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碳基剎車材料行業研究:錨向飛機、高鐵、汽車,三個百億滲透可期

發布時間:2022-05-16 18:54:26 點擊量: 28


1 新型剎車材料:碳碳/陶性能解密?





通常而言, 應用于制動的剎車材料, 其主要功能是通過摩擦, 將動能轉變為熱能并將熱 量吸收或散發掉, 從而逐步降低剎車材料所在部件和被它貼合部件 (剎車材料所在部件 和被它貼合部件構成摩擦副, 全部摩擦副構成剎車副總體)之間的相對運動速度, 直至 停止運動, 達到制動目的。






要使剎車副完成上述制動過程, 理想的剎車材料應具有以下性能:足夠而穩定的摩擦因 數;高的導熱性與耐熱性;高的耐磨性;良好的耐油、濕和腐蝕能力;足夠的強度;在和被貼 合的部件進行摩擦接觸時產生很少或不產生噪聲;在工作中不發生黏結或咬合;原材料 來源充裕, 價格性能比高, 具有良好的工藝性能等。剎車材料分類根據材料材質類型來分 3 大類:樹脂基剎車材料 (石棉剎車材料、無石棉剎 車材料、紙基剎車材料)、 粉末冶金剎車材料、碳/碳復合剎車材料和陶瓷基剎車材料。






2 三個百億市場,技術迭變下的新藍海





飛機碳剎車:國內彎道超車,當前聚焦檢維修






性能應用:碳碳運用較成熟,未來或走向碳陶






飛機剎車副分為粉末冶金飛機剎車副和炭/炭復合材料飛機剎車副兩大類,安裝在飛機 機輪裝置上,用于飛機起飛、著陸、滑行、轉彎和停機,是與飛機發動機并列的飛機 A 類關鍵性部件。由于碳/碳復合材料具有密度低、耐高溫、抗腐蝕、摩擦磨損性能優異、 抗熱振性好及不易發生突發災難性破壞等一系列優點,現已成為航空制動裝置的首選剎 車材料。






海外碳碳飛機剎車盤的發展歷史。飛機碳剎車是上個世紀 60-70 年代國外率先運用。目 前,除波音 737 系列等少數機型外,波音與空客所生產飛機已全部裝備碳剎車盤。2008 年起法國、美國的公司開始為波音 737 所有機型提供碳剎車改裝,目前國內外航空公司 均選擇改裝或新引進已裝備碳剎車的波音 737 飛機,意味著未來波音與空客所生產的飛 機將全部裝備碳剎車盤。






我國飛機用碳碳剎車盤發展歷史。中國航空剎車料研究開始于 20 世紀 50~60 年代,航 空工業制動(514 廠),自 1955 年創建以來,承擔著航空機輪剎車技術及剎車材料研制 的國家使命,于 20 世紀 60 年代開始研制粉末冶金剎車材料,雖然相比世界航空大國研 究起步較晚,但發展速度很快,鐵基和銅基粉末冶金剎車材料,在較短時間內裝配國產 軍用飛機;20 世紀 70 年代,瞄準國際前沿技術,打破西方技術封鎖,開始研制碳/碳復 合材料,并于 20 世紀 90 年代在國產某型軍機上實現首飛,填補了中國航空碳/碳剎車 材料應用的空白。1目前,我國碳碳剎車產品已經廣泛用于國內檢維修市場。




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此外,在碳陶剎車盤領域,我國技術水平大幅領先海外。上世紀 90 年代,飛機碳陶剎 車技術在國際上剛剛興起,各發達國家均紛紛投入巨資研制,收效甚微。2004 年,西北 工業大學與中航工業西安航空制動科技有限公司聯手,歷經 12 年攻關,上萬的臺架試 驗,共突破了三大關鍵技術,形成了 5 個重大技術發明點,獲得了 19 項國家授權發明 專利,在國內屬首創,該成果最終站上 2016 年國家科技獎勵大會領獎臺。該碳陶剎車 盤與上一代剎車盤相比,靜摩擦系數提高 1~2 倍,濕態摩擦性能衰減降低 60%以上, 磨損率降低 50%以上,使用壽命提高 1~2 倍;生產周期降低 2/3,生產成本降低 1/3,能耗降低 2/3,性價比提高 2~3 倍。價格僅相當于國外同類產品 50%~60%,是目前國 際上發現少有能在 1500℃高溫環境下,各項物理性能不發生衰減的材料,使我國成為 國際上第一個率先使用碳陶剎車盤國家;推廣應用后,每年可為我國民航客機節約成本 3 億元左右。






進一步,飛機領域碳碳剎車與傳統的鋼剎車的性能對比如何?






