全国客服电话
18713627866
产品中心
PRODUCT CENTER
全国客服电话
18713627866

新闻动态

当前位置: 网站首页 > 新闻动态 >

碳基刹车材料行业研究:锚向飞机、高铁、汽车,三个百亿渗透可期

发布时间:2022-05-16 18:54:26 点击量: 923


1 新型刹车材料:碳碳/陶性能解密?





通常而言, 应用于制动的刹车材料, 其主要功能是通过摩擦, 将动能转变为热能并将热 量吸收或散发掉, 从而逐步降低刹车材料所在部件和被它贴合部件 (刹车材料所在部件 和被它贴合部件构成摩擦副, 全部摩擦副构成刹车副总体)之间的相对运动速度, 直至 停止运动, 达到制动目的。






要使刹车副完成上述制动过程, 理想的刹车材料应具有以下性能:足够而稳定的摩擦因 数;高的导热性与耐热性;高的耐磨性;良好的耐油、湿和腐蚀能力;足够的强度;在和被贴 合的部件进行摩擦接触时产生很少或不产生噪声;在工作中不发生黏结或咬合;原材料 来源充裕, 价格性能比高, 具有良好的工艺性能等。刹车材料分类根据材料材质类型来分 3 大类:树脂基刹车材料 (石棉刹车材料、无石棉刹 车材料、纸基刹车材料)、 粉末冶金刹车材料、碳/碳复合刹车材料和陶瓷基刹车材料。






2 三个百亿市场,技术迭变下的新蓝海





飞机碳刹车:国内弯道超车,当前聚焦检维修






性能应用:碳碳运用较成熟,未来或走向碳陶






飞机刹车副分为粉末冶金飞机刹车副和炭/炭复合材料飞机刹车副两大类,安装在飞机 机轮装置上,用于飞机起飞、着陆、滑行、转弯和?;?,是与飞机发动机并列的飞机 A 类关键性部件。由于碳/碳复合材料具有密度低、耐高温、抗腐蚀、摩擦磨损性能优异、 抗热振性好及不易发生突发灾难性破坏等一系列优点,现已成为航空制动装置的首选刹 车材料。






海外碳碳飞机刹车盘的发展历史。飞机碳刹车是上个世纪 60-70 年代国外率先运用。目 前,除波音 737 系列等少数机型外,波音与空客所生产飞机已全部装备碳刹车盘。2008 年起法国、美国的公司开始为波音 737 所有机型提供碳刹车改装,目前国内外航空公司 均选择改装或新引进已装备碳刹车的波音 737 飞机,意味着未来波音与空客所生产的飞 机将全部装备碳刹车盘。






我国飞机用碳碳刹车盘发展历史。中国航空刹车料研究开始于 20 世纪 50~60 年代,航 空工业制动(514 厂),自 1955 年创建以来,承担着航空机轮刹车技术及刹车材料研制 的国家使命,于 20 世纪 60 年代开始研制粉末冶金刹车材料,虽然相比世界航空大国研 究起步较晚,但发展速度很快,铁基和铜基粉末冶金刹车材料,在较短时间内装配国产 军用飞机;20 世纪 70 年代,瞄准国际前沿技术,打破西方技术封锁,开始研制碳/碳复 合材料,并于 20 世纪 90 年代在国产某型军机上实现首飞,填补了中国航空碳/碳刹车 材料应用的空白。1目前,我国碳碳刹车产品已经广泛用于国内检维修市场。




图片




此外,在碳陶刹车盘领域,我国技术水平大幅领先海外。上世纪 90 年代,飞机碳陶刹 车技术在国际上刚刚兴起,各发达国家均纷纷投入巨资研制,收效甚微。2004 年,西北 工业大学与中航工业西安航空制动科技有限公司联手,历经 12 年攻关,上万的台架试 验,共突破了三大关键技术,形成了 5 个重大技术发明点,获得了 19 项国家授权发明 专利,在国内属首创,该成果最终站上 2016 年国家科技奖励大会领奖台。该碳陶刹车 盘与上一代刹车盘相比,静摩擦系数提高 1~2 倍,湿态摩擦性能衰减降低 60%以上, 磨损率降低 50%以上,使用寿命提高 1~2 倍;生产周期降低 2/3,生产成本降低 1/3,能耗降低 2/3,性价比提高 2~3 倍。价格仅相当于国外同类产品 50%~60%,是目前国 际上发现少有能在 1500℃高温环境下,各项物理性能不发生衰减的材料,使我国成为 国际上第一个率先使用碳陶刹车盘国家;推广应用后,每年可为我国民航客机节约成本 3 亿元左右。






进一步,飞机领域碳碳刹车与传统的钢刹车的性能对比如何?






