（获取报告请登陆未来智库www.vzkoo.com）

一、军工复材产业链投资价值分析

我国军工复材产业目前正处于成长期，我们认为未来整体盈利水平有望呈现出持续上升的 态势。根据行业生命周期理论，行业从出现到完全退出社会经济活动需要经历幼稚期、成 长期、成熟期和衰退期四个阶段。军工复材技术发展至今已逐渐成熟，在*器武**装备中的应 用越来越广泛，应用比例也越来越高，如我国四代机复材应用量占结构重量比例已达 20%， 伴随着下游军工产业发展，军工复材需求有望快速增加，从事军工复材研制生产的企业也 越来越多。军工复材产业目前具有需求高速增长、技术渐趋定型、产业竞争状况愈发明朗、 企业进入壁垒较高等特点，结合产业周期发展的特点，我们认为军工复材产业目前正处于 成长期，行业企业具有较高的利润率及较旺盛的市场需求。

军工复材发展历程就是一个不断突破国外*锁封**的过程，是国家近年重点支持、鼓励发展的 产业之一。由于碳纤维、石英纤维、碳化硅纤维及其复材应用领域特殊，以及对*器武**装备 性能提升明显，在发展之初均面临国外的技术和设备*锁封**，导致初期发展较为困难。经过 一段时间技术积累后，在国家重大计划及政策的扶持与牵引下，即实现了快速突破。

我国*用军**复材技术 发展多年，已经具备较好基础，未来伴随着这些专项计划的逐步实施，有望进一步加快复 合材料的技术提升以及应用推广。

……

二、复材性能优异，在国内外国防领域应用越来越多

复材技术与*器武**装备发展相辅相成，我国仍有较大提升空间

复合材料是指由有机高分子、无机非金属或金属等几类不同材料通过复合工艺组合而成的 新型材料，它既能保留原有组分材料的主要特色，又通过材料设计使各组分的性能互相补 充并彼此关联与协同，从而获得原组分材料无法比拟的优越性能。

复材早期主要作为功能件应用于*器武**装备，目前已经能够用做主承力结构件。复材从 20 世纪 60 年*开代**始在军事装备中取得应用并暂露头角，早期由于价格高、产量低、某些性 能不高，主要作为功能件，使用量不大。例如，这一时期玻璃纤维增强复合材料开始用于 *用军**飞机的整流罩、襟副翼等位置；美国的“北极星”战略导弹开始使用玻璃钢复材；巡 逻炮艇的甲板室也开始使用复合材料。随着设计/制造工艺技术的完善、发展和创新，复合 材料成本不断下降，性能不断提升，生产规模不断扩大，目前已经能够作为主承力结构件， 在航空、航天、兵器、舰船等多个军工领域获得了重要应用。

伴随着*器武**装备的不断发展，对减重、隐身、耐冲击、耐高温等性能要求越来越高，传统 材料越来越难以满足多项要求，复材成为军事装备发展的重要基础，其应用水平也已成为 衡量*器武**装备发展的先进性标准之一。现代高科技战争要求*器武**装备具有快速反应、高机动、突防一体化、远程精确打击等特点，促进了*器武**装备从结构到功能的飞跃转变，复合 材料具有高比强度、高比模量、耐高温、抗腐蚀、耐疲劳、材料结构功能一体化、设计制 造一体化和易于成型大型构件的特点，在*器武**装备的减重、耐冲击高强度防御、耐高温、 隐身等领域得到广泛应用，促进了*器武**装备的轻量化、高性能、功能化以及智能化，已成 为发展高技术*器武**的重要物质基础之一，同时近年来复材技术不断取得突破，成本的下降 使得复材应用更为广泛。总的来看，复材技术与装备发展相辅相成，互相促进，即复材制 备与应用技术发展推动了装备升级，装备不断发展也倒逼了复材技术不断进步。随着国内 外复合材料的设计与加工能力逐步上升，成本进一步下降，未来复合材料在*器武**装备的应 用将会进一步提升。

美国与日本是较早开展复材制备与应用的国家，技术较成熟，在*器武**装备与民用航空中应 用比例较高。据 2015 年发表的《复合材料在新一代大型民用飞机中的应用》文献，美国 F-35 战斗机复合材料应用比例达到 35%；大型民用客机 B787 及 A350XWB 分别达到结 构重量的 50%和 52%；美国新型*用军**运输机 ACCA 则以整体模成型的方式建造飞机，整 个飞机机体复合材料比例高达 65%，整机减重甚至可达 25%以上。

随着国内装备不断发展，复材制备技术的逐步成熟，装备中复材应用比例也在不断提升， 但总体水平与国外仍存在差距，未来仍有较大提升空间。据 2014 年发表的《先进复合材 料在*用军**固定翼飞机上的发展历程及前景展望》文献，我国四代机复材应用比例占整机结 构件的 20%左右，而国外先进战斗机复材应用比例可达 35%；我国大型舰船尚未采用复 合材料上层建筑，美国已在 DDG1000 型驱逐舰的前 2 艘采用了复材上层建筑，大幅提升 了舰艇隐身能力。

复材在战斗机上应用比例逐步提升，且已经能够用作主承力结构件

随着增强材料、基体以及复材制备技术发展，复合材料在*用军**飞机上的用量逐步提升，据 2006 年发表的《飞机结构用先进复合材料的应用与发展》文献，2000 年以后世界先进军 机上复合材料的用量占全机结构重量的 20%~50%不等。复材在国外*用军**战斗机上的应用 经历了“小受力件→次承力件→主承力件→起落架应用”4 个阶段，从初期只能应用于受 力较小的部件，发展到目前已经能够应用于主承力结构件以及起落架上。

1. 第一阶段，主要用在舱门、口盖、整流以及襟副翼、方向舵等受力比较小的部件上。 20 世纪 60 年代初，玻璃纤维增强复合材料开始用于*用军**飞机的整流罩、襟副翼等。 这个时期复合材料的力学性能相对而言还比较低，所制造的航空制件的受力水平相应 较小，制件尺寸也较小。

2. 第二阶段，复合材料开始应用于军机的垂直尾翼、水平尾翼的壁板等次承力结构件上， 这一阶段复材应用比例可达 5%。如美国 F-14 战斗机在 1971 年把硼纤维增强的环氧 树脂复合材料应用于平尾上，成为复合材料发展史上的一个里程碑。此后，连续碳纤 维增强的复合材料应用于 F-15、F-16、米格-29、幻影 2000、F/A-18 等飞机的尾翼 上。自 20 世纪 70 年代初至今，国外军机尾翼级的部件均已用复合材料制造，一般如 果一架军机的垂尾、平尾全部采用复合材料，则这些部位的重量可占结构总重的 5% 左右。

3. 第三阶段，复合材料逐步应用在军机的机翼、机身等主要承力结构上，复材应用比例 达 20%~50%。美国原麦道飞机公司于 1976 年率先研制了 F/A-18 飞机的复合材料机 翼，并于 1982 年进入服役，把复合材料的用量提高到了 13%，成为复合材料应用发 展史上的又一个重要的里程碑。此后，国外军机群起仿效，世界各国所研制军机的机翼一级的部件几乎无一例外地都采用了复合材料，如美国的 AV-8B、B-2、F/A-22、 F/A-18E/F、F-35，法国的“阵风”，瑞典的 JAS-39，欧洲英、德、意、西四国联合 研制的“台风”，俄罗斯的“金雕”等，目前世界先进军机上复合材料用量占全机结 构重量的 20%~50%不等。

4. 第四阶段：复合材料在起落架上的应用，由于在起落架上的应用是替代钢件而不是铝 件，因此进一步提升了减重空间。与传统金属材料制成的起落架相比，复合材料起落 架更耐用、重量更轻、更耐腐蚀且生产成本更低。此外，复合材料起落架的生产周期 更短，通常只需 2~3 个月，而很多传统金属材料起落架的交付时间却长达 2 年。目 前美国 F-16 战斗机的复材起落架后撑杆已完成验证飞行；法国“阵风”战斗机也在 起落架上使用碳纤维复合材料。

我国四代机之前，复材的应用范围仅限于尾翼、鸭翼等次承力结构上，用量占比不到 10%， 四代机复合材料用量有了明显突破，复材用量达到整机结构件的 20%左右。复合材料在 国内*用军**飞机的设计研究工作起步并不算晚，自 20 世纪 60 年代末 70 年代初起，国内相 关单位相关科研人员就着手于将先进复合材料应用于国内战斗机上，先后开展了歼-8 和某 型强-5 的尾翼和前机身的复合材料应用研究工作。此后新设计的军机上都采用了复合材料， 如歼-10 战机用量占到 6%，歼-11 战机用量占到 9%，但一般均未超过 10%。最新研制成 功的四代战机复合材料用量有了较明显的突破，复合材料用量占到了整机结构件的 20%左 右，并且将目标用量增加至 29%。

直升机机体和桨叶使用复材比例较高

复材在直升机上的使用，促进了直升机技术的飞跃，机体结构复合材料用量现已成为衡量 新一代直升机技术先进水平的重要标志之一。纵观近代直升机的发展进程，直升机经历了 两次重大技术飞跃。第一次技术飞跃为 20 世纪 60 年代涡轴发动机的应用，第二次技术飞 跃为 20 世纪 70 年代复合材料的应用，复材旋翼桨叶在直升机上的应用，不仅使桨叶的寿 命大幅提升，而且可以实现桨叶优化设计，显著改善了旋翼气动性能。20 世纪 70 年代研 制的第三代直升机几乎都采用了复合材料旋翼桨叶，80 年代以来研制的*四代第**直升机还 在机体结构中大量采用复合材料，用量已占到结构质量分数的 35%～50%，近年来甚至出 现了全复合材料直升机，复合材料在旋翼系统和机体结构上的大量使用成为第三和*四代第** 直升机的主要技术特征。

