軍工新材料產(chǎn)業(yè)化加快，為國家戰(zhàn)略型高端制造奠定扎實基礎(chǔ)

    上周國務(wù)院印發(fā)“十三五”國家科技創(chuàng)新規(guī)劃，并公布“科技創(chuàng)新2030”重大項目，加強現(xiàn)代農(nóng)業(yè)、新一代信息技術(shù)、智能制造、能源等領(lǐng)域一體化部署，推進顛覆性技術(shù)創(chuàng)新，加速引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)變革，重點發(fā)展深海、深地、深空、深藍等領(lǐng)域的戰(zhàn)略高技術(shù)。在制造業(yè)投資增長放緩的趨勢下，我們聚焦國家戰(zhàn)略型高端制造，前期已拜訪大量專家，認為若干技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化拐點正在臨近。值得重視的是，軍工新材料中的部分產(chǎn)品或率先被產(chǎn)業(yè)化，將大幅推進我國在航空、航天、軍工、核能等領(lǐng)域設(shè)備的性能水平。

    軍工新材料包括三大類，關(guān)注特種陶瓷材料

    軍工新材料包括高溫合金、碳纖維和特種陶瓷材料。其中，特種陶瓷材料和常規(guī)材料相比，具有巨大的優(yōu)勢：其密度只有高溫金屬合金的1/4~1/3，強度大、耐磨，具有良好的耐高溫、抗高溫蠕變性能，在航空、軍事和工業(yè)領(lǐng)域都可以得到應(yīng)用，尤其在航空航天發(fā)動機的熱端部件上具有優(yōu)勢。1）航空發(fā)動機領(lǐng)域：是發(fā)展高推重比航空發(fā)動機理想材料，有望取代高溫合金；2）航天領(lǐng)域：可用于火箭發(fā)動機熱結(jié)構(gòu)件、飛行器的熱防護系統(tǒng)等；3）汽車工業(yè)領(lǐng)域：提高整車性能，減輕車身重量；4）核電：可用于核電高溫部件及核燃料的包殼材料等；5）兵器：用于炮筒。

    陶瓷基復(fù)合材料國外技術(shù)壟斷，國內(nèi)供應(yīng)商稀缺

    國外少數(shù)企業(yè)正在做陶瓷基復(fù)合材料，技術(shù)壁壘極高，價格居高不下，且對中國實行技術(shù)封鎖、產(chǎn)品出口限制。國內(nèi)領(lǐng)先研究機構(gòu)主要是廈門大學(xué)特種陶瓷實驗室與國防科技大學(xué)，兩家機構(gòu)只有少量的供應(yīng)能力，國內(nèi)尚沒有噸計年產(chǎn)能供應(yīng)商。據(jù)測算，NGS公司僅是計劃供應(yīng)LEAP和GE9這兩款客機發(fā)動機就規(guī)劃了年產(chǎn)10噸的產(chǎn)能，而國內(nèi)民用和軍用航空、軍工、核電等領(lǐng)域?qū)μ沾苫鶑?fù)合材料均有需求，由此可見國內(nèi)的需求是在幾十噸量級的。

    關(guān)注火炬電子：國內(nèi)陶瓷電容領(lǐng)域龍頭，積極布局新材料業(yè)務(wù)

    公司于2015年發(fā)布定增預(yù)案，募集資金不超過人民幣10.3億元用于CASAS-300特種陶瓷材料產(chǎn)業(yè)化項目及補充流動資金項目。

    一代材料，一代制造

    航空材料介紹

    航空材料是制造航空器、航空發(fā)動機和機載設(shè)備等所用各類材料的總稱，是航空產(chǎn)品達到人們所期望的性能、使用壽命與可靠性的技術(shù)基礎(chǔ)。“一代材料，一代飛機”是航空工業(yè)發(fā)展的生動寫照 。