1)实现刹车装置减重






碳/碳复合刹车材料的密度为 1.75-1.80g/cm3,而钢材料则为 7.8g/cm3,碳/碳复合材料 的密度仅为粉末冶金材料密度的 23%。采用碳热库的刹车装置与钢刹车装置相比,其重 量可减轻 40%左右。




图片




2)提高刹车盘的使用寿命






在正常使用条件下,碳/碳复合刹车材料的摩擦系数稳定,抗磨损性能和重复工作性能好, 在同等使用条件下磨损量约为钢刹车材料的 1/3-1/7。这就大幅度延长了刹车盘的使用 寿命,降低了机轮维修工作量。






3)承载水平高,过载能力强






碳/碳复合刹车材料在 2000℃的高温下也不会熔化,不会发生粘结现象(钢刹车盘会发生 粘结现象),也没有明显的翘曲变形。当使用温度上升到 775℃时,碳/碳复合材料的比 强度仍保持不变,钢材料则有显著降低,钢刹车盘的最高使用温度不超过 900℃。碳/碳复合材料的这些优息性能,改善了飞机在复杂条件下起降时刹车装置的使用可靠性。在 飞机中断起飞的极恶劣使用条件下,由于碳刹车盘的过载能力大,可以保证刹车装置不 损坏,而且能保持刹车过程平稳,刹车响应灵敏。






市场分析:国内渗透率约 40%,中期超 100 亿可期






在民机市场,除了波音 737 少数机型未全部使用碳刹车盘,其余机型全部使用碳刹车 盘。近年来,我国民航业快速发展,民航飞机数量呈现逐年上升趋势。截至 2017 年末, 我国民航飞机达到 3,326 架,其中使用碳刹车飞机达到 1,804 架。我们预计 2017 年至 今的渗透率仍在持续提升。预计当前民机市场,碳刹车盘应用占比可能超 50%;军机市 场占比约 30%。




图片




从碳刹车盘市场来看,2015 年我国民用飞机刹车盘需求量为 7.5 万盘,军机需求量为 1.2 万盘,合计需求量为 8.7 万盘;而我国实际年产能为 3 万盘(产量 2.9 万盘),意味 着 2015 年我国飞机碳碳刹车盘国产化比例为 33%,主要仍依赖进口,预计当前国产化 比例已经有较大幅度提升。






截至 2019 年,我国在册适航航空器数(运输类)3893 架,在册适航航空器数(通用类) 为 3640 架,合计 7533 架;而 2019 年新注册运输类飞行器为 220 架,通用类为 393 架,进一步考虑到每年还有少量运输期注销,因此新增飞行器需求较少;对应碳碳刹车 需求更多基于存量飞机更换需求为主(并且,新注册飞机刹车材料主要是海外企业主导)。






基于此,我们做市场空间评估:






1、我们分为民用飞机和军机 2 个市场分别测算,飞机数量来自民航总局发布,更换频 率为 1 年一次;就民用飞机而言,1 架飞机 4 个刹车副,一个刹车副 9 个刹车盘;就军 用飞机而言,1 架飞机 2 个主机轮装刹车副,一个刹车副 9 个刹车盘。






2、结合过往数据(2011-2015 年),假设 2016-2019 年单个刹车盘价格均为 3 万元/个。






3、碳碳刹车盘渗透率在 2015 年基础上,每年提升约 2 个 pct。由此我们测算,2019 年我国民用飞机碳碳刹车盘渗透率为 48%,市场空间为 39 亿元;军用飞机碳碳刹车盘渗透率为 30%,市场空间为 5.2 亿元;合计市场空间为 44 亿元。






进一步,若乐观估计,假设远期我国民用航空飞行器数量为10000架,碳碳渗透率100%;军用航空飞行器 5000 架,碳碳刹车渗透率 100%;那么合计飞机碳碳刹车盘市场空间为 135 亿元,相较当前市场容量有约 3 倍扩容。






进一步看全球市?。?015 年全球飞机碳刹车盘市场规模为 58 万盘。目前,北美是全球碳刹车盘主要市场, 也是最为成熟市场,2015 年北美碳刹车盘市场占整体市场 31.6%,欧洲占 25.6%,亚 太占 28.4%。假若按照 2020 年全球碳碳刹车盘需求 80 万盘,单价 3 万/盘价格估算, 全球市场容量至少 240 亿元。




图片




竞争格局:国内技术水平跻身全球,门槛制约当前聚焦维修






国外主要的碳刹车盘制造商有法国赛峰(米歇尔)、美国联合航空运输公司(古德里奇)、 美国霍尼韦尔与英国的美捷特公司。国内主要有西安制动、长沙鑫航和西安超玛。目前 国内部分公司技术上不断突破,凭借高性能、相对优惠价格,正在逐渐替代国外同类产 品。