近年复材在国外直升机中的应用也越来越多，部分机型复材占机体结构重量比达 50%以 上，甚至产生了全复合材料机体直升机（NH-90 直升机），复材占比高达 95%。复合材料 具有轻质、高比强度、高比刚度及可设计性强等优点，将其用于直升机结构上，可有效实 现结构减重，提高飞行性能、安全性和可靠性，因此近几十年来复材在直升机上的应用比 例越来越高。据 2016 年发表的《直升机复合材料应用现状与发展》文献， RAH-66 科曼 奇直升机机体采用了大量的碳纤维/环氧、芳纶/环氧和蜂窝芯材，占机体结构重量的 54%； NH-90 直升机复材用量占比高达 95%，采用了全复合材料机体，仅动力舱平台及其隔板 采用金属件，其余全部采用碳纤维复合材料、芳纶复合材料和 NOMEX 蜂窝芯材，旋翼系 统采用了碳纤维复合材料和玻璃纤维复合材料，与全金属结构相比，零件数量减少 20%， 质量减轻 15%，生产成本降低 10%。

我国直升机复材应用研究较早，目前国内在研和在役直升机均大量使用复材。20 世纪 80 年*开代**始研发的直-9 型直升机就大量采用了复合材料，主要用于主桨叶、涵道大垂尾、平 尾、侧端板、座舱罩等结构部件。直-11 型直升机旋翼桨叶和尾桨都采用了全复合材料结 构型式，桨毂星形柔性件和夹板均采用复合材料结构。直-10、直-19 武装直升机上也大量 使用碳纤维材料制作的机身框架结构、直升机旋翼、机翼蒙皮和直升机尾翼部件。目前， 国内在研和在役直升机均大量采用复合材料，主要应用部位有旋翼桨叶中的大梁、蒙皮、 垫布、后缘条等，机体结构中的机身下构件蒙皮、座舱、动力舱整流罩、短翼、尾梁蒙皮、 壁板、尾斜梁、尾段整流罩、仪表板、遮光罩等。

无人机应用复材比例较高，普遍高于有人战斗机

为了尽可能减重，无人机大量应用了复材，且用量普遍高于有人战斗机，一般在 60%~80% 之间。无人机具有低成本、轻结构、高机动、大过载、长航程、高隐身的鲜明技术特点， 这些特点决定了其对减重有迫切的需求，复合材料的出现使无人机的减重要求得以实现。 据 2013 年发表的《先进复合材料在*用军**无人机上的应用动向》文献，各种无人机上复合 材料的用量较大，普遍要高于有人机，一般在 60%～80%之间，有的甚至全结构均使用复 合材料。复合材料在无人机机体上的应用发展经历了从整流罩，到承载小的部件，例如飞 机翼面的前缘、后缘壁板，到翼面的操纵面或操纵面的后缘等次承力结构，以及到主承力 结构，进而到翼面盒段、翼身融合等整体一体化成型的发展历程。

复合材料在我国多型无人机上也获得了较大应用。哈飞与北航联合设计的 BZK-005 型远 程无人侦察机机身受力骨架采用常规铝合金铆接结构，蒙皮及整流罩采用玻璃纤维、碳纤 维、纸蜂窝等复材，机翼由全复合材料构成。“翔龙”无人机侦察机大量采用了复合材料， 机身上曲线连续而光滑，机身尾部背鳍上装有复合材料发动机舱，使得其雷达散射截面积 大约为 1m2，具有较好的隐身性能。“翼龙-1D”是中国新一代改良型多用途无人机，机身 结构采用了全复合材料。

民航客机复材应用比例不断提升，国内 C919 应用复材占比达 12%

民机既强调安全性也强调经济性，对结构减重同样有迫切的需求，复材用量也在不断提升， 应用占结构材料质量比可达 50%。波音 B787 飞机（2009 年 12 月首飞）复合材料用量达 50％，主要应用在机翼、机身、垂尾、平尾、机身地板梁、后承压框等部位，是第一架采 用复合材料机翼和机身的大型商用客机。A350XWB（2013 年 6 月首飞）是目前复合材料 用量占全机结构重量比例最大的一种客机，复合材料占据机体 53%重量。

国产民用飞机复材用量与波音、空客的先进飞机相比差距较大。国产主线客机 C919 先进 复合材料在其机体结构用量达到 12%，其机翼构成以碳纤维复合材料为主，铝锂合金、钛 合金为辅，后机身和平垂尾等使用了 T800 级碳纤维复合材料，襟翼和雷达罩使用了玻璃 纤维复合材料，舱门和客货舱地板使用了芳纶蜂窝材料，航空发动机使用了碳纤维复材及 陶瓷基复材，复合材料的使用使 C919 减重 7%以上。

复材在航天装备上主要用于减重和防热

航天装备如导弹、火箭、高超声速飞行器等一般飞行速度较高，飞行过程表面温度高，对 防热要求较高。导弹在大气飞行速度很高（接近或者远超过声速），此时由于导弹气动加 热，其表面蒙皮及弹头温度会快速升高。根据驻点温度计算公式，假设导弹环境温度为 220K，我们初步计算了不同飞行速度下导弹蒙皮的温度，可以看出当导弹飞行速度达 4~10 马赫时，表面温度范围可达 445~3173℃，随着马赫数的提高，表面温度急剧上升，普通 的铝合金甚至钛合金都难以满足要求，例如，美国改进型超音速海麻雀导弹在发射后 8~10 秒，弹体蒙皮温度可达 371℃，这种环境下 2024 铝合金强度会降低 90%，难以满足要求。 因此，对于高速飞行的航天装备，需要采用各种不同类型的陶瓷材料及复材来实现防热， 如美国 X-47B 高超声速飞行器使用了碳/陶瓷复合材料用来防热，耐温可达 1700℃。

航天装备对重量要求也较严格，采用先进复材能够实现减重，对增大射程、提高精度意义 显著。据《先进聚合物基结构复合材料在导弹和航天中的应用》文献，战略导弹弹头和上 面级发动机质量每减少 1kg，可使洲际导弹射程增大 20km，20 世纪 60 年代初美国就采 用玻璃钢取代超高强度钢成功缠绕制备了“北极星”潜地导弹发动机壳体，使得导弹射程 增加了 27%。

战术及战略导弹

复材在战术弹上通常应用于弹体、弹翼、尾翼、雷达罩、进气道等位置。美国早期的“战 斧”巡航导弹使用了较多的复合材料部件，如头锥、雷达罩、尾翼、进气道等，但性能一 般，当时其它战术导弹大多仍以金属材料为主。20 世纪 80 年代以来，多种战术弹的固体 发动机壳体和部分弹体蒙皮开始使用复合材料，例如，美国新一代空面巡航导弹 ACMI58- JASSM，在“战斧”巡航导弹的基础上为了大幅度地降低成本减轻弹体重量，不仅弹翼、 尾翼、进气道采用复合材料，整个弹身全部舱段都采用了碳纤维复合材料，全弹减重了 30%， 成本降低 50%。我国在亚音速岸舰、舰舰导弹天线罩上采用了复合材料，以环氧复合材料 为蒙皮，聚氨酯泡沫为芯层。

20 世纪 60 年代复材就在美国的“北极星”战略导弹上取得了应用，此后美国的“民兵”、 “海神”、“三叉戟-I”、“侏儒”、“三叉戟-II”、“MX”系列导弹；法国的 M-4、M-5 导弹； 前苏联的 SS-24、SS-25 导弹均使用了复合材料。除了导弹本身，复材在发射筒上也有应 用，能够实现大幅减重，如美国 MX 导弹的发射筒长 22.4 米，直径 2.5 米，使用高强钢 时质量超过 100 吨，而使用碳纤维增强树脂基复材后仅 2 吨。我国战略导弹发射筒也采用 了部分碳纤维复材筒段，比铝合金部件轻 28%。

我们认为，未来复材在导弹中的应用将会不断增长。随着先进增强材料和树脂基体的性能 改进和成本不断降低，先进复合材料有可能越来越多地替代导弹传统的金属材料，从而大 幅度地降低*器武**系统的重量，提高作战效能。

运载火箭

运载火箭应用先进复合材料的主要部件是固体发动机（固体助推器和上面级发动机）壳体、 箭体级间段、箭上卫星支架、有效载荷支架上以及可重复使用天地往返飞行器蒙皮等。近 年我国已经在多种型号的运载火箭，特别是上面级结构中广泛采用复材，有效地减轻了上 面级结构质量，对提高运载火箭发射有效载荷的能力具有十分明显的效果。例如，在“开 拓者-1”小型运载火箭的第四级发动机采用了高性能碳纤维壳体；长征火箭（CZ-2C、CZ-2E、 CZ-3A）的卫星接口支架和有效载荷支架（前后端框、环框、壳段、弹簧支架、井字形梁） 采用了碳纤维增强环氧树脂基复材。

卫星

目前卫星的主要结构部件（太阳能电池阵、有效载荷、本体结构、桁架）都普遍采用了高 性能复合材料。卫星使用复合材料对减轻质量的作用非常明显，一般说来，每减轻 1kg 卫 星质量，就可使发射质量减轻 100kg，因此卫星上应用复材较为广泛，尤其是高模碳纤维 的应用较多。1993年发射的9颗Intelsat-7卫星中，先进复合材料已占其结构质量的50%。 我国卫星从 20 世纪 80 年代中后期起，复合材料结构件用量迅速增加，使得卫星结构质量 不断减轻。

复材在舰船领域的应用

复合材料质量轻、可设计性高、抗腐蚀性强，是未来追求更大有效负载、更强综合隐身能 力、更低全寿期费用舰船装备的最佳材料选择之一。复合材料普遍质量轻、强度高，比强 度高于船体钢和铝合金等传统造船结构材料，可有效提高舰船的稳定性、航速及运载能力； 易于制成流线型及其它复杂形状；耐腐蚀性能优于传统金属材料；能通过增强内部构件在 阻尼振动下的稳定性而减少噪音的产生；可减少雷达反射截面达到隐身效果；非磁性，不 容易被鱼雷和水雷探测到；能很大程度上降低舰艇的热学特征；能根据需要改变基体和增 强体来达到特定的目标。由于复合材料具有的这些特性，使复合材料成为理想的船用材料。

