中国粉体网讯 军工新材料为国防安全提供了保证，是高技术的先导和基础。根据目前我国对于军队建设以及高端装备更新的重视程度，随着强军政策不断深化，“十四五”期间高端军工材料有望迎来进一步爆发。
一、军工新材料
军用新材料的种类较多，按其用途可分为结构材料和功能材料两大类。结构材料主要用来做军工装备的承力构件，典型的如飞机机身及舰船船体所用各类合金（高强合金钢、钛合金、镁合金、铝合金、铝锂合金等）、特种结构陶瓷、复合材料（按基体分为金属基、陶瓷基、聚合物基、炭基）、航空发动机及燃气轮机所用高温合金等；功能材料主要用来实现非力学功能，如吸波隐身材料、红外光学材料、耐磨材料等。
为实现“十四五”跨越式武器装备建设，新一代航空主机性能将有望持续提升，整机质量减轻、强度提升、推重比加大或将成为重点目标，钛合金、纤维、高温合金等军用新材料将为“跨越式武器装备”提供基础支撑。其中在碳纤维、陶瓷纤维等前沿领域，国内能够掌握核心技术和生产能力的厂商极少，稀缺性强。
图片来源：天风证券
根据中国军网数据显示，2020年我国国防预算达到12680亿元，相比2018年增速为6.6%。目前我国军费支出水平稳居全球第二，装备费占比达41.1%，占军费比例逐年扩大，国家坚定不移地走特色强军之路将为我国军工行业带来高景气度。据预测，军工的增速在未来两年呈现加速态势，未来10到15年有望迎来了黄金时代。面对较好的市场前景，相关军用纤维企业也应“加速度”，抢滩布局。
二、碳纤维
碳纤维是一种碳含量在90%以上的高强度高模量纤维材料，具有密度低、质量轻、强度大、耐高温等特点，因其操作工艺复杂、生产成本高昂，是复合材料领域集大成之作，被誉为“黑色黄金”。
碳纤维在军工领域的应用
在火箭、导弹上的应用
碳纤维凭借耐烧蚀和轻质高强的特点被广泛应用于火箭的助推器、防护罩、发动机罩和导弹壳体、发射筒等结构。碳纤维复合材料可以减轻火箭和导弹的质量，加大火箭和导弹的射程，提高落点的精度。
在军用飞机上的应用
碳纤维因其“轻而强”和“轻而硬”的特性，被广泛应用于战斗机和直升机的机体、主翼、尾翼、刹车片及蒙皮等部位，起到了明显的减重作用，大大提高了抗疲劳、耐腐蚀等性能。
在个体防护方面的应用
碳纤维及其复合材料防弹盔甲质量轻，导热、散热性好，能即时将子弹的冲击能量迅速、快捷地分散到整个面积上，穿透层数少、凹陷度小，对身体有效防护。
军事方面的其他应用
高模量碳纤维质轻、刚性，尺寸稳定性和导热性好，以高强高模碳纤维为增强体的复合材料在卫星承力筒、桁架、夹层面板及电池板支架、太空站和天地往返运输系统上的一些关键部件上都得到了广泛应用，已成为“理想的天线结构材料”。此外，还可用于碳纤维炸弹、军用箱、压力容器等。
碳纤维及复合材料在F35-A/B/C型战斗机上的应用
资料来源：Lockheed Martin，华安证券研究所
全球碳纤维市场：需求量以10%+的速度增长
全球碳纤维市场需求量长期持续增长，由2008年的3.6万吨增长至2019年的10.4万吨，CAGR10%，2016-2019年增速有所提升，保持在10%-12%之间，2019年同比增长12%。
全球碳纤维需求量持续提升（单位：千吨）
资料来源：2019全球碳纤维复合材料市场报告
2019年全球碳纤维市场为28.70亿美元，同比增长11.64%。各应用领域碳纤维价值总量方面，应用于航空航天领域的碳纤维由于要求较高，价值总量占比达到49%，平均单价达到约60美元/kg，均明显高于其他领域。