此外,行业进入门槛较高,PMA 证书认证壁垒高、周期长。航空器零部件制造人批准书 ( PMA )最初产生的原因是原设备制造商(OEM)不再供应有些已停产的机型的航材, 应运而生的 PMA 产品成为其惟一的航材来源。PMA 产品的价格通常比 OEM 产品要低 30%-60%。OEM 产品价格高原因是 OEM 通常将研制和开发成本及盈利放在航材备件 的销售上,所以其销售价格远远高于制造成本。近些年来,为降低民用航空器维护成本, 美国批准 PMA 产品和国产 PMA 产品在中国注册的民用航空器已大规模使用。民用飞 机刹车副产品,需分别由民航总局对其进行一系列适航验证,合格后获得《零部件制造 人批准书》(PMA 证书),整个程序通常需要 2-3 年。一般企业很难获取 PMA 证书,因 此无法切入相关市场。(报告来源:未来智库)




图片




西安制动






公司创建于 1955 年,是总装备部批准的飞机机轮刹车及刹车系统研制、生产配套许可 单位, 2012 年公司航空业务整合上市成为中航西飞(000768)旗下西安制动分公司。公司研发中心位于西安市高新区,生产试验基地位于陕西兴平市和贵州安顺市。公司 “碳陶飞机刹车功能复合材料的研制与应用”、“飞机电液自馈能刹车装置和防滑控制新 技术”,荣获国家技术发明二等奖,代表了国内在该领域顶尖水平。公司开创了中国碳基 刹车材料研发与制备的先河,打破了美、英、法三国技术垄断,使中国成为世界上第四 个掌握碳基刹车材料制备技术的国家。






公司航空业务主要包括飞机机轮、刹车装置、防滑刹车系统及机电液压附件产品,目前 国内市场占有率 90%以上。公司以民航维修、外贸转包为平台,取得了中国民航局 CAAC 及欧洲航空安全局 EASA 维修认可证书,与美国波音、古德里奇、穆格、UTC,法国赛 峰,英国邓禄普等国际知名企业均建立良好合作关系。公司承担着空客、波音、庞巴迪 和新舟系列等 20 多个机种、180 多个件号的机轮刹车及气动液压附件产品民航维修业 务,是西北地区最大机轮刹车维修企业。此外,公司在非航空领域制动产品开发也有布 局,产品涉及汽车、轨道交通、风电等各领域,长期为一汽大众等国内知名车企配套生 产制动产品,研制新一代刹车材料成功应用于法拉利、保时捷等高档汽车,填补了国内 空白。




图片




公司采用整体针刺毡+化学气相沉积(CVD)工艺制备该型飞机碳刹车盘,其平均密度 达到 1.769g/cm3,高于国外 OEM 样件。同时,该碳刹车材料摩擦性能的离散性小于国 外 OEM 件,在刹车过程中冲撞力较小,提高了飞机操稳性,延长了起落架寿命。具体从生产工艺来看,西安制动民用客机碳刹车盘的预制体采用一层进口 HTA 12K PANCF 无纬布与一层进口 HTA 12K PANCF 网胎,按照“无纬布-网胎-无纬布-网胎” 方式铺层到一定厚度时进行连续针刺而成,使得针刺纤维由于摩擦作用保留在毡体内部 而成为垂直方向的纤维,最终预制体体积密度为(0.45±0.03)g/cm3。由于低密度预 制体内部孔隙直径较大,气体进入孔隙更加容易,沉积过程中气体由 Kundsen 扩散逐 步变为 Fick 扩散,从而使得扩散速率大于沉积速率,有效地缓解了沉积过程中碳刹车盘 表面结壳现象,有利于增密。




图片




进一步,将西安制动的碳/碳刹车材料和国外 OEM 相比,从力学性能和摩擦性能对比:






1)、力学性能






主要包括密度、石墨化度和热导率,每种性能对航空刹车用碳/碳复合制动材料来说至关 重要。将对西安制动公司生产民用碳刹车盘与国外原样件进行性能对比如下:西安制动生产的民用客机 PMA 样件的平均密度为 1.769g/cm3 ,石墨化度为 17%和 16%,综合热导率为 23W/(mK)和 22.5W/(mK);而 OEM 样件平均密度为 1.702g/cm 3,石墨化度为 66%和 68%,综合热导率为 44.5W/(mK)和 48W/(mK)。西安制动生 产的民用客机碳刹车盘密度高于国外原样件密度,而物理性能低于国外原样件。其实,影响碳/碳复合制动材料力学性能的主要因素有碳纤维类型、体积分数与增强方式 (坯体结构)、纤维与基体碳间界面的状态、基体碳的类型与结构、材料密度以及高温热 处理(石墨化等)。




图片




2)、摩擦性能






碳刹车盘的摩擦功能是作为飞机制动材料的结构、摩擦、吸热三大功能中最为关键的特 征,用于飞机的滑行、着陆、?;椭兄蛊鸱傻雀髦痔跫碌耐;渤?、差动刹车、自 动刹车、正常刹车、应急刹车以及起落架收上时主轮的止转刹车。