复合材料在舰艇中的应用起步较晚，但用复合材料替代部分金属材料已经成为未来舰艇发 展趋势，复材在舰艇上的应用也从非承力结构件向次承力结构件和主承力结构件演变。复 合材料在国外海军舰船上层建筑中的应用始于 20 世纪 60 年代中期，最初用于制造巡逻炮 艇上的炮艇甲板室。70 年代后，猎雷艇的上层建筑也开始采用复合材料，如芬兰皇家海 军的快速巡逻艇“劳马”号。90 年代后，复合材料开始应用于舰船的全封闭式桅杆/传感 器系统。随着复合材料应用效果逐步得到各海军强国的认可，复合材料在舰艇上的应用已 经呈现出从非承力结构件向次承力结构件和主承力结构件演变、由个体试验性应用向全面 推广应用的趋势。目前，国外新型驱逐舰如美国 DDG 51 驱逐舰、DDG 1000 驱逐舰，英 国 45 型驱逐舰等都是先进树脂基复合材料应用的典型平台。一些舰艇用传统金属材料结 构件正在被复合材料结构件替代，包括中小型水面舰艇艇体；大型水面舰船上层建筑、舱 壁、螺旋桨、推进轴和舵；水面舰艇内部设备和零件，如热交换器、设备基座、阀、泵、 管路、护栏；潜艇的非耐压壳体、声纳导流罩、舵、水平翼、推进系统、基座、潜望镜、 鱼雷发射管等等。

复合材料在国内外民用船舶领域也有较为广泛的应用。复合材料是中小型船艇，特别是高 速艇、高性能艇最合适的结构材料，在国内外民船领域，诸如游艇、渔船、救生艇、交通 艇和高性能船艇等中获得了广泛的应用。

与国外相比，目前我国船用复合材料应用范围和规模仍然较小。20 世纪 70 年代中期我国 曾研制过一艘总长近 39 米的扫雷试验艇。20 世纪 90 年代以来，随着技术发展与工艺引 进，我国采用复合材料生产了大量游艇、帆船、救助艇，以及公安、*警武**、海监、海关等 航速较高的巡逻艇、执法艇、缉私艇等准军事艇，但迄今为止还未设计建造一艘高科技含 量的复材*用军**舰艇。在复合材料船舶构件方面，我国在 20 世纪 60 年代末成功研制了复合 材料声纳导流罩，并应用于潜艇，发展至今已形成较为成熟的应用。20 世纪 80 年代后期 研制开发了复合材料雷达天线罩、水雷壳体并投入使用，20 世纪 90 年代成功研制了应用 于大型水面船舶的复合材料桅杆等。

复材在陆军装备中的应用

复材在坦克与装甲车辆上的应用主要包括装甲及行动系统，目的是降低重量和提高抗打击 性能。复材在坦克装甲车辆上的应用始于 20 世纪 70 年代，苏联 T-64A 是最早使用复材 装甲的主战坦克，现今由玻纤、凯芙拉、碳纤维等作为增强材料研制出的复材装甲与同等 防护级别的金属材料装甲相比，复材的使用可以使车体和炮塔结构的综合性能提高 30%~50%，重量减轻 40%~45%。在行动系统，如坦克履带、负重轮、托带轮、扭力轴 等方面，复材充分发挥了减重效果。如美军 25t 轻型坦克装甲战车采用的陶瓷增强铝基复 材履带使坦克总重量减轻 1 吨；M113 型坦克战车中使用的玻纤/环氧基复材的负重轮，不 仅比传统材料减重 30%，还能极大程度地减少地雷爆炸带来的损害。M60 坦克中采用碳 纤维/环氧树脂复材替代钢制扭力轴减重达 65%以上。坦克发动机用活塞头、活塞连杆、 调速齿轮、推进杆体等金属部件，采用树脂基复材制造将比传统的金属构件减重 30%以上。

复材在火炮上主要应用于炮管，目的是减重以提高机动性。国外已将高强度纤维树脂基复 合材料制成火炮身管、炮管热护套、摇架、牵引杆和其他部件，可以大幅降低火炮重量从 而提高其机动性能。以火炮炮管用复合材料为例，美国用石墨/环氧复合材料制备转膛炮的 加长身管替代传统金属加长身管，在提高了火炮射击精度的同时，也实现了减重 37%。

复材在轻*器武**上的应用较为广泛，主要目的也是为了减重。20 世纪七八十年代，树脂基 复合材料逐步取代了传统金属材料，用于制备枪械的弹匣、套筒、发射机座、瞄准器、刺 刀座、扳机、连发阻铁等部件口。如 20 世纪 70 年代苏联的 AR-24 突击步枪，就采用了 玻纤增强酚醛复合材料制造弹匣，比金属弹匣轻 28.5%；美国 M60 型 7.62mm 通用机枪 采用树脂基复合材料弹链，质量比金属弹链轻 30%。此后，为了进一步减轻重量，提高精 度和耐久性，碳纤维/环氧基复合材料制造的复材枪管问世，如德国采用缠绕成型方法在陶 瓷内管上缠绕金属丝增强环氧树脂成型机枪枪管。

三、碳纤维：*用军**需求旺盛，未来增长潜力较大

“80 岁以后本可以少管点事，但我心有不甘，仍想抓一抓碳纤维。如果中国碳纤维上不 去，国防安全就无保证，我将死不瞑目”——师昌绪院士（2000 年初）

按原材料不同分为三种，其中 PAN 基碳纤维占据主流

碳纤维性能优良，广泛应用于航空航天等国防领域。碳纤维是一种含碳量在 95%以上的 高强度、高模量纤维材料，是由片状石墨微晶沿纤维轴向方向堆砌而成，经碳化及石墨化 处理而得到的微晶石墨材料。碳纤维复合材料以其轻质、高比强度、高比刚度、抗疲劳、 耐腐蚀、便于大面积整体成形等优点，以及独特的可设计性，广泛应用于国防领域，为武 器装备的轻量化、高性能化、长寿命等发挥了关键作用，其用量也已成为*器武**装备先进性 的标志之一。

碳纤维按原材料的不同主要分为粘胶基、沥青基和聚丙烯腈基（PAN）碳纤维三类，其中 PAN 基碳纤维占据主流。由粘胶纤维制取高力学性能的碳纤维必须经高温拉伸石墨化，碳 化效率低，技术难度大，设备复杂，成本较高，产量较低，产品主要为耐烧蚀材料及隔热 材料所用；由沥青制取碳纤维，原料来源丰富，碳化收率高，但因原料调制复杂、产品性 能较低，亦未得到大规模发展；由聚丙烯腈纤维原丝制得的高性能碳纤维，生产工艺相对 简单，而且产品的力学性能优良，用途广泛，因而自 20 世纪 60 年代问世以来，取得了长 足的发展，其产量约占全球碳纤维总量的 90%以上，成为当今碳纤维工业生产的主流。

PAN 基碳纤维

PAN 基碳纤维的制备过程主要包括 PAN 原丝制备、预氧化、碳化、后处理四个阶段。

1. 原丝制备：PAN 原丝的制备是将聚丙烯腈单体聚合成纺丝原液，然后纺丝成型，原丝 制备工艺是 PAN 基碳纤维的核心工艺，PAN 原丝的质量直接决定了最终碳纤维产品 的质量、产量和生产成本。原丝纺丝工艺可分为湿法、干法、熔融法和干喷湿纺（干 湿法）四种，其中湿法纺丝是目前应用最多的工艺，干湿法是目前最先进的纺丝工艺， 能兼具干法与湿法纺丝优点，纺出的纤维体密度较高，表面平滑没有沟槽，可制得高 性能碳纤维，且能够有效提高纤维的生产效率和降低制造成本。

2. 预氧化：预氧化又被称为热稳定化，是碳纤维制备过程中耗时最长的工艺，一般为 60~120min，预氧化反应一般在 200~300℃温度范围内进行，预氧化过程中纤维结构 的转变很大程度决定最终碳纤维的结构和性能，温度过低，预氧化反应缓慢或不充分， 耗时太长，生产效率低；温度过高则易导致过度氧化、熔丝甚至燃丝。

3. 碳化：预氧化纤维在惰性气体保护下先经低温碳化炉，氮、氢、氧等非碳元素在炉内 发生反应释放出来，碳化一般由低温碳化和高温碳化两个部分实现，低温区域温度一 般在 300 至 600℃，高温区域温度一般在 600 至 1600℃，炭化工艺条件对最终碳纤 维强度有直接影响。

4. 后处理：为得到较高模量的碳纤维，还需要对碳化后制得的碳纤维进行高温热处理， 即碳纤维的石墨化。石墨化能够提高碳纤维的抗拉强度和抗拉模量。

沥青基碳纤维

沥青基碳纤维是航空航天工业不可缺少的工程材料。沥青基碳纤维的研究开发始于 20 世 纪 50 年代末期，60 年代初由日本群马大学研制成功，60 年代末在日本吴羽化工工业公 司实现工业化生产。沥青基碳纤维虽然抗压强度及加工性能逊于 PAN 基碳纤维，但具有 优良的传热性能、导电性能、高模量和极低的热膨胀系数，使其在军工及航天领域发挥着 独特作用。沥青基碳纤维的制备一般包括原料调制、缩聚反应、纺丝和碳化等流程，合成 碳纤维的关键步骤是前驱体的缩聚反应和碳纤维的高温碳化反应。

目前能规模生产沥青基碳纤维的公司主要是日美企业，通用级沥青基碳纤维产需均衡。通 用级沥青基碳纤维的生产企业主要是日本吴羽化工工业公司，能批量生产高性能沥青基碳 纤维的主要是日本三菱化学公司、日本石墨纤维公司和美国 BP 公司。我国沥青基碳纤维 开发从 20 世纪 70 年代初期开始，上海焦化厂、中科院山西煤化所先后开展过研究，并取 得一定研究成果。据《碳纤维复合材料》文献 2017 年 1 月报道，全世界沥青基碳纤维需 求量约 2000 吨，产量约 2000 吨，国际市场基本均衡；国内通用级沥青基碳纤维产能约 100 吨，产需也基本平衡。