    由于航空材料的基礎(chǔ)地位，以及其對航空產(chǎn)品貢獻率的不斷提高，其已成為與航空發(fā)動機、信息技術(shù)并列的三大航空關(guān)鍵技術(shù)之一，也是對航空產(chǎn)品發(fā)展有重要影響的六項技術(shù)之一。 美國空軍在2025年航空技術(shù)發(fā)展預(yù)測報告中指出，在全部43項航空技術(shù)中，航空材料的重要性位居第二。此外，先進材料技術(shù)還被列為美國國防四大科技（信息技術(shù)、材料技術(shù)、傳感器技術(shù)和經(jīng)濟可承受性技術(shù)）優(yōu)選項目之一，是其它三項技術(shù)的物質(zhì)基礎(chǔ)及重要組成部分。

    按照應(yīng)用領(lǐng)域可以分為制造航空器與航空發(fā)動機的結(jié)構(gòu)材料與制造機載設(shè)備的功能材料；又可以按照材料本身劃分為：金屬及合金材料、半導(dǎo)體材料（無機非金屬）、和大類材料結(jié)合復(fù)合材料。

    軍工新材料產(chǎn)業(yè)化加快，為國家戰(zhàn)略型高端制造奠定扎實基礎(chǔ)

    上周國務(wù)院印發(fā)“十三五”國家科技創(chuàng)新規(guī)劃，并公布“科技創(chuàng)新2030”重大項目，加強現(xiàn)代農(nóng)業(yè)、新一代信息技術(shù)、智能制造、能源等領(lǐng)域一體化部署，推進顛覆性技術(shù)創(chuàng)新，加速引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)變革，重點發(fā)展深海、深地、深空、深藍等領(lǐng)域的戰(zhàn)略高技術(shù)。

    在制造業(yè)投資增長放緩的趨勢下，我們聚焦國家戰(zhàn)略型高端制造，前期已拜訪大量專家，認為若干技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化拐點正在臨近。值得重視的是，軍工新材料中的部分產(chǎn)品或率先被產(chǎn)業(yè)化，將大幅推進我國在航空、航天、軍工、核能等領(lǐng)域設(shè)備的性能水平。

    軍工新材料三大類，關(guān)注特種陶瓷材料

    陶瓷基復(fù)合材料是各國斥巨資投入研發(fā)重點，下游應(yīng)用范圍廣。

    陶瓷材料具有耐高溫、耐磨損、耐腐蝕和重量輕等性能。在陶瓷基體中引入作為增韌材料的第二相材料形成的陶瓷基復(fù)合材料可以很大程度提升其韌性，同時保有其原本的高溫耐磨等優(yōu)良特性，增韌體從幾何尺寸上可分為纖維、晶須和顆粒等。陶瓷基復(fù)合材料的制作工藝主要包括高溫固相燒結(jié)、先驅(qū)體轉(zhuǎn)化陶瓷（Precursor Derived Ceramics，PDC）和化學(xué)氣相滲透（Chemical Vapor Infiltratio，CVI）等。

    和常規(guī)材料相比，陶瓷基復(fù)合材料具有巨大的優(yōu)勢：其密度只有高溫金屬合金的1/4~1/3，強度大、耐磨，具有良好的耐高溫、抗高溫蠕變性能，在航空、軍事和工業(yè)領(lǐng)域都可以得到應(yīng)用，尤其在航空航天發(fā)動機的熱端部件上具有優(yōu)勢。

    陶瓷基復(fù)合材料可應(yīng)用于航空航天、軍事和工業(yè)領(lǐng)域，未來一旦取代高溫合金在航空航天熱端部件上的應(yīng)用，發(fā)展空間無限。

    航空發(fā)動機領(lǐng)域：是發(fā)展高推重比航空發(fā)動機理想材料，有望取代高溫合金

    現(xiàn)代航空發(fā)動機追求的目標就是不斷提高推重比，推重比的增加會導(dǎo)致燃氣渦輪發(fā)動機的渦輪前溫度進一步升高，傳統(tǒng)鎳基高溫材料已經(jīng)難以滿足設(shè)計工況的使用要求。陶瓷基復(fù)合材料是制造高推重比航空發(fā)動機理想的耐高溫結(jié)構(gòu)材料：