对比可见,国外原样件刹车盘的力矩峰值和平均力矩的波动范围较大、刹车性能相对不 稳定,而西安制动公司生产的民用客机碳刹车盘的力矩峰值和平均力矩均较为稳定,在 刹车过程中冲撞力较低,对于提高飞机操稳性和延长起落架寿命都有很大作用。






博云新材:航空和军机领域碳碳材料皆有布局,年销售 1.26 亿元






公司依托中南大学,凝聚了一支以中国工程院黄伯云院士领衔的新材料人才队伍,通过 与中南大学的粉末冶金国家重点实验室、粉末冶金国家工程研究中心、轻质高强材料实验室等机构开展产学研合作,形成了稳定的产学研平台,形成了国内较完善的粉末冶金 材料、炭/炭复合材料等基础研究-应用研究-产业化的创新链。2020 年,公司航空航 天及民用炭\炭复合材料 1.26 亿元,占比总收入比例为 36%。






在航空用炭/炭刹车产品方面,公司已取得波音 757、空客 320 系列、ERJ190 系列、 MA60 等机型 PMA 证书,同时形成了包括国外客户委托开发炭刹车产品及若干个军机 型号炭刹车产品在内的批产能力,目前正在持续开展多个型号炭刹车产品研制。公司先 进炭刹车产品技术被成功应用于 C919 大型飞机,该产品能够全面满足 C919 大飞机性 能要求。2017 年 5 月,装载有博云技术炭刹车产品 C919 飞机圆满完成首飞任务。




图片




此外,2012 年,博云新材与霍尼韦尔(中国)有限公司于 2012 年 10 月 26 日共同出 资设立霍尼韦尔博云航空系统(湖南)有限公司?;裟嵛ざ泄钟泻献使?51%的股 权,为其控股股东,公司持有合资公司 49%的股权。根据约定,合资公司研制生产的机 轮及刹车系统(含碳盘)(包括售后服务所需碳盘)先提供给霍尼韦尔国际,再由霍尼韦 尔国际销售给中国商飞。当前,公司出于经营压力(合资公司近年持续亏损),拟将合资 公司 31%的股权转让给控股股东粉冶中心。






进一步,若仅针对 C919 而言,根据规划,中期 C919 的年产量假设按照 150 架次预计, 客单价大约 100 万,年市场容量约 1.5 亿;考虑到持续的更换需求,中期需求将呈现加 速递增态势。这一过程中,国产备件材料具备更强的优势。






高铁碳刹车:仍在试车实验中,市场待开启






性能应用:粉末冶金闸片为主






我国高速列车制动阐片研发也由最初铸铁闸瓦、合成闸片,发展到了目前粉末冶金制动 闸片。




图片




粉末冶金摩擦材料的强度、耐磨性在很大程度上取决于基体的组织结构、物理和化学性 质,常用基体组元有 Cu、Ni、Fe、Al、Zn、Sn、Mn、Ti 等金属或其合金,最常用的金 属基体为 Fe 粉和 Cu 粉,但单一金属基体的力学强度不高,表面易氧化,摩擦性能不 稳定,因此,在实际运用中通常使用合金基体,在基体组元中添加强化元素,如 Ni、Fe、 Sn、Zn、Mo 等形成金属固溶强化,能够增强基体,稳定摩擦因数,改善热传导性能。Cu 基粉末冶金摩擦材料具有高的导热率、良好的塑性、易烧结等优点,但是其力学性 能较低,价格相对较高,因此须进行合金化。常用的有 Cu-Sn 合金、Al-Cu 合金、CrCu 合金等,同时还要添加其他微量元素如 Zr、Ni、Zn、W 等进行调节。






铁基粉末冶金摩擦材料的加工成本较低,且力学性能较高,但是在 500℃至 1000℃的 温度环境下进行制动应用时容易发生相变,出现软化以及黏结等情况。因此,多在速度较低的列车机车闸瓦制动中采用铁基粉末冶金摩擦材料,而时速在 250km/h 及以上的动车列车制动中则使用的铜基粉末冶金摩擦材料。






市场分析:潜在空间近百亿,碳碳刚起步






根据交通部统计数据:2019 年我国铁路投产新线 8489 公里,其中高速铁路 5474 公里。全国铁路营业里程 13.9 万公里以上,其中高铁 3.5 万公里。2012 年全国动车组数量为 1083 组,动车数量 8664 辆。2020 年全国动车组数量增至 3918 组,动车数量达 31340 辆。




图片




高铁刹车片是属于耗材,一列动车组一年需更换刹车片约 4 次,每辆动车组需求数量约 为 24 片。依此计算 2020 年我国高铁新增动车组配套需求总量约为 4.9 万片,高铁更换 需求约为 301 万片,2020 年我国高铁刹车片需求总量达到 306 万片。远期来看,假设 高铁保有量 5 万辆,对应市场空间为 107 亿元。进一步,若全部更换为碳碳刹车材料, 那么市场空间或更大(碳碳刹车材料未来技术及性能升级,终端销售市场的价值量或大 于粉磨冶金刹车材料)。