1)實現剎車裝置減重






碳/碳復合剎車材料的密度為 1.75-1.80g/cm3,而鋼材料則為 7.8g/cm3,碳/碳復合材料 的密度僅為粉末冶金材料密度的 23%。采用碳熱庫的剎車裝置與鋼剎車裝置相比,其重 量可減輕 40%左右。




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2)提高剎車盤的使用壽命






在正常使用條件下,碳/碳復合剎車材料的摩擦系數穩定,抗磨損性能和重復工作性能好, 在同等使用條件下磨損量約為鋼剎車材料的 1/3-1/7。這就大幅度延長了剎車盤的使用 壽命,降低了機輪維修工作量。






3)承載水平高,過載能力強






碳/碳復合剎車材料在 2000℃的高溫下也不會熔化,不會發生粘結現象(鋼剎車盤會發生 粘結現象),也沒有明顯的翹曲變形。當使用溫度上升到 775℃時,碳/碳復合材料的比 強度仍保持不變,鋼材料則有顯著降低,鋼剎車盤的最高使用溫度不超過 900℃。碳/碳復合材料的這些優息性能,改善了飛機在復雜條件下起降時剎車裝置的使用可靠性。在 飛機中斷起飛的極惡劣使用條件下,由于碳剎車盤的過載能力大,可以保證剎車裝置不 損壞,而且能保持剎車過程平穩,剎車響應靈敏。






市場分析:國內滲透率約 40%,中期超 100 億可期






在民機市場,除了波音 737 少數機型未全部使用碳剎車盤,其余機型全部使用碳剎車 盤。近年來,我國民航業快速發展,民航飛機數量呈現逐年上升趨勢。截至 2017 年末, 我國民航飛機達到 3,326 架,其中使用碳剎車飛機達到 1,804 架。我們預計 2017 年至 今的滲透率仍在持續提升。預計當前民機市場,碳剎車盤應用占比可能超 50%;軍機市 場占比約 30%。




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從碳剎車盤市場來看,2015 年我國民用飛機剎車盤需求量為 7.5 萬盤,軍機需求量為 1.2 萬盤,合計需求量為 8.7 萬盤;而我國實際年產能為 3 萬盤(產量 2.9 萬盤),意味 著 2015 年我國飛機碳碳剎車盤國產化比例為 33%,主要仍依賴進口,預計當前國產化 比例已經有較大幅度提升。






截至 2019 年,我國在冊適航航空器數(運輸類)3893 架,在冊適航航空器數(通用類) 為 3640 架,合計 7533 架;而 2019 年新注冊運輸類飛行器為 220 架,通用類為 393 架,進一步考慮到每年還有少量運輸期注銷,因此新增飛行器需求較少;對應碳碳剎車 需求更多基于存量飛機更換需求為主(并且,新注冊飛機剎車材料主要是海外企業主導)。






基于此,我們做市場空間評估:






1、我們分為民用飛機和軍機 2 個市場分別測算,飛機數量來自民航總局發布,更換頻 率為 1 年一次;就民用飛機而言,1 架飛機 4 個剎車副,一個剎車副 9 個剎車盤;就軍 用飛機而言,1 架飛機 2 個主機輪裝剎車副,一個剎車副 9 個剎車盤。






2、結合過往數據(2011-2015 年),假設 2016-2019 年單個剎車盤價格均為 3 萬元/個。






3、碳碳剎車盤滲透率在 2015 年基礎上,每年提升約 2 個 pct。由此我們測算,2019 年我國民用飛機碳碳剎車盤滲透率為 48%,市場空間為 39 億元;軍用飛機碳碳剎車盤滲透率為 30%,市場空間為 5.2 億元;合計市場空間為 44 億元。






進一步,若樂觀估計,假設遠期我國民用航空飛行器數量為10000架,碳碳滲透率100%;軍用航空飛行器 5000 架,碳碳剎車滲透率 100%;那么合計飛機碳碳剎車盤市場空間為 135 億元,相較當前市場容量有約 3 倍擴容。