    密度小：該材料的密度僅為常規(guī)鎳基合金的30％，可以減輕部件重量；

    耐高溫：在不用空氣冷卻和熱障涂層的情況下，長期工作溫度可比高溫合金提高200℃以上，可降低冷卻空氣用量，提高渦輪前溫度和效率，從而能夠提高發(fā)動機的推重比。

    目前，陶瓷基復(fù)合材料的研究與應(yīng)用已經(jīng)從難度較低的低溫、低載荷靜止部件發(fā)展到應(yīng)用難度較大的高溫、高載荷轉(zhuǎn)動件：

    航天領(lǐng)域：可用于火箭發(fā)動機熱結(jié)構(gòu)件、飛行器的熱防護系統(tǒng)等

    用于火箭發(fā)動機熱結(jié)構(gòu)件：

    陶瓷復(fù)合材料耐熱沖擊性高，對液體推進劑化學(xué)穩(wěn)定性高，比金屬材料耐高溫，具有較高的抗蠕變性，作為耐燒蝕材料和高溫結(jié)構(gòu)材料在國外多種火箭發(fā)動機上得到廣泛應(yīng)用。

    用于航天飛行器的熱防護材料：

    高超聲速飛行器對材料性能的目標要求是在高溫狀態(tài)下也能保持高的強度系數(shù)（Specific Strength，強度/密度），從圖中可以看出，金屬基復(fù)合材料與高溫合金等材料在低溫下有較大的強度系數(shù)（Specific Strength，強度/密度），但在2000℉附近強度系數(shù)迅速下降，溫度達到2000℉以上時，強度系數(shù)已經(jīng)很低；而陶瓷基復(fù)合材料在2000~4000℉的溫度下仍能保持較高的強度系數(shù)，是飛行器的理想防熱材料。例如美國x-37試驗飛行器的控制面熱結(jié)構(gòu)就采用的就是陶瓷基復(fù)合材料，能承受的溫度均在2000℉以上。

    汽車工業(yè)領(lǐng)域：提高整車性能，減輕車身重量

    陶瓷基復(fù)合材料用于汽車工業(yè)主要用于提高發(fā)動機熱效率、汽車制動、減震以及噴涂方面，可以有效地減輕了整車的重量，很大程度上提高整車性能。

    其他領(lǐng)域：可用于核電、軍工、工業(yè)等其他領(lǐng)域

    核電：可用于核電高溫部件及核燃料的包殼材料等；

    兵器：用于炮筒

    用于耐磨機械零件及研磨介質(zhì)：使研磨效率提高，摻雜減少；

    用于防護裝置：陶瓷基復(fù)合材料強度、剛度大，將其作為防彈裝甲、保險柜防護層等均由較好地效果。

    陶瓷基復(fù)合材料國外技術(shù)壟斷，國內(nèi)供應(yīng)商稀缺

    國外少數(shù)企業(yè)正在做陶瓷基復(fù)合材料，技術(shù)壁壘極高，價格居高不下，且對中國實行技術(shù)封鎖、產(chǎn)品出口限制。國內(nèi)陶瓷基復(fù)合材料的領(lǐng)先研究機構(gòu)主要是廈門大學(xué)特種陶瓷實驗室與國防科技大學(xué)，兩家機構(gòu)只有少量的供應(yīng)能力，國內(nèi)尚沒有噸計年產(chǎn)能供應(yīng)商。

    國內(nèi)需求預(yù)測幾十噸量級，目前尚無噸計年產(chǎn)能供應(yīng)商。NGS公司僅是計劃供應(yīng)LEAP和GE9這兩款客機發(fā)動機就規(guī)劃了年產(chǎn)10噸的產(chǎn)能，而國內(nèi)民用和軍用航空、軍工、核電等領(lǐng)域?qū)μ沾苫鶑?fù)合材料均有需求，由此可見國內(nèi)的需求是在幾十噸量級的。

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責任編輯：王元

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