竞争格局:粉末冶金仍在国产替代中,碳碳在试车阶段






粉末冶金闸片尚处于国产替代进程中。随着中国高铁稳步推进,国外高铁刹车片生产商 开始进驻中国市场,通过独营或合资方式实现中国市场,并成为中国高铁刹车片市场主 要供应商。近年来,由于天宜上佳、北京浦然、博深工具等企业自主研发生产能力等提 升使得国内高铁刹车产品开始进入低价时代。2019 年国产高铁刹车片生产企业中,天 宜上佳粉末冶金闸片产量 292694 片,占国产高铁刹车片产量比重 53.21%,其次是北 京浦然,动车组闸片产量 10 万片以上,占比 19.54%。






北京浦然






北京浦然成立于 2008 年,是一家集研发、生产、销售和售后服务为一体的专门从事轨 道车辆制动产品的高新技术企业。2014 至 2016 年陆续获得了欧洲铁路联盟 UIC 证书 (320km/h 和 330km/h 粉末冶金闸片、200km/h 和 300km/h 合成闸片以及 200km/h 和 300km/h 增强型合成闸片)、中铁检验认证中心 CRCC 证书(250km/h 合成闸片、 250km/h 和 300km/h 粉末冶金闸片以及交流传动机车闸片)、ISO9001 和 GB/T24001 环境管理体系认证证书、GB/T28001 职业健康安全管理体系认证证书及安全生产标准 化等证书,目前公司已经启动科创板上市辅导。




图片




中车戚墅堰机车






中国中车旗下的中车戚墅堰机车地处江苏常州经济开发区、位于沪宁铁路中段,是我国 铁路客货运内燃机车的重要研发、制造和维修基地。公司始建于 1898 年,前身是上海 吴淞机厂。公司占地面积约 98 万平方米,拥有各类设备 3500 多台套,有雄厚的机械加 工和生产制造能力。近年来,相继开展电力机车、地铁焊轨车的制造,建设城轨车辆制 造基地,全面进入内燃机车、电力机车、城轨车辆、工程机械等轨道交通装备多个领域。公司现有员工 3800 余人,拥有各类技术管理人员 1200 余人。






世鑫新材:布局高铁碳陶刹车,技术领先同行






湖南世鑫新材料位于湖南省株洲市高新区“中国动力谷”,公司主要从事高速列车、城 轨、地铁、磁浮列车,以及汽车、新能源、航空航天等领域用碳陶复合材料及其产品的 研发、生产和销售。






在轨交领域,世鑫新材领先同行布局碳陶刹车,在国际上首次研发了时速 140 公里、160 公里、200 公里、350 公里碳陶制动盘和时速 600 公里的磁浮滑撬,并且和中车主机厂 以及德国克诺尔合作完成了相关的装车验证工作。




图片




天宜上佳:国内高铁刹车材料(粉末冶金)龙头,国内份额 30%+,碳陶高铁刹车材料 研发中






公司为国内领先的高铁动车组用粉末冶金闸片供应商。公司自主研发、生产的高铁动车 组用粉末冶金闸片已覆盖国铁集团下属全部 18 个铁路局。公司产品覆盖国内时速 160- 350 公里动车组 32 个及交流传动机车车型,是持有 CRCC 核发的动车组闸片认证证书 覆盖车型最多的国产厂商。2020 年,公司收入 4.15 亿元,同比下降 28.7%。






公司主要通过参与国铁集团联合采购、参与检修基地检修、参与系统集成商系统集成等 方式获取业务,主要客户为国铁集团下属的 18 家铁路局及其附属企业、国铁集团下属 制动系统集成商以及中国中车下属车辆制造企业等。






为响应铁总“修旧利废”号召,公司与多个铁路局下属企业就动车组闸片属地检修新模 式进行深入探讨,充分发挥闸片钢背重复使用实际价值,结合动车组旧闸片易分解、组 装快、安全可靠等特点,大力推进检修业务。公司自 2014 年开始至今,已与多个铁路 局下属企业签署检修协议,检修业务已成为公司重要收入来源。截至 2019 年,公司产 品目前已覆盖 19 个动车组车型,是持有 CRCC 核发动车组闸片认证证书覆盖车型最多 厂商,因此公司具有较大竞争优势。






天宜上佳在碳碳、碳陶复合材料研发也在积极推进。天力九陶在碳碳、碳陶复合材料方 向拥有完整产品设计、研发、制造一体化能力和专业研发团队,具备高性能制动盘、大 尺寸异形件的气相沉积、反应熔渗、高温热处理、表面处理等加工能力,致力于耐高温 高强轻质复合材料制品开发与制造,其主要产品应用领域包括航空航天、高铁、汽车等。公司在汽车碳陶制动盘研发过程中,实现对汽车碳陶制动盘结构技术革新,解决了多维 长纤维编织碳陶盘表面纤维裸露的难题。同时,天力九陶承接了研制时速 400 公里高铁 用碳陶制动闸片在研项目,目前已完成样件交付工作,并提交相关部门测试。