粘胶基碳纤维

粘胶基碳纤维生产成本高，且整体性能指标比 PAN 基碳纤维差，因此应用有限。粘胶基 碳纤维是以粘胶纤维为原料，在低温热处理后，于非氧化气氛中进行 800℃以上的高温热 处理，最终制得以碳为主要成分的纤维材料。生产粘胶基碳纤维的工艺流程较长、工艺条 件苛刻、炭化收率较低、不适合大批量生产、成本高，同时粘胶基碳纤维的整体性能指标 比 PAN 基碳纤维要差，因此其应用受到了限制。

粘胶基碳纤维的独特性能使其在国防等领域得到应用，虽然产量低，但也难以完全被淘汰。 粘胶基碳纤维的独特性能主要表现在：密度低，比一般 PAN 基和沥青基碳纤维密度小 15% 左右，所制复材更易实现轻量化；属于大伸长型碳纤维，韧性好易于深加工；由于是从天 然纤维素转化而来，生物相容性好；碱和碱土金属含量低，抗氧化和热稳定性好，耐烧蚀。 虽然粘胶基碳纤维加工工艺苛刻、产量低，但这些独特性能使其适合应用于防热隔热保温 场景以及医用生物材料等，因此粘胶基碳纤维难以完全被淘汰。例如，美国和俄罗斯均利 用粘胶基碳纤维作为复材的增强材料，用于洲际战略导弹弹头的大面积防热材料。目前俄 罗斯在粘胶基碳纤维开发研究及应用上整体居于世界之首，美国联合炭化公司和希特柯公 司在粘胶基碳纤维生产方面也具有一定实力。

PAN 基碳纤维按力学性能不同分为三类，在国防领域应用各有侧重

按力学性能不同，可将碳纤维分为高强型碳纤维、高模型碳纤维以及高强高模型碳纤维。 以东丽公司的产品为例，其主要生产三大系列碳纤维，即高强 T 系列、高模 M 系列、以 及兼备高强高模的 MJ 系列，其中高强型包括 T300、T600、T700、T800 和 T1000；高 模型炭纤维主要有 M30、M40 和 M46，市场流通的高模炭纤维主要是 M40；高强高模型 的炭纤维主要有 M46J、M50J、M55J、M60J 和 M65J 等。

不同类型碳纤维在国防领域均有应用，但应用重点不同，高强型主要用于航空领域，高模 型主要用于航天领域。第一代碳纤维为标准模量碳纤维，以东丽公司的 T300 和赫氏公司 的 AS4 碳纤维为代表，主要用于航空次承力构件，如 T300 主要用于波音 737 等型号的 次承力构件，AS4 应用在早期 F-14 战斗机的平尾等部位。第二代高强碳纤维以东丽公司 的 T700、T800、T000 和赫氏公司 IM7、IM8、IM9 系列为代表，主要用于航空主承力构 件，如 T800 大量用于 A350、波音 787 等飞机机翼机身的主承力结构，IM7 大量用于美 国的“三叉戟”Ⅱ潜射导弹及 F-22、F-35 战斗机等。然而二代高强碳纤维由于模量偏低， 且碳纤维材料脆性大，易导致复合材料结构部件的疲劳损伤，限制了*器武**装备性能的提升， 因此美日等国都在研究第三代高强碳纤维，其中东丽目前已研制出第三代碳纤维 T1100G 碳纤维，正进入产业化阶段。在航天领域，卫星结构设计在满足强度的条件下主要解决刚 度问题，要求碳纤维具备一定强度的同时还具备高模量或超高模量，因此高模型碳纤维主 要用于航天领域。高强高模型碳纤维能在保持高模量下，兼有高的拉伸强度、压缩强度和 断裂伸长率，在航空和航天领域都能作为主承力结构件应用。

日美 PAN 基碳纤维技术及产业化处于领先地位

日本东丽公司是全球碳纤维产业执牛耳者。1961 年日本大阪工业研究所近藤昭男博士用 美国杜邦公司的奥伦为原料成功研发出 PAN 基碳纤维。1967 年日本东丽公司研制出适合 制造碳纤维的共聚聚丙烯腈原丝，此后于 1971 年建成年产 12 吨的第一代碳纤维试验生 产线，此后扩产并命名为 T300。1984 年东丽研制成功 T800H 碳纤维（第二代碳纤维）， 其强度较 T300 碳纤维提高了近 56%，模量较 T300 碳纤维提高了近 28%。1986 年，成 功研制 T1000G 碳纤维，其模量与 T800H 碳纤维相同，其强度较 T800H 碳纤维提升了 16%。2014 年 3 月，东丽成功研发出兼具高强度高模量的 T1100G 碳纤维（第三代碳纤 维），其强度较 T800H 碳纤维提升了 20%，模量提升了 10%，2017 年 6 月强度又由 6600MPa更新至 7000Mpa，目前正在进行产业化。东丽公司高强型碳纤维实现了以 T300、 T800 和 T1100G 为代表的三代碳纤维的跨代发展。在高模碳纤维方面，东丽公司也开发 出多种高模纤维及高强高模纤维。

东丽此前以生产高性能的小丝束碳纤维为主，通过并购 ZOLTEK 公司，进军低成本的大 丝束碳纤维细分产业。2015 年东丽收购了美国 ZOLTEK（卓尔泰克）公司，ZOLTEK 是 世界上首先研制生产廉价且高性能大丝束碳纤维的公司。大丝束碳纤维价格比小丝束碳纤 维要低，如飞机结构件常用的 3K 碳纤维国际售价约 50 美元/kg，而 ZOLTEK 的 48K 大丝 束碳纤维售价仅 12-15 美元/kg。2018 年，ZOLTEK 公司宣布将扩大其位于匈牙利及墨西 哥的产能，分别由 1 万吨/年增加到 1.5 万吨/年，由 5000 吨/年增加到 1 万吨/年，一旦完 成扩产计划，ZOLTEK 公司的大丝束碳纤维总产能将提升至 2.5 万吨/年。

除了日本东丽公司外，东邦人造丝和三菱人造丝等公司业发展自己的技术，进行了碳纤维 的工业化生产。目前日本拥有完备的人造丝基、PAN 基、沥青基和中间相沥青碳纤维产业， 占据着各细分技术的制高点，掌控着高端产品市场。

美国 PAN 基碳纤维产业化落后于日本，但仍具有较强实力。美国拥有可保障*用军**的技术、 产品和产能，但产品性价比优势不如东丽，HEXEL（赫克塞尔）公司是美国最大的碳纤维 研制生产企业，产品在军机中取得大量应用。HEXEL 公司生产的碳纤维共有三个系列九 个牌号，分别是：AS 系列的 AS4C、AS4 和 AS4D；IM 系列的 IM4、IM6、IM7、IM8 和 IM9 以及 UHM 系列的高模 UHM 石墨纤维。其中 AS 系列炭纤维的抗拉强度在 3860~4207MPa，比日本东丽公司的 T300 的抗拉强度高，与 T300J 或 T600S 相近；IM 系列炭纤维的抗拉强度在 4138~6343MPa，与东丽公司的 T600S、T700S、T800H 和 T1000G 相当。HEXEL 公司生产的碳纤维已经大量应用于 A400M 运输机、RAH-66“科 曼奇”直升机、F-22 战斗机、F-35C 战斗机以及洲际导弹，其中 F-22 战斗机采用了 IM7 纤维应用于机翼、机身等主承力构件，复材用量占比达到 24.2%。

碳纤维市场行业集中度高，日本三家企业产能占全球总产能近一半。据《2017 全球碳纤 维复合材料市场报告》统计，2017 年，全球碳纤维理论产能为 14.71 万吨，其中日本三 家企业产能合计 7.02 万吨，占比 47.72%，具备绝对的领先优势。中国大陆 2017 年理论 产能为 2.6 万吨。

我国 PAN 基碳纤维研发起步不晚，但目前与国外存在较大差距

我国碳纤维研发起步不晚，但徘徊较久。国产 PAN 基碳纤维技术研发始于 20 世纪 60 年 代，但由于工艺基础薄弱、装备技术落后等原因，制备的碳纤维质量低下、性能稳定性差， 国产化技术长期徘徊在低水平状态，这一阶段的国产碳纤维不能作为结构复合材料的增强 体使用，主要用于制备功能复合材料。1996 年开始，北京化工大学实现了有机溶剂体系 制备具有圆形截面高强碳纤维原丝技术的突破，中国石油吉林石化公司以此为基础开始了 工程化技术研究，国产 PAN 基碳纤维制备技术成功实施转型。

在“一条龙”项目牵引下，国产碳纤维技术发展迅速，威海拓展率先实现高强型碳纤维产 业化，高强中模、高强高模碳纤维也先后研发成功。2002 年，在以师昌绪先生为代表的 材料界前辈强有力推进下，863 计划设立碳纤维技术研究专项，自然科学基金也支持开展 碳纤维相关基础研究。2005 年国家推行碳纤维制备与应用的“一条龙”管理模式，在航 天 703 所和航空工业 601 所的牵引下，国产碳纤维制备与应用技术高效快速发展，解决 了国防重大装备用国产碳纤维材料的“有无”问题，初步实现了关键材料的自主保障。2006 年威海拓展开始建设中国首条千吨级碳纤维生产线，2009 年建成投产，此后相继开发出 多种型号碳纤维。目前国内已经能够规模化生产 T300 级、T700 级、T800 级碳纤维，具 备国产替代能力，并已经研制成功 T1000、T1100 级高强中模碳纤维和 M55J、M60J 高 强高模碳纤维。

……

碳纤维增强复合材料在国防领域应用广泛

碳纤维增强树脂基复合材料是指以有机合成树脂为基体，高性能碳纤维为填充物复合而成 的复合材料，具备轻质高强、耐高温、耐腐蚀、热力学性能优良等特点，能够满足航空航 天结构件的使用要求，在卫星、火箭、*用军**飞机、民用飞机上均获得了较为广泛的应用。

