碳陶&金属刹车盘孰优孰劣？百亿碳基复合材料市场，前景如何？

2022-07-07 17:09:09  信息编号：K222465  浏览次数：182

在各类刹车材料中，优良导热性、稳定摩擦系数、耐高温抗冲击、耐磨减磨、质量轻便是制动闸片的重要发展方向，是抢占未来发展制高点的重点。

碳陶复合刹车材料是20世纪90年代发展起来的一种以高强度碳纤维为增强体，以热解碳、碳化硅（SiC）等为基体的多相复合刹车材料，是在碳/碳复合刹车材料的基础上，引入具有优异抗氧化性能的碳化硅（SiC）陶瓷硬质材料作为基体的一种刹车材料，既保持了碳/碳复合刹车材料密度低、耐高温的优点，又克服了碳/碳刹车材料静摩擦系数低、湿态衰减大、摩擦寿命不足及环境适应性差等缺点，成为新一代刹车材料，在汽车和高速列车等现代交通工具的刹车制动领域具有广阔的应用前景。

一、碳陶刹车盘的优势

碳碳复合材料由于成本高，目前主要用于飞机制动器，随着近年来高速铁路的发展，国内外科技工作者开始研制开发用于高速铁路的碳陶复合材料摩擦副，碳陶复合材料是一种国际上重点开发的摩擦副材料，我国也已经处于起步阶段，碳陶刹车盘未来降本空间较大，有望成为刹车产品的主要发展方向。

碳/陶复合材料的主要基体成分碳化硅具有耐高温、高强度、抗氧化、耐腐蚀、耐冲击的优点，碳陶盘相对于普通刹车盘优势明显。

碳陶刹车盘，它是在1700度高温下碳纤维与碳化硅合成的增强复合陶瓷，重量只是普通铸铁盘的3/1，使得刹车系统更轻，更加灵敏。同时它的耐热效果比普通的刹车盘高出许多，抗热衰减性强，普遍配套在超跑以及高性能车型。

二、市场空间测算

1）国盛证券测算

综上，保守估计新增产能于未来三年逐步释放，则预计2022年，新增+替换合计对于碳碳热场的需求约为5600-6000吨/年。

供给方面，行业头部企业加速推动产能扩张，根据各公司公告，天宜上佳于2021年年底已形成约2000吨产能；金博股份2021年产能为1600吨，在建项目建设完成后形成1950吨产能，另外拟通过定增募资建设1500吨产能，预计2022年有效产能将达到2500吨左右；美兰德拟新增约800吨产能；西安超码拟新增350吨产能。总体来看，行业供需相对较为平衡。

2）浙商证券测算

核心结论：

2021年碳碳热场市场空间约31亿元，2020-2025年复合增速达14%。

预计到2025年，单晶碳碳热场改造需求市场空间约0.3亿元，占比1%；替换需求市场空间为41.5亿元，占比89%；

新增需求市场空间达5.0亿元，占比11%。总体趋势为替换需求占比持续提升，新增、改造需求占比逐步下降。

三、碳陶复合材料的应用场景

光伏热场碳碳复材产业链上游原材料主要有碳纤维及碳纤维预制体、树脂、丙烯等化工产品，中游为光伏热场供应商，下游为光伏行业的硅片及电池组件供应商。

随头部厂商加速扩产、低端产能出清，头部企业市占率（按产能）有望从80%提升至86%。

1、碳陶为性能优良制动材料

制动系统主要包括盘式制动和鼓式制动两种，其中盘式制动因有着更优的制动效果而成为主流，系统主要由刹车盘、卡钳和活塞组成。

当汽车做出制动动作时，活塞施加压力使卡钳卡住刹车盘，通过衬片和制动盘之间的摩擦力使刹车盘停止转动，进而使与刹车盘相连接的车轮停止转动，其中活塞数量影响施加的制动力，衬片与制动盘的材料属性影响最终的刹车效果，刹车盘除应具有作为构件必须的强度和刚度外，还应有尽可能高而稳定的摩擦系数，以及适当的耐磨性、耐热性、散热性和热容量等。

汽车和高速列车等现代交通工具的刹车材料经历了从铸铁、合成材料、粉末冶金材料到碳碳复合材料和碳陶复合材料的发展。

其中，碳陶复合刹车材料是20世纪90年代发展起来的一种以高强度碳纤维为增强体，以热解碳、碳化硅（SiC）等为基体的多相复合刹车材料，是在碳碳复合刹车材料的基础上，引入具有优异抗氧化性能的碳化硅陶瓷硬质材料作为基体的一种刹车材料

