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碳碳复合材料在科技立异方面的展开情况和未来展开趋势

先进碳基复合材料是指以碳纤维为增强体，以碳或碳化硅等为基体，以化学气相堆积或浸渍等工艺构成的复合材料，首要包含碳/碳复合材料产品（碳纤维 增强基体碳）、碳/陶复合材料产品（碳纤维增强碳化硅）等。碳纤维是由聚丙烯腈、沥青或粘胶等有机母体纤维、在高温环境下裂解碳化构成碳主链结构、含碳量在90%以上的无机高分子纤维。

碳纤维具有超卓的力学功用和化学安稳性，是现在已很多出产的高功用纤维中具有最高比强度和比模量的纤维，拥有质轻、高强度、高模量、导电、导热、耐高温、耐腐蚀、可复合性强等一系列优异功用。先进碳基复合材料工业链情况如下所示：

1、碳/碳复合材料

（1）碳/碳复合材料简介

碳/碳复合材料是由碳纤维及其织物增强碳基体所构成的高功用复合材料。该材料具有比重轻、热膨胀系数低、耐高温、耐腐蚀、摩擦系数安稳、导热导电功用好等优异功用，是制造高温热场部件和摩擦部件的最佳候选材料，被认为是 21世纪最具潜力的高温结构材料之一。

碳/碳复合材料的展开大致可划分为三个阶段：从碳/碳复合材料的发明到二十世纪六十年代中期，为根底工艺研讨阶段；从二十世纪六十年代中期到九十年 代中期为运用开发阶段，首要运用于航空航天等领域；九十年代中期到现在，为 碳/碳复合材料民用领域的开发运用阶段。

（2）碳/碳复合材料的制备方法

现在，碳/碳复合材料的制备方法因细密化工艺的不同可首要分为化学气相 堆积法、液相浸渍法以及这两种方法的归纳运用。化学气相堆积法中，基体碳与纤维结合紧密、结构可调，该法成为制备高功用碳/碳复合材料的首选方法。

1）化学气相堆积法

化学气相堆积法运用甲烷、丙烯等碳氢化合物在高温下热解产生的碳堆积在碳纤维预制体孔隙内，完结碳纤维预制体的细密化，然后得到碳/碳复合材料。

2）液相浸渍法

液相浸渍法将碳纤维预制体浸入液态浸渍剂中，通过真空、加压等措施使浸 渍剂渗入预制体的孔隙，再经固化、碳化、石墨化等一系列处理进程，终究得到碳/碳复合材料。

（3）碳/碳复合材料的展开趋势

碳/碳复合材料自20世纪60年代被发明以来，遭到军事、航空航天、以及核能工业领域的极大重视。前期碳/碳复合材料制造工艺杂乱、技术难度大、制备工艺流程长，产品制备本钱长期居高不下，其用途一贯约束在一些工作条件苛刻的部位，以及其他材料不能替代的航空航天等领域。其时，碳/碳复合材料研讨的焦点首要集中在低本钱制备、抗氧化、以及功用、结构的多样化等方面，其间，以高功用、低本钱的碳/碳复合材料制备技术为研讨的要点。化学气相堆积法是制备高功用碳/碳复合材料的首选方法，被广泛用于碳/碳复合材料制品的工业化出产，但是该技术工艺时间长，因此出产本钱昂扬。改进制备碳/碳复合材料的出产工艺，研制低本钱、高功用、大标准、 杂乱结构的碳/碳复合材料，是促进该材料工业化运用的关键，是现在碳/碳复合材料的首要展开趋势。

