碳碳复合材料由于其独特的性能,已广泛应用于航空航天、汽车工业、医学等领域,如火箭发动机喷管及其喉衬、航天飞机的端头帽和机翼前缘的热防护系统、飞机刹车盘等。
碳碳复合材料是指什么?
碳碳复合材料是碳纤维及其织物增强的碳基体复合材料。具有低密度(<2.0g/cm3)、高强度、高比模量、高导热性、低膨胀系数、摩擦性能好,以及抗热冲击性能好、尺寸稳定性高等优点,是如今在1650℃以上应用的少数备选材料,最高理论温度更高达2600℃,因此被认为是最有发展前途的高温材料之一。
根据中研普华产业研究院发布的《2022-2027年中国碳碳复合材料行业市场深度调研及投资策略预测报告》显示:
尽管碳碳复合材料有诸多优良的高温性能, 但它在温度高于400℃的有氧环境中发生氧化反应,导致材料的性能急剧下降。因此,碳碳复合材料在高温有氧环境下的应用必须有氧化防护措施。碳/碳复合材料的氧化防护主要通过以下两种途径,即在较低的温度下可以采取基体改性和表面活性点的钝化对碳碳复合材料进行保护;随着温度的升高,则必须采用涂层的方法来隔绝碳/碳复合材料与氧的直接接触,以达到氧化防护的目的。使用最多的是涂层的方法,随着技术的不断进步,对碳碳复合材料超高温性能的依赖越来越多,而在超高温条件下唯一可行的氧化防护方案只能是涂层防护。
碳碳复合材料由于其独特的性能,已广泛应用于航空航天、汽车工业、医学等领域,如火箭发动机喷管及其喉衬、航天飞机的端头帽和机翼前缘的热防护系统、飞机刹车盘等。
在全球市场中,碳/碳复合材料生产企业主要集中在日本、西欧、美国等地区,代表性企业主要有日本东洋碳素、日本东海、日本东丽、日本碳素、日本吴羽化学、德国西格里、德国崇德、法国美尔森、美国尤卡、美国赫氏复材、美国GrafTech等。这些企业技术水平先进,能够生产的产品种类较多、质量较高,在全球市场中处于领先地位。
一、碳碳复合材料行业市场规模及增速
碳碳复合材料是发展国防军工、航空航天、新能源及高科技产业的重要原材料之一,已广泛应用在轨道交通、汽车、建筑、医疗、电子、海洋开发、光伏发电等国民经济领域。巨大的应用市场带动了行业的发展,截止2019,行业市场规模达到36.2亿元,市场增长率约为15.11%,行业总体市场规模不断变大,增长率逐步降低。
图表:碳碳复合材料行业市场规模及增速

数据来源:中研普华产业研究院整理
二、碳碳复合材料行业市场饱和度
如果从需求潜力角度来说,不仅是我国,全球没有任何一个国家的碳碳复合材料产能能够满足下游的需求,更多的是把碳碳复合材料用于高精尖产品。
2019年,我国碳碳复合材料行业自给率仅为35%左右,还有65%需要从国外进口相关产品,市场的缺口非常大,但是由于碳碳复合材料行业技术含量高,需要大量的人力、物力进行研发、生产,研发周期长,回收资金周期也长,国内甚少企业能够承担行业,主要依靠国外技术引进进行生产加工。因此,即使面对巨大的行业市场缺口和潜力,依旧少有企业进入。
三、影响碳碳复合材料行业市场规模的因素
1、市场供给
由于我国碳碳复合材料行业发展较晚,许多设备和技术都依靠国外支持,在很大程度上限制了行业的发展,行业的供给能力有限,在很大程度上限制了其市场规模的扩张。
2、价格
尽管碳碳复合材料性能优异,目前,其生产成本过高。根据当前的市场情况(供给和需求),碳纤维的种类(航天VS商品级),纤维束的大小不同,纤维的价格也判若云泥。每磅碳碳复合材料价格,可达5-25倍玻璃纤维价格不等。而相比于钢材,碳碳复合材料的高成本性就更加突出了。
3、技术
目前我国进入碳碳复合材料研发和生产的企业已多达30多家,但是限于技术原因,低端的较多,上档次的较少,技术含量较低,附加值不高,直接限制了行业的市场规模。
图表:2020-2025年碳碳复合材料行业市场规模及增速预测

数据来源:中研普华产业研究院
一直以来,欧美日等国家在高性能石墨材料技术方面对我国实行严格封锁,出口到国内市场的产品种类与数量也进行严格控制,导致我国高性能石墨材料价格高昂且供应量少,无法满足高技术产业发展需求。发展碳/碳复合材料行业是缓解我国高性能石墨材料供应不足的重要手段之一,在国家政策与资本的推动下,我国碳/碳复合材料行业不断发展壮大。
碳/碳复合材料体系具有高强高模、比重轻、热膨胀系数小、抗腐蚀、抗热冲击、耐摩擦性能好、化学稳定性好等一系列优异性能广泛用于固体火箭发动机喷管、航天飞机结构部件、飞机及赛车的刹车装置、热元件和机械紧固件、热交换器、航空发动机的热端部件、高功率电子装置的散热装置和撑杆等方面,另一方面重要的应用则集中在生物医用材料,作为人体骨修复和骨替代物。
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