進一步看全球市場:2015 年全球飛機碳剎車盤市場規模為 58 萬盤。目前,北美是全球碳剎車盤主要市場, 也是最為成熟市場,2015 年北美碳剎車盤市場占整體市場 31.6%,歐洲占 25.6%,亞 太占 28.4%。假若按照 2020 年全球碳碳剎車盤需求 80 萬盤,單價 3 萬/盤價格估算, 全球市場容量至少 240 億元。




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競爭格局:國內技術水平躋身全球,門檻制約當前聚焦維修






國外主要的碳剎車盤制造商有法國賽峰(米歇爾)、美國聯合航空運輸公司(古德里奇)、 美國霍尼韋爾與英國的美捷特公司。國內主要有西安制動、長沙鑫航和西安超瑪。目前 國內部分公司技術上不斷突破,憑借高性能、相對優惠價格,正在逐漸替代國外同類產 品。






此外,行業進入門檻較高,PMA 證書認證壁壘高、周期長。航空器零部件制造人批準書 ( PMA )最初產生的原因是原設備制造商(OEM)不再供應有些已停產的機型的航材, 應運而生的 PMA 產品成為其惟一的航材來源。PMA 產品的價格通常比 OEM 產品要低 30%-60%。OEM 產品價格高原因是 OEM 通常將研制和開發成本及盈利放在航材備件 的銷售上,所以其銷售價格遠遠高于制造成本。近些年來,為降低民用航空器維護成本, 美國批準 PMA 產品和國產 PMA 產品在中國注冊的民用航空器已大規模使用。民用飛 機剎車副產品,需分別由民航總局對其進行一系列適航驗證,合格后獲得《零部件制造 人批準書》(PMA 證書),整個程序通常需要 2-3 年。一般企業很難獲取 PMA 證書,因 此無法切入相關市場。(報告來源:未來智庫)




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西安制動






公司創建于 1955 年,是總裝備部批準的飛機機輪剎車及剎車系統研制、生產配套許可 單位, 2012 年公司航空業務整合上市成為中航西飛(000768)旗下西安制動分公司。公司研發中心位于西安市高新區,生產試驗基地位于陜西興平市和貴州安順市。公司 “碳陶飛機剎車功能復合材料的研制與應用”、“飛機電液自饋能剎車裝置和防滑控制新 技術”,榮獲國家技術發明二等獎,代表了國內在該領域頂尖水平。公司開創了中國碳基 剎車材料研發與制備的先河,打破了美、英、法三國技術壟斷,使中國成為世界上第四 個掌握碳基剎車材料制備技術的國家。






公司航空業務主要包括飛機機輪、剎車裝置、防滑剎車系統及機電液壓附件產品,目前 國內市場占有率 90%以上。公司以民航維修、外貿轉包為平臺,取得了中國民航局 CAAC 及歐洲航空安全局 EASA 維修認可證書,與美國波音、古德里奇、穆格、UTC,法國賽 峰,英國鄧祿普等國際知名企業均建立良好合作關系。公司承擔著空客、波音、龐巴迪 和新舟系列等 20 多個機種、180 多個件號的機輪剎車及氣動液壓附件產品民航維修業 務,是西北地區最大機輪剎車維修企業。此外,公司在非航空領域制動產品開發也有布 局,產品涉及汽車、軌道交通、風電等各領域,長期為一汽大眾等國內知名車企配套生 產制動產品,研制新一代剎車材料成功應用于法拉利、保時捷等高檔汽車,填補了國內 空白。




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公司采用整體針刺氈+化學氣相沉積(CVD)工藝制備該型飛機碳剎車盤,其平均密度 達到 1.769g/cm3,高于國外 OEM 樣件。同時,該碳剎車材料摩擦性能的離散性小于國 外 OEM 件,在剎車過程中沖撞力較小,提高了飛機操穩性,延長了起落架壽命。具體從生產工藝來看,西安制動民用客機碳剎車盤的預制體采用一層進口 HTA 12K PANCF 無緯布與一層進口 HTA 12K PANCF 網胎,按照“無緯布-網胎-無緯布-網胎” 方式鋪層到一定厚度時進行連續針刺而成,使得針刺纖維由于摩擦作用保留在氈體內部 而成為垂直方向的纖維,最終預制體體積密度為(0.45±0.03)g/cm3。由于低密度預 制體內部孔隙直徑較大,氣體進入孔隙更加容易,沉積過程中氣體由 Kundsen 擴散逐 步變為 Fick 擴散,從而使得擴散速率大于沉積速率,有效地緩解了沉積過程中碳剎車盤 表面結殼現象,有利于增密。