（4）碳基复合材料对传统石墨材料制造晶硅热场系统的技术路途替代情况

1）先进碳基复合材料热场产品相对于传统石墨材料产品具有明显功用优势

先进碳基复合材料热场产品与传统石墨产品比较，具有以下杰出长处：

1） 强度更高，产品运用寿命长，减少更换部件的次数，然后进步设备的运用率，减少维护本钱；

2）导热系数更低，保温功用更好，有利于节能增效；

3）能够做得更薄，然后能够运用现有设备出产直径更大的单晶产品，节省新设备出资费用；

4）安全性高，在反复高温热震下不易产生裂纹；

5）可规划性强，大型石墨材料成型困难，而先进碳基复合材料能够完结近净成形。

2）碳基复合材料对传统石墨材料制造晶硅热场系统的技术路途替代进程

2005年之前，晶硅制造热场系统（首要包含单晶拉制炉、多晶铸锭炉）部件首要是以等静压石墨等特种石墨为主。

2005年至2010年，先进碳基复合材料在晶硅制造热场系统领域的运用进入探索期。以发行人和西安超码为代表的国内少量优异先进碳基复合材料厂商的先 进碳基复合材料产品初步了对等静压石墨产品的进口替代。金博以单晶拉制炉热场系统部件为主攻方向，首先推出了先进碳基复合材料坩埚、导流筒等产品， 并获得了国家要点新产品称号。2011年，受日本福岛大地震影响，进口特种石墨供应严峻，先进碳基复合材料得到了批量运用机会窗口，产品数量和品种快速展开。

2012年至2015年，欧美双反政策对中国光伏工业造成极大的冲击，光伏工作下降本钱的急迫需求使得国内企业首先思变，初步斗胆尝试新材料、新工艺。在这个阶段，公司产品为光伏工作客户单晶拉制炉增大投料量、进步拉速、下降 能耗等工艺供应了新式热场规划与材料确保，推动了光伏工作的降本增效、技术进步与复苏展开。2016年起，国内光伏工业走出危机，构成全球竞争力，带动了国内光伏相关工作的快速展开，也为公司的快速展开供应了广阔的商场空间。

在十多年的展开中，以金博为代表的国内优异先进碳基复合材料厂商在晶硅制造热场细分领域完结了弯道超车，其先进碳基复合材料热场部件产品从技术、 功用、本钱、供货周期等方面领先于国外厂商的等静压等特种石墨产品，逐渐完结进口替代。

3）碳基复合材料对传统石墨材料制造晶硅热场系统的技术路途替代率程度情况

现在，先进碳基复合材料对等静压石墨等特种石墨产品的替代情况如下所示：

由上表可知，等静压石墨在高端制造领域的用途较广，高端品种依赖进口。现在先进碳基复合材料仅在光伏工作晶硅制造热场系统领域对其替代程度较高。依据先进碳基复合材料的功用优势及高端制造业国产化趋势，其对等静压石墨的替代前景广阔。

以等静压石墨坩埚为例，等静压石墨坩埚出产环节较多，产品出产周期较长， 且需求氯气或氟利昂纯化。一起，从高功用热场材料的展开趋势看，由于等静压 石墨坩埚单一的功用特色，强度不足以确保产品安全，结构和功用不可调，现已不能适应热场系统向大型化展开的趋势。单晶硅制造热场系统标准越大，替代率 越高，大于26英寸以上热场的替代优势更加明显，跟着单晶硅制造热场系统标准全体变大，基复合材料对传统石墨材料制造晶硅热场系统的替代程度更高。

由于公开商场难以获取境内外光伏工作晶硅出产热场材料等静压石墨产品和碳基复合材料产品的具体出售数据，金博依据本身产品在商场中的出售情况、不同产品在单晶拉直炉中的具体运用情况、光伏用单晶硅片的年产值情况、访谈获取首要光伏晶硅制造商的收购情况等要素，对光伏工作晶硅出产热场材料等静 压石墨产品和碳基复合材料产品占比情况（以单晶拉制炉部件运用为例）预算如下：

由上表可知，近年来，碳基复合材料的占比逐渐进步，碳基复合材料逐渐替代等静压石墨产品成为光伏用单晶拉制炉热场系统部件的首要材料，替代趋势明显。