航空领域，国外多种机型上都有应用，且应用的比例越来越高，国内也在多个机型上取得 应用。目前*用军**飞机上使用的碳纤维主要是 T300 级和 T700 级小丝束碳纤维，碳纤维增 强树脂基复合材料的应用可降低飞机重量，有助于提升飞机机动性于与作战半径，在战斗 机、轰炸机、直升机和无人机上的应用越来越多，如 F-16 战斗机在进气道斜板、平尾和 垂尾等结构采用了碳纤维/环氧树脂复合材料，蒙皮采用了碳纤维/双马来酰胺复合材料。 此外，虽然普通碳纤维不具备吸波功能，但异形截面碳纤维和异形结构的复合材料具备吸 波能力，再配合吸波涂层可以用来制造隐身结构材料，如美国 B-2 隐身轰炸机及 F-22 隐 身战斗机均使用了碳纤维增强树脂基复材。据 2017 年发表的《炭纤维复合材料》著作： 随着国内先进树脂基复合材料性能的提高，制造技术的不断成熟，国内的碳纤维增强树脂 基复合材料也在直升机、歼击机和大型飞机上取得了应用。

在航天领域，碳纤维增强树脂基复材在导弹发动机壳体、导弹弹体、火箭发动机壳体、卫星 天线及本体结构等位置取得了应用。高强中模炭纤维复合材料已经广泛应用于洲际导弹一、 二、三级发动机売体和新一代中程地地战略导弹发动机売体，如美国的“侏儒”小型对地洲 际导弹的三级发动机燃烧室壳体、发动机壳体已经采用炭纤维环氧树脂制成，美国陆军研制 的小型动能导弹也开始应用炭纤维/环氧树脂复合材料。据《炭纤维复合材料》著作报道：我 国在各类战略和战术导弹上也大量采用碳纤维复合材料作为发动机喷管和整流罩等防热材料。

碳纤维增强炭基复材主要用于飞机刹车盘及航天耐烧蚀材料

炭/炭复合材料是碳纤维增强炭基体复合材料，具备密度低、比模量和比强度高、高温性能 好、热膨胀系数低、耐高温、耐热冲击、耐腐蚀、摩擦磨损性能好等一系列优异性能，已 广泛应用于航空、航天、核能、化工、机械等各个领域，其中航空制动应用最多。

在航空领域，主要作为制动材料应用于飞机刹车盘，替代传统的粉末冶金刹车盘。早期的 飞机刹车片使用的是合金盘，炭/炭复合材料使用寿命比粉末合金盘高 3~4 倍，而密度仅 为合金的 1/3，高温下摩擦系数和力学性能稳定，维修方便，在国外军民用飞机上已经广 泛使用，目前已有 40 种以上的民用飞机和 20 多种*用军**飞机使用了炭刹车盘，如民机中的 波音 747/757/767/777/787、空客 A300/310/318/319/320/340，以及军机中的美国 F 系列 战斗机、幻影战斗机等都使用了炭/炭复合制动材料刹车装置。

在航天领域，主要作为耐烧蚀材料应用于火箭发动机喷管及喉衬等位置。炭/炭复合材料已经 在航天领域的应用主要是作为耐烧蚀材料，已成功应用于制造航天飞机的机翼前缘、鼻锥、 货舱门、固体火箭发动机尾喷管和喉衬等构件。如美国在 DeltaIII 运载火箭 RL10B-2 的上级 发动机上成功地应用了炭/炭复合材料部件；美国MX 洲际导弹的全部三级，三叉戟导弹的一、 二级，美国侦察兵导弹第三级等均采用了炭/炭复合材料作为发动机喉衬。据2017 年发表的《炭 纤维复合材料》著作报道：我国已将炭/炭复合材料喉衬应用于固体火箭发动机。

碳纤维增强其他基体复材种类较多，部分在国防领域取得了应用

碳纤维还可以与其他多种基体进行复合，如陶瓷基体、金属基体、橡胶基体等等，种类较 多，其中部分材料在国防领域取得了应用。

碳纤维增强陶瓷基复合材料具有优异的高温力学性能和热性能，在惰性环境中超过 2000℃ 仍具能保持强度、模量等力学性能不降低，比炭炭复合材料具有更好的抗氧化性、抗烧蚀 性，覆盖的使用温度和寿命范围宽，在航空发动机、燃气轮机、高速刹车盘和空间飞行器 中取得了应用。例如，C/SiC 复材目前已在美国 NASA 的 X-38 空天飞行器上作为鼻锥及 其附件使用，并已试飞成功；欧洲阿里安-4 第三级液氢/液氧推力室喷管采用了 C/SiC；法 国将 C/SiC 复材应用于狂风战斗机 M88 发动机的喷嘴瓣和外襟翼。

碳纤维增强金属基复合材料通常选择铝、镁、镍、钛及其合金作为基体材料，材料性能取 决于所选组分的特性、含量及分布等，通常具有高比强度、高比模量、良好的导电及导热 性能、热膨胀系数小、尺寸稳定性好、耐磨性好、良好的断裂韧性和抗疲劳性能等，在国 防领域也取得了应用。例如，碳纤维增强铝基复材在 NASA 空间望远镜中作为大型天线支 杆。

碳纤维*用军**需求旺盛，未来增长潜力大

军机处于批产上量拐点，新一代军机复材占比提升明显，对碳纤维需求量有有望大幅增长。 根据 World AirForce 2018 的数据，美国拥有军机总数达 13407 架，其中战斗机为三代+ 四代的组合；而中国拥有军机总数为 3036 架，为美国的 23%左右，其中战斗机为二代机 +三代机+极少量四代机的组合。和美国相比，中国的军机水平在质量和数量上均存在较大 的差距，面临较为迫切的更新换代的需求。而且我国新一代军机的复材用量提升明显，四 代机复材用量占结构件重量比例达 20%，三代机仅 10%，我们认为，新机型的批产将会 带动碳纤维需求的大幅提升。

陆海空天导弹需求大，航天领域对碳纤维需求有望持续上升。火箭军是我国战略威慑的核 心力量和大国地位的战略支撑，是维护国家安全的重要基石，其装备建设历来备受关注。 抗战胜利阅兵和建军九十周年阅兵中，火箭军装备均作为压轴方阵出场，密集的装备展示 也凸显了我国火箭军装备技术成熟，开始大规模进入现役。火箭军按照“以作战的方式训 练、以训练的方式作战”的要求，近年来常态开展部队战备拉动和作战流程检验演练，先 后组织 40 余次重大演训任务，并与战区、其他军种联手，展开突击攻防、联合行动 30 多 场次，发射导弹数百发。目前，所有导弹旅组织过红蓝对抗演练、具备独立发射能力，担 负战备值班任务部队全时保持高度戒备状态，发射单元弹在架上、随时待发。2018 年 4 月 26 日下午，在国防部例行记者会上，国防部新闻局局长、国防部新闻发言人吴谦大校 宣称，解放军的火箭军部队已经列装东风-26 型导弹。该型导弹经过试装试用和作战检验， 具备了整建制装备部队的条件，授装后已正式进入火箭军战斗序列。我们认为，高强度的 训练消耗和新装备批量列装部队，*用军**航天防务装备进入产业上升期，有望提升对*用军**碳 纤维的需求。

舰船装备复材应用比例较低，未来复材比例提升有望增加对碳纤维的需求。国外舰船应用 复材量较高，例如美国在大型驱逐舰（DDG1000）上层建筑上大量采用了复合材料，大 幅降低了舰艇的雷达反射截面积，提升了舰艇隐身能力。而我国目前舰艇应用复材量仍较 低，上层建筑主要是金属件，未来随着复材技术的发展，以及装备设计能力的加强，有望 在新型舰艇上提升复材应用比例，进而增加对碳纤维及其复材的需求。

四、碳化硅纤维：打破*锁封**实现量产，有望开启下游广阔空间

碳化硅纤维按耐温性能可分为三代

航空航天和尖端*器武**的发展对高温结构材料提出了新的要求。新型航空航天器与尖端*器武** 热端部件，要求材料具有优异的比强度、比模量、抗冲击性以及极端环境下的耐高温能力。 金属及合金材料已难以满足新的要求，先进陶瓷基复合材料（CMC）具有高强轻质、抗冲 刷、抗腐蚀、耐高温等优异性能，能够满足新装备的使用要求。CMC 要求增强纤维具有 耐高温、抗氧化、抗蠕变和耐腐蚀等特点。

碳化硅纤维是高性能复材理想的增强纤维材料。常见的复合材料增强纤维包括有机纤维、 玻璃纤维、碳纤维、氧化物陶瓷纤维及以碳化硅为代表的非氧化物陶瓷纤维。有机纤维因 耐热温度不超过 500℃而不能用于高性能 CMC，普通玻璃纤维因熔点或软化点低于 700℃ 而同样无法在高性能 CMC 中应用；碳纤维虽然在情性气氛下耐温性能可高达 2800℃，但 在氧化气氛下高于 450℃时会发生严重降级，抗氧化性能差极大地限制了其在氧化环境中 的应用；氧化铝、氧化锆以及玄武岩等氧化物陶瓷纤维的耐热温度均不超过 1200℃，同 时其密度大、热膨胀系数高等不足均限制了其应用；SiC 纤维作为目前发展最成熟且己实 现商品化的非氧化物陶瓷纤维，具有耐高温、抗氧化、较高的抗拉强度、良好的抗蠕变等 优异性能，并且与陶瓷基体相容性良好，同时 SiC 纤维集结构、防热、吸波等功能于一身， 是一种理想的高性能复合材料增强纤维。