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進一步,將西安制動的碳/碳剎車材料和國外 OEM 相比,從力學性能和摩擦性能對比:






1)、力學性能






主要包括密度、石墨化度和熱導率,每種性能對航空剎車用碳/碳復合制動材料來說至關 重要。將對西安制動公司生產民用碳剎車盤與國外原樣件進行性能對比如下:西安制動生產的民用客機 PMA 樣件的平均密度為 1.769g/cm3 ,石墨化度為 17%和 16%,綜合熱導率為 23W/(mK)和 22.5W/(mK);而 OEM 樣件平均密度為 1.702g/cm 3,石墨化度為 66%和 68%,綜合熱導率為 44.5W/(mK)和 48W/(mK)。西安制動生 產的民用客機碳剎車盤密度高于國外原樣件密度,而物理性能低于國外原樣件。其實,影響碳/碳復合制動材料力學性能的主要因素有碳纖維類型、體積分數與增強方式 (坯體結構)、纖維與基體碳間界面的狀態、基體碳的類型與結構、材料密度以及高溫熱 處理(石墨化等)。




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2)、摩擦性能






碳剎車盤的摩擦功能是作為飛機制動材料的結構、摩擦、吸熱三大功能中最為關鍵的特 征,用于飛機的滑行、著陸、停機和中止起飛等各種條件下的停機剎車、差動剎車、自 動剎車、正常剎車、應急剎車以及起落架收上時主輪的止轉剎車。






對比可見,國外原樣件剎車盤的力矩峰值和平均力矩的波動范圍較大、剎車性能相對不 穩定,而西安制動公司生產的民用客機碳剎車盤的力矩峰值和平均力矩均較為穩定,在 剎車過程中沖撞力較低,對于提高飛機操穩性和延長起落架壽命都有很大作用。






博云新材:航空和軍機領域碳碳材料皆有布局,年銷售 1.26 億元






公司依托中南大學,凝聚了一支以中國工程院黃伯云院士領銜的新材料人才隊伍,通過 與中南大學的粉末冶金國家重點實驗室、粉末冶金國家工程研究中心、輕質高強材料實驗室等機構開展產學研合作,形成了穩定的產學研平臺,形成了國內較完善的粉末冶金 材料、炭/炭復合材料等基礎研究-應用研究-產業化的創新鏈。2020 年,公司航空航 天及民用炭\炭復合材料 1.26 億元,占比總收入比例為 36%。






在航空用炭/炭剎車產品方面,公司已取得波音 757、空客 320 系列、ERJ190 系列、 MA60 等機型 PMA 證書,同時形成了包括國外客戶委托開發炭剎車產品及若干個軍機 型號炭剎車產品在內的批產能力,目前正在持續開展多個型號炭剎車產品研制。公司先 進炭剎車產品技術被成功應用于 C919 大型飛機,該產品能夠全面滿足 C919 大飛機性 能要求。2017 年 5 月,裝載有博云技術炭剎車產品 C919 飛機圓滿完成首飛任務。




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此外,2012 年,博云新材與霍尼韋爾(中國)有限公司于 2012 年 10 月 26 日共同出 資設立霍尼韋爾博云航空系統(湖南)有限公司?;裟犴f爾中國持有合資公司 51%的股 權,為其控股股東,公司持有合資公司 49%的股權。根據約定,合資公司研制生產的機 輪及剎車系統(含碳盤)(包括售后服務所需碳盤)先提供給霍尼韋爾國際,再由霍尼韋 爾國際銷售給中國商飛。當前,公司出于經營壓力(合資公司近年持續虧損),擬將合資 公司 31%的股權轉讓給控股股東粉冶中心。






進一步,若僅針對 C919 而言,根據規劃,中期 C919 的年產量假設按照 150 架次預計, 客單價大約 100 萬,年市場容量約 1.5 億;考慮到持續的更換需求,中期需求將呈現加 速遞增態勢。這一過程中,國產備件材料具備更強的優勢。