2019年全球各应用领域碳纤维价值总量及占比（单位：百万美元）
资料来源：2019全球碳纤维复合材料市场报告
国内碳纤维市场：近年需求量以20%+速度增长
国内碳纤维市场需求量增长速度，由2008年的8200吨增长至2019年的37840吨，CAGR14.9%，2017-2019年同比保持20%以上增长，增速明显高于全球平均水平。国内2019年消费的37840吨碳纤维中，国产产品为12000吨，仍有25840吨即总量的2/3以上的碳纤维需要进口，国内碳纤维市场规模达到8.24亿美元，同比增长15.96%。
国内碳纤维需求量持续提升（单位：吨）
资料来源：2019全球碳纤维复合材料市场报告
国内市场国产碳纤维占比持续提升
资料来源：2019全球碳纤维复合材料市场报告
此外，国内碳纤维复合材料市场，2019年市场总需求量5.82万吨，同比上升22%，增速远超全球增速。各应用领域碳纤维价值总量方面，用于航空航天的碳纤维复合材料单价较高，2019年约可达7000元/kg。因此从金额上，碳纤维复合材料航空航天领域的市场规模占较大比例，达到35%。
2019年国内各应用领域碳纤维复合材料价值总量及占比（单位：亿元）
资料来源：2019全球碳纤维复合材料市场报告
全球竞争格局-寡头垄断
日美企业仍然占据了全球碳纤维大部分市场。东丽公司在收购卓尔泰克后，进一步巩固了其碳纤维霸主地位；欧洲SGL在汽车用碳纤维领域持续深耕；美国氰特、赫克赛尔依托于军品订单和技术积累，保持着领先优势。
全球碳纤维企业产能、产量对比
资料来源：全球碳纤维复合材料市场报告，华安证券研究所
国内企业抢滩布局
近年来，我国碳纤维产业逐步走出低谷期，产能利用率不断提高，国内市场的进口依赖度逐年下降。至2019年，进口碳纤维占比下降至69%，预计到2025年进口碳纤维占比将进一步下降至55.9%。国内碳纤维产业正从低谷期逐渐恢复，光威复材、中简科技等优秀的碳纤维生产企业以技术积累和创新为基础，以稳健的步伐进行产能扩张和市场开拓。
我国碳纤维生产企业产能及在建产能
资料来源：全球碳纤维复合材料市场报告，华安证券研究所
三、高性能陶瓷纤维
陶瓷纤维是纤维增强陶瓷基复合材料的增强体，对提高陶瓷基复合材料的强度和韧性起关键作用，高损伤容限和高强度陶瓷纤维是阻止裂纹扩展实现陶瓷基复合材料强韧化的保障。
高性能陶瓷纤维在军工领域的应用
碳化硅纤维
连续碳化硅（SiC）纤维是一种具有较高抗拉强度、抗蠕变性能、耐高温、抗氧化及与陶瓷基体良好相容性的陶瓷纤维，在航天、航空、兵器、船舶和核工业等高技术领域具有广阔应用前景。连续SiC纤维增韧的陶瓷基复合材料不仅比强度高、比模量高、热稳定性好，而且抗热震冲击能力强，可应用于航天飞行器的头部和机翼前缘，航空航天发动机的燃烧室喷管、整体导向器、整体涡轮、导向叶片、涡轮间过渡机匣、尾喷管等表面温度高、气动载荷大的区域。
氮化硅纤维
连续Si3N4纤维是指由有机先驱体转化法制备的以Si、N为主元素、同时含有C、O等杂质元素的高性能连续陶瓷纤维。该纤维一般呈非晶态结构，它保留了Si3N4陶瓷高强度、耐高温、抗氧化、耐化学腐蚀等特性，是高温结构复合材料的理想增强体。此外，它具有高温电阻率高、导热率低的特点，在高温电绝缘、高温隔热等领域中也具有广泛的应用前景。有望替代石英纤维，用于制备新一代高马赫数导弹天线罩。