SiC 纤维及其制品性能优异，属于关键战略材料，国外长期对国内实行严密的技术*锁封**。 碳化硅（SiC）纤维是以有机硅化合物为原料经纺丝、热解而制得具有β-碳化硅结构的无 机纤维，从形态上分为晶须和连续碳化硅纤维两种，碳化硅纤维具有优异的力学性能、抗 氧化性能、高温稳定性、电性能可调性以及与金属和陶瓷基体之间良好的物理化学相容性， 在航空、航天、兵器、船舶和核工业等领域具有广泛的应用前景，是发展高技术*器武**装备 的关键战略材料之一。由于 SiC 纤维重要的战略意义以及军事敏感性，美日等国均从战略 高度投入巨资研究与开发耐高温 SiC 纤维及其复合材料，SiC 纤维历来也是国外对我国的 禁运产品。

SiC 纤维发展至今已有三代，其中第三代碳化硅纤维耐温性能最好。按照 SiC 纤维的热稳 定性可将其分为三代，一代碳化硅纤维为高氧高碳 SiC 纤维，氧含量 10%以上（氧是由 于原丝采用氧化交联而引进的），自由碳含量 15%以上，在 1000℃以上纤维内部会发生化学反应，生成 SiO2和气相 CO，会导致纤维产生孔洞损伤，力学性能严重降低，因此在有 氧环境下其使用温度一般不高于 1000℃；二代为低氧（约 0.5%）、高碳（约 20%自由碳） 含量 SiC 纤维，由于原丝采用无氧电子束交联，氧含量显著降低，该纤维使用温度提高到 1200℃以上，但是过剩的碳降低了纤维的高温抗氧化性和蠕变性；三代为近化学计量比 SiC 纤维，只有少量游离碳和痕量氧，氧含量约为 0.2%，C/Si 比约为 1.05-1.08，少量碳 过剩是为了保证纤维不富硅，避免严重影响其高温性能，三代碳化硅纤维具有优异的抗氧 化性能和抗蠕变性能，使用温度可达 1600℃，显著拓宽了其在航空航天热端构件领域的 应用。

先驱体转化法是目前工业化制备 SiC 纤维的主要方法

先驱体转化法是目前比较成熟且已实现工业化生产的方法，是国内外工业化制备 SiC 纤维 的主要方法。碳化硅纤维的制备方法主要有先驱体转化法、化学气相沉积法（CVD)、微 粉烧结法（PS）、活性碳纤维碳热还原法（CR，又称化学气相反应法）等。其中 CVD 法 制备的 SiC 纤维纯度高、强度高、模量高，但制备成本高、生产效率低，难以实现大规模 生产，且直径偏粗编织困难，不利于复杂复材构件的制备；PS 法制备的 SiC 纤维高温抗 蠕变性能好，但纤维强度较低且直径偏粗，美国 Carborundum 公司曾尝试用此法生产，但目前已停产；CR 法工艺简单、成本较低，但纤维的强度和模量均不高，可编织性差， 不利于工业化应用；先驱体转化法制得的陶瓷纤维具有良好的力学性能与细直径，适于工 业化批量生产，相应降低了制造成本（成本约为 CVD 法的 1/10），且性能的改进与提高潜 力大，成为制备高性能纤维较为理想的方法，因此目前日本碳公司（NipponCarbon）、宇 部兴产公司（UbeIndustries）、美国 DowCorning 公司、德国 Bayer 公司等均采用先驱体 转化法作为制造工艺路线，但不同公司采用的技术细节仍有差异。

原丝不熔化处理及高温烧成是较为重要的工艺环节，对纤维性能影响较大。先驱体转化法 通常包括先驱体的合成、先驱体的熔融纺丝、将原丝进行不熔化处理（是为了防止纤维在 热解过程中发生熔融），以及不熔化纤维的高温烧成（不熔化纤维在真空或惰性气体中加 热至 1200～1500℃，侧链的甲基与氢同时脱出后只留下硅-碳的骨架，形成β-碳化硅结 构的纤维）等四大工序，其中聚碳硅烷（PCS）原丝的不熔化处理及高温烧成是较为重要 的两个工艺环节。早期的工艺采用氧化法对 PCS 原丝进行不熔化处理，但得到是含氧量 较高的一代 SiC 纤维，高温下拉伸强度下降明显。此后采用电子束辐射交联技术进行不熔 化处理后，得到了低氧的二代 SiC 纤维，高温性能较好。

随着技术进步，SiC 纤维的性能和制备成本都在不断提升。第一代 SiC 纤维的典型代表为 通用级的 NicalonNL202，在 1000℃时仍然有良好的热稳定性；第二代典型代表为 Hi-Nicalon，在 1300℃以下时具有较好的热稳定性；第三代典型代表为 Hi-NicalonS 和 Tyranno 系列，在 1300℃以上也具有较好得热稳定性。总体来看，SiC 纤维从第一代发展 到第三代，其制备温度和热稳定性最高温度都在向着更高方向发展，纤维氧含量降低，密 度升高，直径降低，纤维生产成本大大增加。先驱体转化法制备工艺中有不同的技术方向， 不同技术路线的成本差异较大，但总体来看三代 SiC 纤维成本明显高于一代和二代。

日本率先开展研究，我国与美德同期起步，但进展同比落后

日本最先开展 SiC 纤维的科研及生产。1975 年和 1976 年，日本东北大学矢岛教授先后 发表文章提出了聚碳硅烷（PCS）的合成方法，以及由 PCS 经热分解转化制备 SiC 纤维 的结果，随后日本碳公司与宇部兴产公司先后购买了矢岛教授关于 SiC 纤维和含钛 SiC 纤 维制造的专利。1982 年日本碳公司生产了第一批工业化的碳化硅纤维 Nicalon100 系列， 随后又推出了 Nicalon200 系列纤维，成为了一代 SiC 纤维的典型代表；1987 年宇部兴产 公司以聚钛碳硅烷（PTCS）为先驱体，采用空气交联技术制备出了含钛 SiC 纤维并实现 了产业化，命名为“TyrannoLox-M”。此后，两家公司不断改进原材料、工艺流程及参数， 相继实现了一代、二代及三代 SiC 纤维的产业化。

美德等国在日本的工艺基础上进行了改进和创新，也实现了产业化。面对日本企业在 SiC 纤维开发上获得的成功，美国和德国也不甘落后，除了应用日本的 SiC 纤维开展了大量 SiC 纤维复材制备技术研发之外，也开始研发 SiC 纤维的制备技术，并进行了工艺创新。 例如，美国DowCorning公司以PCS为先驱体，在SiC纤维制备过程中引入硼，再在1800℃ 高温下烧结制得含硼的多晶 SiC 纤维，纤维的强度和模量高，耐热性能好，并已制得连续 纤维，工业化产品命名为“Sylramic”；德国 BayerAG 公司则另辟蹊径，基于无定型纤维 的思路，在 1990 年代和成了新型的聚硼氮烷（PBSN）先驱体，并经热分解转化制得了 在 2000℃仍能维持无定型态的 SIBN3C 纤维，其力学性能及耐热性俱佳，并已制得连续 纤维，工业化产品命名为“Siboramic”。

国防科大是国内最早开展先驱体转化法制备 SiC 纤维、含钛 SiC 纤维的单位，技术实力 较强。早在 1980 年国防科大就开展了 SiC 纤维制备技术研究，近 40 年来，对 SiC 纤维 的制备路线、关键原料的合成、制备工艺技术以及生产线建设等开展了一系列研究并取得 了重大进展，目前主要开发了 KD-I 型第一代 SiC 纤维（综合性能接近日本 Nicalon 纤维 水平）、KD-II 型第二代 SiC 纤维、KD-S 型与 KD-SA 型第三代 SiC 纤维，同时针对不同 功能需求成功研制了吸波 SiC 纤维和透波纤维。KD-SA 是含铝 SiC 纤维，KD-SA 纤维在 空气中具有更加优良的高温抗氧化性能，1300℃热处理 100 小时后强度保留率为 55%， 远超过 Hi-Nicalon（23%)。

厦门大学特种先进材料实验室在西工大张立同院士的指导下，于 2002 年开始低氧高碳型 连续 SiC 纤维的制备研发，2004 年该实验室突破纤维制备关键技术，定长纤维的性能接 近日本同类产品水平，此后开始连续 SiC 纤维的产业化研究。

中科院宁波材料所及中南大学目前也突破了第三代 SiC 纤维制备技术。据中科院官网介绍， 中科院宁波材料技术与工程研究所特种纤维事业部 SiC 纤维研究团队从 2015 年初开始承 担研制第三代碳化硅纤维的任务，目前已自主研发了纺丝设备，在连续碳化硅纤维研制方 面取得重要进展，打通了从先驱体制备、熔融纺丝、不熔化到烧成整条技术路线，下一步 将进一步改进工艺，实现高性能连续碳化硅纤维的制备。据中南大学官网介绍，中南大学 航空航天学院于 2016 年与湖南博翔新材料有限公司合作建设高性能碳化硅纤维及其复合材料湖南省工程实验室，目前实验室已成功制备出第三代掺杂碳化硅纤维，制备出的连续 碳化硅纤维使用温度达 1250℃（空气气氛下）。

日本企业是全球 SiC 纤维主要生产厂家，国内工业化生产处于起步阶段

国外三代 SiC 纤维均已实现产业化，日本 NipponCarbon 公司和 UbeIndustries 公司是 国际市场最主要的 SiC 纤维生产厂家，总产量占到全球的 80%左右。国外第一代、第二 代和第三代 SiC 纤维均实现了工业化生产，其中 NipponCarbon 公司的纯 SiC 纤维（牌号 Nicalon）和 UbeIndustries 公司的含钛、含锆、含铝等类型的 SiC 纤维（牌号 Tyranno） 产量均达到100吨级，且基本保持稳定。美国DowCorning公司研制成功含硼的SiC纤维， 牌号为 Sylramic，目前该技术已转给美国 COI 陶瓷公司，产量不详。德国 BayerAG 公司 的 SiBN3C 纤维，尚未有工业化生产的报道。