高鐵碳剎車:仍在試車實驗中,市場待開啟






性能應用:粉末冶金閘片為主






我國高速列車制動闡片研發也由最初鑄鐵閘瓦、合成閘片,發展到了目前粉末冶金制動 閘片。




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粉末冶金摩擦材料的強度、耐磨性在很大程度上取決于基體的組織結構、物理和化學性 質,常用基體組元有 Cu、Ni、Fe、Al、Zn、Sn、Mn、Ti 等金屬或其合金,最常用的金 屬基體為 Fe 粉和 Cu 粉,但單一金屬基體的力學強度不高,表面易氧化,摩擦性能不 穩定,因此,在實際運用中通常使用合金基體,在基體組元中添加強化元素,如 Ni、Fe、 Sn、Zn、Mo 等形成金屬固溶強化,能夠增強基體,穩定摩擦因數,改善熱傳導性能。Cu 基粉末冶金摩擦材料具有高的導熱率、良好的塑性、易燒結等優點,但是其力學性 能較低,價格相對較高,因此須進行合金化。常用的有 Cu-Sn 合金、Al-Cu 合金、CrCu 合金等,同時還要添加其他微量元素如 Zr、Ni、Zn、W 等進行調節。






鐵基粉末冶金摩擦材料的加工成本較低,且力學性能較高,但是在 500℃至 1000℃的 溫度環境下進行制動應用時容易發生相變,出現軟化以及黏結等情況。因此,多在速度較低的列車機車閘瓦制動中采用鐵基粉末冶金摩擦材料,而時速在 250km/h 及以上的動車列車制動中則使用的銅基粉末冶金摩擦材料。






市場分析:潛在空間近百億,碳碳剛起步






根據交通部統計數據:2019 年我國鐵路投產新線 8489 公里,其中高速鐵路 5474 公里。全國鐵路營業里程 13.9 萬公里以上,其中高鐵 3.5 萬公里。2012 年全國動車組數量為 1083 組,動車數量 8664 輛。2020 年全國動車組數量增至 3918 組,動車數量達 31340 輛。




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高鐵剎車片是屬于耗材,一列動車組一年需更換剎車片約 4 次,每輛動車組需求數量約 為 24 片。依此計算 2020 年我國高鐵新增動車組配套需求總量約為 4.9 萬片,高鐵更換 需求約為 301 萬片,2020 年我國高鐵剎車片需求總量達到 306 萬片。遠期來看,假設 高鐵保有量 5 萬輛,對應市場空間為 107 億元。進一步,若全部更換為碳碳剎車材料, 那么市場空間或更大(碳碳剎車材料未來技術及性能升級,終端銷售市場的價值量或大 于粉磨冶金剎車材料)。






競爭格局:粉末冶金仍在國產替代中,碳碳在試車階段






粉末冶金閘片尚處于國產替代進程中。隨著中國高鐵穩步推進,國外高鐵剎車片生產商 開始進駐中國市場,通過獨營或合資方式實現中國市場,并成為中國高鐵剎車片市場主 要供應商。近年來,由于天宜上佳、北京浦然、博深工具等企業自主研發生產能力等提 升使得國內高鐵剎車產品開始進入低價時代。2019 年國產高鐵剎車片生產企業中,天 宜上佳粉末冶金閘片產量 292694 片,占國產高鐵剎車片產量比重 53.21%,其次是北 京浦然,動車組閘片產量 10 萬片以上,占比 19.54%。






北京浦然






北京浦然成立于 2008 年,是一家集研發、生產、銷售和售后服務為一體的專門從事軌 道車輛制動產品的高新技術企業。2014 至 2016 年陸續獲得了歐洲鐵路聯盟 UIC 證書 (320km/h 和 330km/h 粉末冶金閘片、200km/h 和 300km/h 合成閘片以及 200km/h 和 300km/h 增強型合成閘片)、中鐵檢驗認證中心 CRCC 證書(250km/h 合成閘片、 250km/h 和 300km/h 粉末冶金閘片以及交流傳動機車閘片)、ISO9001 和 GB/T24001 環境管理體系認證證書、GB/T28001 職業健康安全管理體系認證證書及安全生產標準 化等證書,目前公司已經啟動科創板上市輔導。