汽车碳刹车:跑车已用碳陶,普推尚需降本






性能应用:碳碳具备一定缺陷,跑车市场已开始用碳陶






目前广泛用于高速列车、汽车和飞机上的刹车材料主要是粉末冶金和 C/C 复合材料。然 而,粉末冶金刹车材料存在高温容易粘结、摩擦性能易衰退、高温强度下降显著、抗热 震能力差、使用寿命短等缺点;而 C/C 刹车材料存在静态和湿态摩擦系数低(湿态相对 干态衰减约 50%)、热库体积大、生产周期长(约 1200h)及生产成本高等问题,制约 其进一步发展及应用。碳陶刹车材料作为近年来继粉末冶金材料和 C/C 复合材料之后 发展的一种高性能刹车材料。与传统金属及半金属刹车材料相比,其具有密度低、强度 高、摩擦性能稳定、摩擦量小、制动比大、耐高温、使用寿命长等优点。与 C/C 复合材 料相比,由于引入了适量 SiC 陶瓷硬质材料作基体,材料抗氧化性和摩擦系数得以提高, 而且摩擦性能对外界环境介质(霉菌和油污、潮湿等)不敏感。因此,碳陶瓷 C/SiC 刹 车材料在高速列车、汽车、飞机等领域具有广阔应用前景。




图片




从结构上来比较,两者区别较明显。碳碳由碳纤维、石墨碳和自由碳组成,全是碳,所 以称之为碳碳;碳陶由碳纤维、石墨碳、自由碳和碳化硅陶瓷组成,因此称之为碳陶。两者相比碳陶虽然只是多了一种碳化硅,但在很多性能上便有了改变。多了碳化硅便不再害怕水,使得干湿摩擦系数相同;多了碳化硅使得密度增强,刹车片整体力学性能增 强,重载荷下依旧稳定;多了碳化硅使抗氧化性增强;但多了碳化硅也使得传热效果降 低。






碳陶刹车系统,其中核心部件就是刹车盘,其盘的材质并非以往的铸铁或者合金钢材质, 而是在 1850℃度高温下碳纤维与碳化硅合成的碳陶复合型材料。碳陶盘的重量只有普 通铸铁盘的一半不到,因此在新能源车减重需求提升背景下,碳陶刹车盘的优势得到体 现。






特斯拉已经开始使用碳陶刹车盘。2021 年 11 月,特斯拉宣布将在 2022 年中期,为旗 下最快量产车 Model S Plaid 车型提供碳陶瓷刹车套件,该套装的成本已达 2 万美元。特斯拉表示:Model S Plaid 碳陶瓷刹车套件专为终极赛道体验而设计,是一个完整的 硬件套件,可在高性能驾驶期间提供最大、可重复的制动力。




图片




市场分析:中期锚向 C 级车,潜在市场百亿






考虑到碳基刹车成本和价格相对较贵,因此中期可能的替代市场更多在偏高端车型市场。按照汽车分级标准,主要客分三类,A 级车一般指小型轿车;B 级车是中档轿车;C 级 车是高档轿车。2020 年我国 A 级车市场销量最高,平均占比 58.5%,其次是 B 级车、 C 级车,平均占比分别是 24.4%、8.2%,其余 A0、A00 级车占比较小。






进一步测算潜在市场空间:






1、新车市?。嚎悸堑缴渤蹬淌褂檬倜铣?,一般是 7 万公里以上才需要更换,因此更 换周期较长,需求更多来自新车整车市??;假设中期我国汽车年产量 2000 万辆,C 级 车占比 10%,为 200 万辆;由此,假设单车客单价 1 万元,C 级车中 60%使用碳陶刹 车,那么市场空间可达 120 亿元。






2、改造车市?。耗壳拔夜当S辛?3 亿辆,改装比例大约 5%(欧美国家改装比例达 80%);假设未来改装比例维持 5%。进一步,假设远期改装车中更换碳刹车盘比例为 10%,对应碳陶刹车盘市场空间为 150 亿;如考虑到未来改装比例提升和改装过程中碳 陶刹车盘材料渗透率提升,空间更大。




图片




竞争格局:海外企业主导市场,国内加大技术攻坚






目前,碳陶刹车已经在高端汽车市场得到应用,生产企业主要也是海外主导国家。国内 目前有 LEMYTH 勒迈、道普安等企业具备生产能力。同时,部分上市企业也开始在碳 陶刹车盘领域进行布局,如金博股份、天宜上佳。






Brembo:碳陶刹车的领军企业






布雷博是一家在三大洲 15 个国家运营的跨国集团,拥有 7 个研究实验室、23 个生产基 地、6 个商业办事处,在全球 70 多个国家销售产品。公司员工人数超过 12,000 人,其 中大约 10%是从事高级研发工作的工程师和产品专家。