2013 年 GE 公司预测，未来 10 年对陶瓷基复材的需求将递增 10 倍，并于 2016 年投资 建厂生产 SiC 纤维及复材。2016 年 6 月，GE 航空集团从日本 NGS 先进纤维公司获得纤 维生产技术许可，投资 2 亿美元在亨茨维尔新建了两个 SiC 材料工厂，其中一个生产 SiC 纤维，另一个利用 SiC 纤维制备陶瓷基复合材料，工厂计划于 2020 年投产。一旦完全投 产，两个工厂每年分别能够生产 10 吨 SiC 纤维和 20 吨 SiC 纤维增强复合材料。GE 正在 努力将 SiC 基复合材料涡轮叶片应用在 GE9X、LEAP-X1C、F414 改型等新一代航空发 动机上。

国内 SiC 纤维产业化已取得显著进步，但仍处于起步阶段，与日本等发达国家差距较大。 据中航复材专家于 2016 年 12 月发表的《连续碳化硅纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料研 究进展》文献介绍：“国内 SiC 纤维产业化发展主要包括“十一五”和“十二五”两个五 年计划，研制单位主要包括国防科技大学、厦门大学（含火炬电子科技股份有限公司）和 苏州赛力菲陶纤有限公司。在国家大力支持和相关科研单位的努力下，已经实现了第一代 SiC 纤维工程化生产，突破了第二代 SiC 纤维研制关键技术。目前国内第二代 SiC 纤维处 于中试阶段，生产能力达到 1 吨/年。总体而言，国内 SiC 纤维研究基础较弱，虽然取得 了显著进步，但在质量稳定性和工业化能力方面与日本等发达国家的先进水平差距巨大。”

国防科大是国内最早建立 SiC 纤维中试生产线的单位，解决了有无问题，但产能有限。 20 世纪 90 年代，国防科大完全自主建立了年产 100kg 级的 KD-I 型连续 SiC 纤维中试生 产线，后又扩展到年产 500kg，并已供应给航空、航天、兵器等部门，在航空发动机、空 间碎片防护等领域得到了应用。此后，国防科大又建立了年产 1 吨级的 KD-II 型纤维中试 生产线，KD-II 纤维具备良好的编织性能，可以用于编织内锥体、回转体与销钉等构件， 也已批量供应航空、航天、兵器等部门应用。

……

SiC 纤维增强复合材料制备技术逐渐成熟，促进产品应用

SiC 纤维能够编织成织物，也可以与金属、树脂、陶瓷等进行复合制备成复材，在航空航 天等多个领域应用潜力大。SiC 纤维直径细，韧性好，易于编织成平纹、斜纹、菱形、透 孔等平面织物，也可以通过 2.5D、三维编织成各种规格平板、工字梁、T 型梁、管材、棒 材、纤维绳以及其他变截面立体织物等，还可以制成各种规格的 SiC 纤维毡。另外，还可 以通过与树脂、金属、陶瓷进行复合制成复材。具体来看，SiC 纤维增强金属基复合材料 可以代替金属材料达到轻质高强的效果，例如，纤维体积含量为 30％的 SiC 纤维增强 Al 基复合材料，弯曲强度和拉伸强度较高，同时减重 40％，可用于制造导弹的尾翼炮管等； SiC 纤维与环氧树脂组成的复合材料与碳纤维相比具有较高的压缩强度和冲击强度，以及 优异的耐磨损性，还具有优异的电性能，可使其广泛应用于雷达天线罩和飞行器的结构材 料以及各种结构吸波材料。SiC 纤维增强陶瓷基复合材料主要应用于火箭和飞机喷气发动 机的耐热部件、航天飞机的隔热瓦等。

连续 SiC 纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料（SiCf/SiC）制备技术已经趋于成熟，部分技术 成果已经成功应用到航空发动机热端部件上。SiCf/SiC 常用的制备技术主要包括化学气相 渗透法（CVI）、聚合物浸渍裂解工艺（PIP）、熔体浸渗工艺（MI）等，其中 MI 工艺优势 明显，是 SiCf/SiC 复合材料低成本、工程化技术较为理想的选择。

国外 SiCf/SiC 复合材料制备技术较为成熟，国内也已突破相关工艺。日本是开展 PCS 和 连续 SiC 纤维研究最早的国家，其 PIP 制备工艺优势显著；德国和美国利用 MI 技术实现 了 SiCf/SiC 复合材料构件的批量化生产；法国以 CVI 技术为主，技术水平国际领先。中 航工业复材中心和西北工业大学分别采用 PIP 工艺和 CVI 工艺进行 SiCf/SiC 复合材料的 研制，上海硅酸盐所和中南大学在 MI 工艺方面取得了显著的技术突破，总体来看，目前 我国已经具备构件研制和小批量生产能力，但在产业化方面与西方发达国家尚存在明显差 距。

目前主要用于制备高温结构复材、高温隐身材料和先进核能材料

美日等国已在高端装备中开始使用 SiC 纤维及 SiC 纤维增强复合材料，主要应用于制备 高温结构复材、高温隐身材料和先进核能材料。日本与美国已经实现高性能连续 SiC 纤维 的工业化生产，并应用于航空/航天发动机燃烧室、喷口导流叶片、涡轮叶片、涡轮壳环、 尾喷管，空天飞行器机翼前缘、舵面，高超音速*器武**推进系统以及核燃料包壳管等部位。

SiC 纤维制备的高温结构材料主要用于航空航天领域，包括发动机的热端部件（主要用于 燃烧室和涡轮）及飞行器的热防护系统等。航空发动机要求提高推重比和降低燃料消耗， 根本措施是提高涡轮进口温度和降低结构重量，这就要求将航空发动机高温结构材料从高 温合金、单晶向陶瓷基复合材料转变。在高温环境下，SiCf/SiC 复合材料不仅能保持优异 的比强度，还可以减轻涡轮叶片重量，减少冷却装置，且与高温合金叶片相比，具有更强 的耐热腐蚀能力，对提升航空发动机推重比具有重要意义，GE 公司和 P&W 公司使用 SiCf/SiC 复材制备燃烧室衬套，在 1200℃环境下工作时间可以超过 10000 小时；GE 航 空开发出 SiCf/SiC 复材燃烧室火焰筒，能在 1200℃环境下工作 9000 小时以上；GE 和 R-R 公司联合为 F-35 战斗机研制的 F-136 发动机采用了 SiCf/SiC 复合材料第三极低压涡 轮导向叶片，目前已有 10 万小时以上的测试记录。

2015 年 2 月 10 日，美国 GE 公司在 F414 涡扇发动机验证机上成功验证了世界首个旋转 低压涡轮构件，为 SiCf/SiC 复材在航空发动机和燃气轮机上的应用指明了方向。2015 年 6 月 16 日，法国赛峰集团设计的陶瓷基复合材料尾喷管搭载 CFM56-5B 发动机完成了首 次商业飞行，通过适航认证，标志着航空发动机高温部件采用 SiCf/SiC 合材料的时代来临。

热防护方面，日本以 SiCf/SiC 复材作为空天飞机 HOPE-X 的平面翼板及前沿曲面翼板等 热保护系统；法国以 SiCf/SiC 复材作为空天飞机 HERMES 的盖板隔热层；洛马公司采用 SiCf/SiC 复材开发出来的耐热瓦已有 3 万余块用于美国哥伦比亚号航天飞机上，应用效果 良好，自 1981 年以来哥伦比亚号共成功执行任务近 30 次。

SiC 纤维具有半导体特性，是雷达波吸收的重要材料，同时具有高温抗氧化性，适合用作 高温隐身材料，可用于制造隐身飞机和巡航导弹的头锥、尾翼、鱼鳞板及尾喷管等。如法 国“幻影 2000”战斗机的 M53 发动机鱼鳞板内侧及尾喷管，美国洛马公司生产的 F-22 隐身战机的四个直角尾翼。

连续 SiC 纤维因其良好的辐照稳定性，被认为在先进核能领域也具有广阔的应用前景，目 前 SiC 基 SiC 纤维复合材料（SiCf/SiC）在核聚变反应堆的设计中己被采用，主要是用在 包层的第一壁、流道插件、控制棒以及偏滤器等部件上。如日本的 DRREAM 和 A-SSTR2 包层概念设计选用 SiCf/SiC 复合材料作为第一壁/包层结构材料；欧盟的 PPCS-C 的包层 概念设计采用 SiCf/SiC 复合材料制造流道插件；美国的 ARIES-AT 的偏滤器设计中采取 SiCf/SiC 复合材料作为结构材料。

国产纤维量产及复材制备技术逐渐成熟，有望开启下游广阔市场空间

国产纤维的量产及复材制备技术的逐步成熟，有望带动下游应用的快速增长。目前第三代 SiC 纤维的性能已基本满足实际应用的需要，以第三代 SiC 纤维作为增强体的陶瓷基复合 材料（CMC）研究已经广泛展开，不仅可应用于航空航天发动机的耐热部件、可重复使用 运载器的热防护材料系统和高超音速*器武**推进系统等，在核能、高速刹车片、燃气轮机热 端部件、高温气体过滤和热交换器等领域也有广泛的应用潜力。随着第一代、第二代、第 三代 SiC 纤维的量产，以及复材制备技术的逐步成熟，未来有望带动航空、航天、核电等 下游应用的快速增长。

我国已开展发动机用 SiC 纤维复材研究，实现了发动机的减重。据 2017 年 7 月 1 号《解 放军报》报道，某民企采用连续碳化硅纤维材料制作某型号发动机喷口调节片，将耐高温 性能提高了 150 度，重量减轻了 8 公斤。我们认为，未来伴随着国产发动机的批产上量， 以及新一代战斗机的研制推进，对 SiC 纤维及其复材的需求将会逐步提升。

五、石英纤维：航空航天产业发展，带动需求快速上升

石英纤维是指二氧化硅含量达 99.95%以上，丝径在 1~15 微米的特种玻璃纤维，具有较 高的耐热性，能长期在 1050℃以下使用，短期最高使用温度达 1200℃，软化温度为 1700℃， 耐温性仅次于碳纤维。石英纤维有着卓越的电绝缘性，并且介电性能随着温度变化较小。 石英纤维在高频和 700℃以下工作区域内，能保持最低而稳定的介电常数和介电损耗。这 些优异的性能使之成为多种航空、航天飞行器关键部位的结构增强、透波、隔热材料。