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中車戚墅堰機車






中國中車旗下的中車戚墅堰機車地處江蘇常州經濟開發區、位于滬寧鐵路中段,是我國 鐵路客貨運內燃機車的重要研發、制造和維修基地。公司始建于 1898 年,前身是上海 吳淞機廠。公司占地面積約 98 萬平方米,擁有各類設備 3500 多臺套,有雄厚的機械加 工和生產制造能力。近年來,相繼開展電力機車、地鐵焊軌車的制造,建設城軌車輛制 造基地,全面進入內燃機車、電力機車、城軌車輛、工程機械等軌道交通裝備多個領域。公司現有員工 3800 余人,擁有各類技術管理人員 1200 余人。






世鑫新材:布局高鐵碳陶剎車,技術領先同行






湖南世鑫新材料位于湖南省株洲市高新區“中國動力谷”,公司主要從事高速列車、城 軌、地鐵、磁浮列車,以及汽車、新能源、航空航天等領域用碳陶復合材料及其產品的 研發、生產和銷售。






在軌交領域,世鑫新材領先同行布局碳陶剎車,在國際上首次研發了時速 140 公里、160 公里、200 公里、350 公里碳陶制動盤和時速 600 公里的磁浮滑撬,并且和中車主機廠 以及德國克諾爾合作完成了相關的裝車驗證工作。




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天宜上佳:國內高鐵剎車材料(粉末冶金)龍頭,國內份額 30%+,碳陶高鐵剎車材料 研發中






公司為國內領先的高鐵動車組用粉末冶金閘片供應商。公司自主研發、生產的高鐵動車 組用粉末冶金閘片已覆蓋國鐵集團下屬全部 18 個鐵路局。公司產品覆蓋國內時速 160- 350 公里動車組 32 個及交流傳動機車車型,是持有 CRCC 核發的動車組閘片認證證書 覆蓋車型最多的國產廠商。2020 年,公司收入 4.15 億元,同比下降 28.7%。






公司主要通過參與國鐵集團聯合采購、參與檢修基地檢修、參與系統集成商系統集成等 方式獲取業務,主要客戶為國鐵集團下屬的 18 家鐵路局及其附屬企業、國鐵集團下屬 制動系統集成商以及中國中車下屬車輛制造企業等。






為響應鐵總“修舊利廢”號召,公司與多個鐵路局下屬企業就動車組閘片屬地檢修新模 式進行深入探討,充分發揮閘片鋼背重復使用實際價值,結合動車組舊閘片易分解、組 裝快、安全可靠等特點,大力推進檢修業務。公司自 2014 年開始至今,已與多個鐵路 局下屬企業簽署檢修協議,檢修業務已成為公司重要收入來源。截至 2019 年,公司產 品目前已覆蓋 19 個動車組車型,是持有 CRCC 核發動車組閘片認證證書覆蓋車型最多 廠商,因此公司具有較大競爭優勢。






天宜上佳在碳碳、碳陶復合材料研發也在積極推進。天力九陶在碳碳、碳陶復合材料方 向擁有完整產品設計、研發、制造一體化能力和專業研發團隊,具備高性能制動盤、大 尺寸異形件的氣相沉積、反應熔滲、高溫熱處理、表面處理等加工能力,致力于耐高溫 高強輕質復合材料制品開發與制造,其主要產品應用領域包括航空航天、高鐵、汽車等。公司在汽車碳陶制動盤研發過程中,實現對汽車碳陶制動盤結構技術革新,解決了多維 長纖維編織碳陶盤表面纖維裸露的難題。同時,天力九陶承接了研制時速 400 公里高鐵 用碳陶制動閘片在研項目,目前已完成樣件交付工作,并提交相關部門測試。






