(jī)的熱防護(hù)系統(tǒng)，沖壓發(fā)動機(jī)、航天器推進(jìn)室等部件和產(chǎn)品。在光伏和半導(dǎo)體領(lǐng)域，相比于現(xiàn)有純碳基的熱場部件，碳/陶復(fù)合材料具有更好的抗硅蒸汽腐蝕能力，大幅提高產(chǎn)品的使用壽命。我國從20世紀(jì)80年代開始對作為航空航天結(jié)構(gòu)部件的碳/陶復(fù)合材料開展研究，并取得了較大進(jìn)展；但作為制動摩擦材料，直