布雷博陶瓷制动系统公司(Brembo Ceramic Brake Systems SpA)于 2003 年诞生, 公司总部设在斯泰扎诺的全新千米红墙科技园内。这是布雷博与戴姆勒-克莱斯勒集团 共同创立的合资公司,之后戴姆勒从合资公司撤资,于是布雷博与 SGL 集团继续在这 条道路上携手前行,双方在 2009 年 5 月组建了布雷博 SGL 碳纤维陶瓷制动件公司 (Brembo SGL Carbon Ceramic Brakes S.p.A.),其中双方各持 50%股份。目前,布 雷博 SGL 碳纤维陶瓷制动件公司有两家运营中心,一家位于斯泰扎诺的千米红墙科技 园,另一家位于德国的迈廷根(Meitingen)??突Оò⑺苟佟ぢ矶?、奥迪、宾利、布 加迪、戴姆勒、法拉利、通用汽车、兰博基尼和保时捷。






目前各大品牌原厂的碳陶刹车绝大多数都是 Brembo 代工的,Brembo 在碳陶刹车的产 量上属于垄断地位。Brembo 的碳陶碟采用的是短纤编织法,相对于长纤编织,成本稍 低加工速度稍快。




图片




布雷博在全球 14 个国家拥有 5 个研发中心,19 个工厂和 23 个商务中心,超过 10800 名员工,其中近 10%的员工是研发领域的工程师和产品专家,年销售收入超过 26 亿欧 元。布雷博在华发展近 20 年,中国总部位于南京。公司在华拥有 1 个研发中心,3 个 生产基地,1 个售后市场贸易公司面向中国及亚太地区,员工共计 1800 余人,年营业 收入约 25 亿人民币。






财务数据来看,布雷博 2020 年收入 22 亿欧元,净利润 1.4 亿欧元,净利率 6%;分区 域看,北美、德国等占比较高;中国地区贡献其收入为 3.4 亿欧元,占比其整体收入为 15.3%。






Brembo SGL 旗下有两种陶瓷碟盘类型,分别为 CCB (Carbon Ceramic Brakes) 与 CCM (Ceramic Composite Material)、CCM-R。CCB 就是具碳化硅 (silicon carbide / SiC) 表层的 CC 碟盘,另一种 CCM 则无;CCM-R 是最高端产品,一整套含卡钳的 价格约三万美金,特别针对于保时捷、兰博基尼、法拉利等高端跑车定制。(报告来源:未来智库)




图片




勒迈科技:国内乃至亚洲少有的可量产碳碳/碳陶刹车企业






深圳勒迈科技成立于 2017 年 5 月,其前身为深圳市勒马制动科技有限公司(成立于 2011 年 1 月 21 日)。自 2011 年成立之日起,公司专注于乘用车用碳纤维复合材料制动 系统研发、生产、销售及售后服务等工作,主要销售往赛车及高端改装车等领域,成为 中国及亚太地区第一家能够量产车用碳纤维复合材料制动系统产品(碳碳复合&碳陶复 合)生产厂家。公司产品销售全球市场,且实现产品进入全球 F1 方程式赛车刹车系统 产品供应商序列。2017 年 5 月 26 日,公司引入上市公司华伍股份战略合作及投资,并 更名为深圳勒迈科技有限公司。LeMyth 碳陶刹车系统 GT 版,有效提升刹车性能和安 全性能,满足车辆从街道到塞道的制动需求;ST 竞技版满足车辆在竞技赛道对制动性 能的苛刻要求。






道普安:国内较早布局碳陶刹车的企业






山东道普安制动材料有限公司是国内碳陶刹车材料的领军者,公司已经获得汽车行业质 量体系认证(TS16949)。道普安与国内外多所重点院校合作,专业从事摩擦制品的研 究与开发,碳/碳、碳/陶制动系列产品已获专利成果 27 项,承担省级科研项目 2 项。产品具有轻质、高强、耐高温、耐磨损等优异性能,已成功应用于保时捷、玛莎拉蒂、法 拉利、宝马、奔驰等车型的改装。






目前碳陶刹车盘具有长纤碳陶刹车盘和短纤模压碳陶刹车盘两种,相较于短纤碳陶刹车 盘机械性能较差、盘面存在裂纹、易掉块等缺点,长纤碳陶刹车盘的机械性能更好,长 纤碳陶材料的断裂伸长率可达到 0.4%~0.6%,远高于短纤碳陶盘的 0.1%~0.3%,具 有和金属材料类似的断裂行为,克服了传统陶瓷脆性大,易破裂的缺点,制动盘机械性 能更好。