汽車碳剎車:跑車已用碳陶,普推尚需降本






性能應用:碳碳具備一定缺陷,跑車市場已開始用碳陶






目前廣泛用于高速列車、汽車和飛機上的剎車材料主要是粉末冶金和 C/C 復合材料。然 而,粉末冶金剎車材料存在高溫容易粘結、摩擦性能易衰退、高溫強度下降顯著、抗熱 震能力差、使用壽命短等缺點;而 C/C 剎車材料存在靜態和濕態摩擦系數低(濕態相對 干態衰減約 50%)、熱庫體積大、生產周期長(約 1200h)及生產成本高等問題,制約 其進一步發展及應用。碳陶剎車材料作為近年來繼粉末冶金材料和 C/C 復合材料之后 發展的一種高性能剎車材料。與傳統金屬及半金屬剎車材料相比,其具有密度低、強度 高、摩擦性能穩定、摩擦量小、制動比大、耐高溫、使用壽命長等優點。與 C/C 復合材 料相比,由于引入了適量 SiC 陶瓷硬質材料作基體,材料抗氧化性和摩擦系數得以提高, 而且摩擦性能對外界環境介質(霉菌和油污、潮濕等)不敏感。因此,碳陶瓷 C/SiC 剎 車材料在高速列車、汽車、飛機等領域具有廣闊應用前景。




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從結構上來比較,兩者區別較明顯。碳碳由碳纖維、石墨碳和自由碳組成,全是碳,所 以稱之為碳碳;碳陶由碳纖維、石墨碳、自由碳和碳化硅陶瓷組成,因此稱之為碳陶。兩者相比碳陶雖然只是多了一種碳化硅,但在很多性能上便有了改變。多了碳化硅便不再害怕水,使得干濕摩擦系數相同;多了碳化硅使得密度增強,剎車片整體力學性能增 強,重載荷下依舊穩定;多了碳化硅使抗氧化性增強;但多了碳化硅也使得傳熱效果降 低。






碳陶剎車系統,其中核心部件就是剎車盤,其盤的材質并非以往的鑄鐵或者合金鋼材質, 而是在 1850℃度高溫下碳纖維與碳化硅合成的碳陶復合型材料。碳陶盤的重量只有普 通鑄鐵盤的一半不到,因此在新能源車減重需求提升背景下,碳陶剎車盤的優勢得到體 現。






特斯拉已經開始使用碳陶剎車盤。2021 年 11 月,特斯拉宣布將在 2022 年中期,為旗 下最快量產車 Model S Plaid 車型提供碳陶瓷剎車套件,該套裝的成本已達 2 萬美元。特斯拉表示:Model S Plaid 碳陶瓷剎車套件專為終極賽道體驗而設計,是一個完整的 硬件套件,可在高性能駕駛期間提供最大、可重復的制動力。




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市場分析:中期錨向 C 級車,潛在市場百億






考慮到碳基剎車成本和價格相對較貴,因此中期可能的替代市場更多在偏高端車型市場。按照汽車分級標準,主要客分三類,A 級車一般指小型轎車;B 級車是中檔轎車;C 級 車是高檔轎車。2020 年我國 A 級車市場銷量最高,平均占比 58.5%,其次是 B 級車、 C 級車,平均占比分別是 24.4%、8.2%,其余 A0、A00 級車占比較小。






進一步測算潛在市場空間:






1、新車市場:考慮到剎車盤使用壽命較長,一般是 7 萬公里以上才需要更換,因此更 換周期較長,需求更多來自新車整車市場;假設中期我國汽車年產量 2000 萬輛,C 級 車占比 10%,為 200 萬輛;由此,假設單車客單價 1 萬元,C 級車中 60%使用碳陶剎 車,那么市場空間可達 120 億元。






2、改造車市場:目前我國汽車保有量 3 億輛,改裝比例大約 5%(歐美國家改裝比例達 80%);假設未來改裝比例維持 5%。進一步,假設遠期改裝車中更換碳剎車盤比例為 10%,對應碳陶剎車盤市場空間為 150 億;如考慮到未來改裝比例提升和改裝過程中碳 陶剎車盤材料滲透率提升,空間更大。




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競爭格局:海外企業主導市場,國內加大技術攻堅






目前,碳陶剎車已經在高端汽車市場得到應用,生產企業主要也是海外主導國家。國內 目前有 LEMYTH 勒邁、道普安等企業具備生產能力。同時,部分上市企業也開始在碳 陶剎車盤領域進行布局,如金博股份、天宜上佳。






Brembo:碳陶剎車的領軍企業






布雷博是一家在三大洲 15 個國家運營的跨國集團,擁有 7 個研究實驗室、23 個生產基 地、6 個商業辦事處,在全球 70 多個國家銷售產品。公司員工人數超過 12,000 人,其 中大約 10%是從事高級研發工作的工程師和產品專家。