氮化硼纤维
BN纤维由于其兼备了BN陶瓷材料以及纤维材料所特有的优异性能。目前开发的BN纤维的制品有连续BN纤维、短切BN纤维、BN纤维布、BN纤维毡等。利用这些制品制备的烧蚀防护材料、抗中子-电子和r射线绝缘介质材料、耐热和隔热材料、高温过滤材料、电器绝缘材料和纤维增强复合材料广泛应用于航空航天、核工业、军工及新能源行业。
氧化铝纤维
Al2O3陶瓷纤维具有表面活性高，机械强度高、弹性模量大、热导率小、绝缘性好、抗化学侵蚀能力强等优点，是一种综合性能优良的工程材料，在工业及航空、航天领域中有着重要的作用。
氧化锆纤维
在航空航天和军事装备工业方面，ZrO2纤维优异的耐高温性能是火箭和航天器理想的柔性隔热材料；以ZrO2纤维为基体的隔膜是空间卫星用镍氢电池的核心部件，已在欧美的空间卫星上普遍使用；ZrO2纤维增韧的陶瓷装甲可以提高坦克、直升机等军事装备的抗打击能力，提高其战斗力。
相对而言，国内SiC纤维的研发及产业化稍微好一点。SiC纤维位于SiC/SiC陶瓷基复合材料的上游,是整个产业链至关重要的一环，世界上仅日本和美国能批量提供通用级和商品级的SiC纤维，也是巴黎统筹会禁运军事敏感物资。火炬电子目前的CASAS-300特种陶瓷材料以技术独占许可的方式,掌握了“高性能特种陶瓷材料”产业化的一系列专有技术,形成了“高性能特种陶瓷材料”的核心技术,该技术属国内首创,处于国内、外同行业的领先水平。
四、石英纤维
石英纤维是由石英玻璃拉制而成的纤维，具有强度高、介电常数和介电损耗小、耐高温、膨胀系数小、耐腐蚀、可设计性能好等一系列独特的优点。
石英纤维的应用包括：导弹、飞机、卫星雷达罩；卫星、军舰天线；电磁窗（干扰、反干扰设备）隐身技术的结构材料（飞行器、军舰、潜艇）；高频印刷电路板（便携式电话科技、超级计算机）；各种高温环境隔热：飞行器发动机环境，机身防火屏障，空间运载火箭的热防护，火箭推进器的绝热等；汽车玻璃制造工业；半导体工业的绝热材料；高温气体过滤；高温催化基材；绝热保温材料；取代硅酸盐/石棉纤维；等等。
创建于1966年的湖北菲利华石英玻璃股份有限公司，是全球少数几家具有石英纤维批量生产能力的制造商，也是中国航空航天等领域唯一的石英纤维供应商。其产品包括石英纤维纱、超细石英纤维丝、定长石英纤维丝、石英纤维棉、石英纤维布等，产品广泛用于机载雷达罩、航天器隔热和耐高温结构上。
小结
在军事装备现代化、民用产品高性能化、生产过程标准化、技术进步高速化发展的今天，高性能纤维，以及高性能纤维增强的复合材料已在各领域发挥重要作用。随着军工产业的发展，碳纤维及其复合材料等覆盖率和渗透率的不断提升，以及自主能力建设和进口替代的要求，军工应用需求保持稳定增长。光威复材、中简科技、中航高科、火炬电子、菲利华，以及钛合金、高温合金领域的宝钛股份、西部超导、钢研高纳等企业应发挥龙头优势，积极布局，共促我国军工产业的发展。
参考资料：
李建利等.碳纤维及其复合材料在军工领域的应用
陈代荣等.连续陶瓷纤维的制备、结构、性能和应用：研究现状及发展方向
华安证券.中国碳纤维行业领军者
乐晴智库.军工新材料全景梳理
央视财经、金融界、投资快报、国海证券、前瞻产业研究院、菲利华官网等
（中国粉体网编辑整理/黑金）
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