碳陶&金属刹车盘对比相比金属，碳陶刹车盘安全性和制动性能上表现更优，天然适用于电动车

(1)安全性：碳陶搭载的车型以性能车为主，因性能车加速度更大，车身载重高、电池电机功率高，所以在加速度很大的情况下需要保障行车制动安全性，虽然普通金属也可以满足需求，但是刹车制动中会有温度上升，金属温升会导致摩擦系数变化；

(2)制动性能：制动性能上碳陶更有体验感，不存在刹车中的顿挫感。

2、国内电动车弯道超车，有望加速推动国产化进程

基于碳陶材料出众的性能优势，其已在军用飞机、高端汽车刹车系统取得了一定的应用，未来有望成为新一代飞机、高铁和汽车刹车材料。

1）飞机：国内首次应用，发展前景广阔。

2017年，由中航工业与西工大合作开发碳陶飞机刹车材料成全球首创，且成功在我国军机得到运用。

据《中国民航报》报道，中航工业制动已完成400多炉次碳陶刹车盘的批产考核，生产了10多个机种10000余件碳陶刹车盘，惯性台试车考核10000余次。

已批量装机碳陶刹车盘120余架份，累计安全飞行10000余个起落，具备完善的技术底蕴。

目前碳陶刹车盘也已在歼20、歼10B、歼15、运20等主力战机上应用，并被各大媒体评价为我国战机相对于外国战机的性能优势之一。

2）高铁：碳陶刹车材料仍在试车实验中，市场待开启。

目前国内外高铁刹车材料均以粉末冶金闸片为主，碳碳/碳陶因部分性能未得到圆满解决，目前应用较少，仍处试车阶段。

国内以天宜上佳（688033）为代表的龙头公司正在进行相关项目的研发并取得了阶段性成果，技术水平处于国际领先水平，未来将主要应用于新型时速400公里及以上时速动车组。

3）汽车

20世纪90年代，德国宇航院（DLR）以高档轿车刹车盘为应用目标，对碳陶刹车材料进行了研究并获得了成功，碳陶刹车盘凭借其优异的性能在高端跑车中得到了广泛的应用。

目前受限于汽车碳陶制动盘的生产成本相对较高，其主要应用于高性能跑车以及后市场改装车等领域。

基于当前背景，国盛预计新能源汽车发展有望率先带动碳陶刹车材料进入大规模商业化量产。

驱动因素一：整备质量提升，提升刹车性能需求。

由于电动车底盘布置较大质量的电池来实现续航要求，导致同级别下，电动车的整备质量相较燃油车高出约20%，以20-30万级别车型为例，比亚迪汉、极氪001等车型整备质量2.1-2.2吨，小鹏P7约为1.9吨，特斯拉model3约为1.8吨，而相似价位区间的燃油车代表迈腾、帕萨特整备质量约为1.5吨，尺寸更大的别克君越为1.6吨。

考虑到运动物体动能与质量平方成正比，同等条件下，电动车对于制动力的需求较燃油车高出约40%，因而对于刹车性能提出更高要求。

为保证制动性能，采用传统钢制刹车盘，必然要提升刹车盘尺寸，导致簧下质量大幅提升，影响汽车操控性及舒适性，同时制动盘较大的转动惯量也将影响电动车的续航水平，而碳陶刹车相较钢制刹车可以大幅减重，因此电动化趋势下，碳陶刹车材料需求迫切性或将快速提升。

此外，刹车系统压力的增大，也将导致钢制刹车系统更容易产生热衰减现象，造成行驶安全性的隐患。

驱动因素二：电动机大幅提升汽车运动性能，刹车系统需匹配加速性能。

电动车依靠电机驱动，无论输出响应速度还是峰值功率都要由于传统内燃机，电动车加速及运动性能相较燃油车有质的飞跃，部分高端车型如taycan、models均将运动性能作为产品核心竞争力之一，也会为车型匹配更高性能的碳陶刹车。

驱动因素三：电动化趋势带来国内车企弯道超车，国产供应链配套有望加速降本。

国内品牌积极把握电动化转型过程中的弯道超车机会，成功实现了产品等级的上探，在30-60万等级的已站稳脚跟，为营造产品的豪华属性，主机厂联合零部件企业共同推动高端配置的下放，典型如空气悬挂等配置，在岚图free、极氪001等35万级别车型上都有选装，主机厂负责提供订单，零部件厂商负责探索规模化量产的降本路径，实现正向循环。

综上所述，到2030年能够使用碳纤维基的刹车盘系统肯定要达到甚至超过300亿，到那时碳碳or碳陶刹车系统，谁主沉浮？我们拭目以待...