与传统材料相比，碳/碳复材具有更优异的耐热、力学性能和寿命，目前已替代石墨成为光伏热场的主流材料，在锂电、汽车、特种等行业也有广阔应用前景。我们认为随着成本持续下降，碳/碳复材有望拓展至锂电负极领域替代石墨热场，并实现汽车制动盘的0-1突破，预计2025年合计市场空间约170亿元；随着行业快速扩容，工艺技术与制造产能领先的行业龙头将充分受益。

碳碳复合材料：未来工业的明星材料

1、基本概念

碳碳复合材料是由碳纤维或碳纳米管增强碳基体复合而成的材料。其中，碳纤维或碳纳米管起增强作用，而碳基体则作为连续相，形成一种独特的结构。这种材料具有高强度、高模量、耐高温、耐腐蚀、抗疲劳、抗蠕变、导电、传热等特性，使其在众多领域具有广泛的应用前景。

2、制备方法

制备碳碳复合材料的方法主要有两种：化学气相沉积和炭化。

化学气相沉积

化学气相沉积是一种在一定温度和压力下，通过气态物质在材料表面或内部发生化学反应，形成固态沉积物的过程。这种方法可以在材料表面或内部制造出高纯度、高密度的碳基体，从而提高材料的强度和硬度。但是，化学气相沉积的制备过程较为复杂，成本较高，限制了其广泛应用。

炭化

炭化是一种将有机物在无氧或缺氧条件下加热分解，形成碳基体的过程。通过控制炭化条件，可以制备出具有不同性能的碳碳复合材料。与化学气相沉积相比，炭化方法制备的碳碳复合材料具有更高的成本效益和更大的生产规模。然而，炭化过程中可能会产生一些残留物，影响材料的纯净度。

3、性质及应用领域

物理性质

碳碳复合材料具有高密度、高强度、高模量、耐高温、耐腐蚀、抗疲劳、抗蠕变、导电、传热等特性。这些特性使得碳碳复合材料在许多领域具有独特的优势。

化学性质

碳碳复合材料的化学性质稳定，可以在高温和强腐蚀环境下保持其结构和性能的稳定性。此外，碳碳复合材料还具有良好的抗氧化性能，可以在高温下抵抗氧化侵蚀。

机械性质

碳碳复合材料具有高强度、高模量、抗疲劳、抗蠕变等机械性质，使其在各种复杂环境下保持良好的力学性能。这些特性使得碳碳复合材料成为制造高性能零部件和结构材料的理想选择。

4、应用领域

（1）工业领域：由于碳碳复合材料具有高强度和抗疲劳性能，可以广泛应用于各种机械零部件，如轴承、齿轮、活塞等。此外，碳碳复合材料还可以用于制造高温炉具和热交换器等。

（2）航空领域：由于碳碳复合材料具有优异的耐高温性能和抗氧化性能，可以广泛应用于航空航天领域。例如，制造飞机发动机零部件、火箭箭体、卫星结构件等。

（3）汽车领域：碳碳复合材料可以用于制造高性能汽车零部件，如发动机活塞、气缸套、齿轮等。此外，还可以用于制造汽车结构件和车身面板等。

三大需求驱动碳碳热场市场快速成长

硅片环节积极扩产，碳碳材料热场新增需求有望快速增长：单晶硅片环节积极扩产，其中，隆基股份预计在 2022 年以后在曲靖、丽江和鄂尔多斯共扩建 86GW 拉棒产能，中环股份在宁夏扩建 50GW 单晶硅棒产能，上机数控、京运通、亿晶光电、通威股份、双良节能、高景太阳能等企业亦有较大的扩产计划。下游龙头企业积极扩产，大幅新增单晶炉装机量，碳碳复合材料热场的新增需求有望快速增长。

热场部件耗材属性，替换需求空间广阔

高温硅蒸汽腐蚀以及冷热交变对热场部件损耗较大，因此热场部件具有消耗品属性，需要定期更换。根据金博股份公司招股书，坩埚的使用寿命较短，约为 6-8 个月， 保温筒和导流筒的使用寿命较长，分别为1年半、2 年左右。随着热场存量产能的不断增加以及碳碳复合材料在存量热场中的渗透率不断提升，原部件的替换、更新需求量将不断释放，需求空间广阔。

硅料供需有望逐步宽松，硅片环节开工率回升有望推动替换需求

根据我们对各相关公司公告等公开信息的统计，2022 年下半年通威股份、新特能源、亚洲硅业、东方希望、协鑫科技等行业第一梯队企业均有产能逐步释放，预计到 2022 年底国内硅料月产出有望达到 9 万吨，全球月产出有望达到 10 万吨，相比当前产量增长幅度有望超过 40%。从目前扩产进度靠前的各家企业实际情况来看，我们预计接下来更大规模的硅料投产高峰在2023H2 到来，预计 2023Q3-Q4 第一梯队企业有效产能对应年化装机需求分别约420GW、460GW，在目前的预期需求水平下供需比将超过 120%，如将青海丽豪、 晶诺新能源等新进入产能考虑在内，届时行业有效产能对应年化装机需求预计超过 500GW，供需比约130%。在硅料供给逐步宽松的情况下，硅片环节开工率有望回升，碳碳热场替换需求有望进一步提升。

光伏热场：实现石墨材料向碳/碳复材的转变

光伏制造中，热场系统主要用于硅片制造中的长晶环节，由坩埚、导流筒、保温筒、加热器、板材等耗材构成，是承接硅料的重要设备环节。核心热场部件传统上采用高纯石墨材料，长期以来存在成本高、供货周期长、依赖进口等问题。与之相比，碳/碳复材无论在性能和寿命上都优势显著，寿命通常是石墨的3倍以上，而价格仅略高于石墨坩埚的2倍左右，具备高性价比，因此在热场系统中迅速得到推广和应用。

光伏硅片尺寸大型化趋势下直拉单晶硅炉坩埚直径不断加大。从2013年2021年，直拉单晶硅炉坩埚直径从24-28寸逐渐升级到36寸，炉坩埚直径愈大，对热场部件尺寸和强度需求愈高，而石墨在高温热震条件下容易发生安全隐患，一旦坩埚损坏，熔融的硅料会把炉底烧穿，大投料量下损失巨大，从而加速碳/碳复材替代。

2010 至 2021年间，光伏领域碳/碳复材渗透率有了质的飞跃。我们估计目前碳/碳复材整体渗透率已达到70%-80%，其中坩埚渗透率超95%，基本达到天花板；而导流筒和保温筒渗透率分别为60%和55%以上，未来仍有一定的渗透空间。加热器对材料的力学、化学、热学、电学性能有较高的要求，同时形状较为复杂，制备难度较大，因此渗透率不超过5%，是未来光伏热场渗透率继续提升的主要发力方向，此外紧固件（螺栓螺母）等也开始了石墨向碳碳的转化。

总结

目前碳碳复合材料主要应用领域为光伏热场材料、军工、刹车盘、半导体、四大块，军工领域比较封闭，刹车盘市场比较小，所以主要还是光伏和半导体两大行业都有巨大的发展空间，未来随着光伏和半导体行业的产业升级、降成本进程不断推进，预计C/C等先进碳基复合材料将替代石墨材料，成为光伏产业、半导体产业晶硅制造热场系统部件的主要材料，拥有巨大的市场空间，但是也还存在着一些问题如何提高碳/碳复合材料领域企业的研发能力？这些都是有待解决的。