图片




弗迪科技:自主研发碳陶刹车盘,走在行业前列






比亚迪下属子公司弗迪科技具备自主研发生产碳陶刹车盘能力。弗迪科技公司 2003 年 在上海成立,2019 年年底重组合并为弗迪科技,总部坐落于深圳。弗迪科技主营产品 是空调系统、整车线束级配电、智能座舱、被动安全、ADAS、车身控制及附件、排放 系统、悬架系统、制动系统、转向系统,弗迪科技拥有 3 大研发基地和 7 大生产基地, 深圳、西安、长沙、安阳、商洛、丹阳、惠州,建筑面积共 84 万平方米。目前直接配 套的整车厂商包括比亚迪、长城、长安、东风、奇瑞、上汽通用五菱、蔚来、宝能、小 鹏、潍柴、一汽等。公司现有员工 24000 余人,与主机厂合作经验丰富,16 年累计供 货配套 450 万+车副、年产能 150 万+车副。






2021 年下半年,比亚迪子公司弗迪科技发布了一款自主研发碳陶刹车盘,以及专门为 比亚迪汉开发刹车卡钳。




图片




金博股份:与艾盛汽车战略合作 推进高性能碳陶复合刹车材料应用






2021 年 10 月 26 日,金博股份发布公告,拟在湖南省益阳市高新区投资 1.5 亿元人民 币设立全资子公司湖南金博碳陶科技有限公司。2021 年 12 月 23 日,金博股份称其全 资子公司金博碳陶与湖南湖大艾盛汽车技术开发有限公司签署战略合作协议,双方将共同推进高性能碳/陶复合刹车材料应用。湖南湖大艾盛汽车技术开发有限公司于 2007 年 依托于湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室成立,是国内领先的集汽车前沿 理论与技术研究、整车与零部件研发、试验、试制、装备开发为一体的汽车科技公司, 目前公司员工 1300 余人,其中博士 40 余人、硕士 200 余人,本科以上学历占公司总 人数 90%以上,公司与国内外 20 多家主机厂、科研院所开展了科研合作,成功研发、 改型、优化车型超百款,积累了丰富的研发经验和汽车行业资源。我们认为,公司在碳 碳材料领域具备较为深厚的技术储备,未来在碳刹车领域有望逐步迎来新突破。






天宜上佳:募投锚向碳陶刹车产品






2022 年 1 月,天宜上佳发布定增预案,拟向特定对象非公开发行股份不超过 1.34 亿股, 募集资金不超过 23.69 亿元,用于高性能碳陶制动盘产业化建设项目、碳碳材料制品预 制体自动化智能编织产线建设项目及补充流动资金。预案显示,高性能碳陶制动盘产业 化建设项目总投资额为 15.4 亿元,拟使用募集资金 13.2 亿元。项目主要产品为碳陶制 动盘,投产后产能达 15 万套/年,主要用于新能源汽车、中高端乘用车、商用车及特种 车刹车制动系统,包括新装车市场及汽车后市场。公司在碳陶复合材料领域拥有专业技 术研发团队 22 人,其中硕士以上学历有 11 人,其中博士 1 人。团队成员来自西北工业 大学、北京科技大学、哈尔滨工程大学和北京理工大学等国内外知名院校,技术团队人 员从事碳基复合材料研发多年,优秀的技术研发团队为项目的实施提供了技术支撑,为 项目的顺利实施提供保障。公司为汽车行业协会《碳陶汽车制动盘团体标准》起草单位, 与浙江某车企签订跑车项目碳陶制动系统开发协议,与深圳某车企制动开发部签订碳陶 刹车合作开发协议。






3 总结:国内崛起新势力,主导企业第二成长曲线





我们针对前述汇总分析:






1、应用领域:目前,碳基刹车材料主要是在飞机市场取得了较好普及应用,在汽车领域 也有部分应用,聚焦在高端赛车等领域;高铁领域目前还需要进一步论证试车;






2、市场空间:2019 年我国民机渗透率近 50%,军机 30%,市场 44 亿元,中期空间超 100 亿;高铁领域,目前基本都为粉末冶金材料,且国产化比例仅为 20%,未来全部国 产化后市场空间也可达百亿;远期若被碳碳替代空间会更大;汽车市场刹车材料主要是 铸铁,未来碳陶若能在 C 级车实现全部替代,那么国内市场空间也可达百亿。






3、竞争格局:飞机领域碳碳刹车材料主要为国外企业 OEM 为主,如法国赛峰(米歇 尔)、美国古德里奇、霍尼韦尔;国内领军企业为西安制动,份额预计 90%;北摩高科、 博云新材也有少量生产销售;高铁领域,目前进口为主,国内企业为天宜上佳,份额超 50%、北京浦然,世鑫新材等;汽车领域碳陶刹车全球龙头为布雷博,国内部分企业开始 寻求技术突破。






(本文仅供参考,不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息,请参阅报告原文。)


久久精品一区二区三区无码免费|国产Av无码专区亚洲版|日本亚洲一区二区久久|精品日韩AV无码专区免费