生产连续石英纤维的方法主要有三种：棒拉丝法、熔融拉丝法和溶胶凝胶法，其中工业生 产主要以棒拉丝法为主。棒拉丝法一般是由纯的天然水晶提炼加工成熔融石英玻璃棒拉制 而成。拉制完成后制备成不同的石英产品，如无捻粗纱、有捻纱（包括单股和合股纱）、 纤维布、纤维套管、短切纤维、纤维棉、纤维毡和纤维砖等。

石英纤维主要用作雷达罩透波及航天器隔热材料

机载雷达的发展使其天线罩对力学性能和透波性能要求越来越高，而决定此两种性能的主 要因素是制备天线罩用的复合材料。机载雷达天线罩的主要功能有：保证雷达天线系统工 作不受环境干扰，避免雷达天线在恶劣飞行环境中受到损坏；透过电磁波；改善飞机气动外形。天线罩用的复合材料对天线罩的力学性能和透波性能影响较大，复材的弯曲性能和 抗冲击性能越好，机载雷达天线罩承载空气载荷的能力越强，抵抗飞行过程中异物冲击的 能力越好；复材的介电常数（ε）和介电损耗角正切值（tanδ）越低，其介电性能越好， 雷达罩的透波性能越好。

石英纤维透波性能较好，适用于高性能机载雷达罩，在美国 F-15、F-22 等战斗机中获得 了应用。机载雷达天线罩常用的增强纤维包括普通玻璃纤维、石英纤维、高硅氧玻璃纤维 等。其中玻璃纤维增强树脂基复合材料是实际生产中最广泛应用的雷达罩材料，其应用频 段主要 10GHz 范围内，对于高频天线罩（10-20GHz），因其发射频率高，波长短，造成 天线罩透波损耗大。石英纤维的介电性能比普通玻璃纤维更加优越，ε值和 tanδ值在玻 璃纤维体系中最低，且在较宽频带范围内基本不变化，因此可实现天线罩的宽频透波性， 虽然价格较高，目前国外先进雷达罩大多已采用石英纤维作为增强材料。

1. 普通玻纤：E 玻纤是最早应用于机载雷达天线罩的透波增强材料，具有较高的拉伸强 度、较好的耐老化性能、良好的介电性能，而且价格最低。但随着机载雷达天线技术 的发展，它的某些性能已经不能满足特定使用要求，于是产生了改进型，得到了高强 度玻纤（S 玻纤）、高模量玻纤（M 玻纤）和低介电玻纤（D 玻纤）。其中，S 玻纤力 学性能是玻纤中最好的，介电损耗角正切值较大，可用于制备对结构性能要求较高、 介电性能要求一般的机载雷达天线罩；M 玻纤是玻纤中模量最高的，但介电常数较大， 较少用于制备机载雷达天线罩；D 玻纤是国外专门为制造天线罩而最早开发利用的一 种玻纤，目前国内也已经大量生产，其ε值和 tanδ值仅次于石英玻纤，但拉伸强度 和模量稍低，可用于制造对电性能要求较高、而对力学性能要求一般的机载雷达罩。

2. 高硅氧玻璃纤维：高硅氧纤维是俄罗斯特有的透波复合材料用增强材料，具有较好的 耐热性能和优异的介电性能，非常适合作为战术导弹雷达罩的增强材料，也常用于制 备机载雷达天线罩。高硅氧纤维强度与一般纤维接近，性价比在石英纤维与 E 玻璃纤 维之间。

3. 石英纤维：石英纤维是高性能机载天线罩最常用的增强纤维，它隔热性能优良，与酚 醛树脂、环氧树脂都有很好的兼容性，并且具有弹性模量随温度升高而增加的罕见特 性；介电性能十分优异，ε值和 tanδ值在玻璃纤维中最低，并且在较宽的频带范围 内基本不变化。石英纤维在实际中得到大量应用，如美国 F-15 战斗机第一代、第二 代鼻椎天线罩都采用了石英纤维增强氰酸酯树脂复合材料作为夹层结构的蒙皮，国外 *四代第**战斗机（如美国 F-22 战斗机）雷达罩也都选用了宽频性能极佳的石英纤维。

石英纤维在导弹天线罩中应用广泛，国内外仍在不断改进提升

与飞机天线罩类似，导弹天线罩的功能是确保弹载雷达导引头在飞行过程中的正常工作， 天线罩材料需要满足导弹力学性能、介电性能、抗热震、抗雨蚀、寿命、工艺等要求。连 续纤维增强陶瓷基复合材料由于既能从本质上克服陶瓷材料的脆性，又能保留陶瓷基体材 料强度高、热膨胀系数小和热稳定性好等优点，成为近年来制备高马赫数导弹天线罩的主 要材料体系之一，使用的陶瓷纤维主要包括玻璃纤维、石英纤维、氮化硼（BN）纤维、 氮化硅（Si3N4）纤维等。

石英纤维是国外高马赫数导弹天线罩最常用的耐高温透波陶瓷纤维，但仍有性能限制，国 内外均在不断改进。S 玻纤、D 玻纤及高硅氧玻纤等玻璃纤维是使用最早的导弹天线罩增 强材料，但这些普通玻纤受密度与耐温性的限制，难以满足制备高马赫数导弹天线罩的需 求。石英纤维综合性能优良，是高马赫数导弹天线罩透波材料的理想增强体，应用较为广 泛，但当温度达到 900℃时，石英纤维会发生析晶现象，强度迅速下降，大大影响复合材 料的力学性能，当温度达到 1200℃时，其增强作用基本消失殆尽，这严重限制了石英纤 维的应用范围。国内外均在不断进行材料的改进，例如美国 Philco-Ford 公司和 GE 公司 制备出三维多向石英纤维织物增强的石英基复合材料，表面熔融温度可达 1735℃，应用 于美国“三叉戟”导弹；俄罗斯研发了石英纤维增强磷酸盐基的复合材料，在温度高达 1800℃ 的条件下也能维持较为优良的性能，已运用在各类巡航导弹、战术型、反导型导弹及航天 飞机上。

石英纤维是目前国内最主要的用于中高马赫导弹天线罩的透波增强纤维。针对中、远程地 地战术和战略导弹天线罩需求，国内多家单位也成功研制了石英纤维织物及复材，如北京 玻璃钢研究设计院研究了石英玻璃布增强磷酸盐复合材料，可用于使用温度在 1200℃以 下的天线罩；国内研发的三维石英纤维增强石英基复材已经在航空航天领域的某些型号上 得到实践应用。石英纤维是目前国内最主要的用于中高马赫导弹天线罩的透波增强纤维， 但随着中远程精确制导导弹的发展，导弹的飞行时间进一步增加，再入速度可高达 20 马 赫以上，这使得导弹天线罩的工作温度急剧上升，石英纤维难以满足这种工况，因此，国 内也在研发 Si3N4纤维、BN 纤维、SiNO 纤维和 SiBN 纤维等其他类型耐高温透波陶瓷纤 维。

石英纤维可应用于航天器作为热防护材料

陶瓷纤维刚性隔热瓦是美国航天飞机最主要的热防护材料，在 X-37、X-51 等新型高超声 速飞行器中也有应用。陶瓷纤维刚性隔热瓦孔隙率高，容重低，在高温下具有稳定的形状 和一定的强度，同时具有优良的辐射散热、隔热、抗冲刷和保持气动外形的作用，是目前 美国航天飞机最主要的热防护材料之一，应用面积占航天飞机总热防护表面的 68％，世 界上第一架航天飞机“哥伦比亚”号表面贴了 24300 块陶瓷纤维隔热瓦。近年，X-37、 X-51 等高超音速飞行器的热防护系统也应用了陶瓷纤维刚性隔热瓦。

刚性隔热瓦发展至今已有 4 代，石英纤维均是重要的增强纤维。美国陶瓷纤维刚性隔热瓦 的研制工作始于 20 世纪 60 年代，Lockheed 公司于 1972 年研制出了采用石英纤维作为增 强纤维的第一代陶瓷纤维隔热瓦，并于 1975 年扩大生产。美国陶瓷纤维刚性隔热瓦发展 至今大致经历了四代，耐热能力不断提升，其中均用到了大量的石英纤维作为增强材料， 主要是由于石英纤维能在高温下熔化吸收热量，并进一步利用熔融的液态层来阻挡热流， 是熔化型烧蚀防热材料的典型代表。

航空航天产业发展，有望带动石英纤维需求提升

中远程战略战术弹道导弹是火箭军的主要作战装备，防空反导系统是空军防空兵以及海军 防空型舰艇的主要*器武**；巡航导弹则横跨火箭军、空军和海军三个军种。我们认为，在陆、 海、空、火箭军等下游军种需求刺激下，未来导弹需求量大。未来火箭军将围绕“核常兼 备、全域慑战”的战略要求，积极加强中远程精确打击力量建设，增强战略制衡能力，导 弹防务装备有望保持稳健快速的增长态势。石英纤维在导弹天线罩和壳体中都能取得应用， 未来需求增长潜力大。

如前文所述，目前我国军机技术成熟，需求旺盛，已经进入批产拐点，石英纤维是军机雷 达罩常用的纤维材料，伴随着军机的批产上量，对石英纤维的需求也将快速增长。

六、国内军工复材产业链重点公司

菲利华：专注高端石英，半导体及军工下游需求增长潜力大

光威复材：民族之光引领碳纤产业发展，军民两端应用前景广阔

中简科技：*用军** ZT7 碳纤维核心供应商，积极开发其他类型碳纤维

火炬电子：*用军** MLCC 核心供应商，布局新材助腾飞

隆华科技：业务转型升级，外延布局军工复材

楚江新材：铜加工龙头，积极布局高端装备和军工材料

中航高科：航空复材与高端制造双轮驱动，军民融合前景广阔

……

（报告来源：华泰证券）

获取报告请登陆未来智库www.vzkoo.com。

立即登录请点击： 「链接」