布雷博陶瓷制動系統公司(Brembo Ceramic Brake Systems SpA)于 2003 年誕生, 公司總部設在斯泰扎諾的全新千米紅墻科技園內。這是布雷博與戴姆勒-克萊斯勒集團 共同創立的合資公司,之后戴姆勒從合資公司撤資,于是布雷博與 SGL 集團繼續在這 條道路上攜手前行,雙方在 2009 年 5 月組建了布雷博 SGL 碳纖維陶瓷制動件公司 (Brembo SGL Carbon Ceramic Brakes S.p.A.),其中雙方各持 50%股份。目前,布 雷博 SGL 碳纖維陶瓷制動件公司有兩家運營中心,一家位于斯泰扎諾的千米紅墻科技 園,另一家位于德國的邁廷根(Meitingen)??蛻舭ò⑺诡D·馬丁、奧迪、賓利、布 加迪、戴姆勒、法拉利、通用汽車、蘭博基尼和保時捷。






目前各大品牌原廠的碳陶剎車絕大多數都是 Brembo 代工的,Brembo 在碳陶剎車的產 量上屬于壟斷地位。Brembo 的碳陶碟采用的是短纖編織法,相對于長纖編織,成本稍 低加工速度稍快。




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布雷博在全球 14 個國家擁有 5 個研發中心,19 個工廠和 23 個商務中心,超過 10800 名員工,其中近 10%的員工是研發領域的工程師和產品專家,年銷售收入超過 26 億歐 元。布雷博在華發展近 20 年,中國總部位于南京。公司在華擁有 1 個研發中心,3 個 生產基地,1 個售后市場貿易公司面向中國及亞太地區,員工共計 1800 余人,年營業 收入約 25 億人民幣。






財務數據來看,布雷博 2020 年收入 22 億歐元,凈利潤 1.4 億歐元,凈利率 6%;分區 域看,北美、德國等占比較高;中國地區貢獻其收入為 3.4 億歐元,占比其整體收入為 15.3%。






Brembo SGL 旗下有兩種陶瓷碟盤類型,分別為 CCB (Carbon Ceramic Brakes) 與 CCM (Ceramic Composite Material)、CCM-R。CCB 就是具碳化硅 (silicon carbide / SiC) 表層的 CC 碟盤,另一種 CCM 則無;CCM-R 是最高端產品,一整套含卡鉗的 價格約三萬美金,特別針對于保時捷、蘭博基尼、法拉利等高端跑車定制。(報告來源:未來智庫)




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勒邁科技:國內乃至亞洲少有的可量產碳碳/碳陶剎車企業






深圳勒邁科技成立于 2017 年 5 月,其前身為深圳市勒馬制動科技有限公司(成立于 2011 年 1 月 21 日)。自 2011 年成立之日起,公司專注于乘用車用碳纖維復合材料制動 系統研發、生產、銷售及售后服務等工作,主要銷售往賽車及高端改裝車等領域,成為 中國及亞太地區第一家能夠量產車用碳纖維復合材料制動系統產品(碳碳復合&碳陶復 合)生產廠家。公司產品銷售全球市場,且實現產品進入全球 F1 方程式賽車剎車系統 產品供應商序列。2017 年 5 月 26 日,公司引入上市公司華伍股份戰略合作及投資,并 更名為深圳勒邁科技有限公司。LeMyth 碳陶剎車系統 GT 版,有效提升剎車性能和安 全性能,滿足車輛從街道到塞道的制動需求;ST 競技版滿足車輛在競技賽道對制動性 能的苛刻要求。






道普安:國內較早布局碳陶剎車的企業






山東道普安制動材料有限公司是國內碳陶剎車材料的領軍者,公司已經獲得汽車行業質 量體系認證(TS16949)。道普安與國內外多所重點院校合作,專業從事摩擦制品的研 究與開發,碳/碳、碳/陶制動系列產品已獲專利成果 27 項,承擔省級科研項目 2 項。產品具有輕質、高強、耐高溫、耐磨損等優異性能,已成功應用于保時捷、瑪莎拉蒂、法 拉利、寶馬、奔馳等車型的改裝。






目前碳陶剎車盤具有長纖碳陶剎車盤和短纖模壓碳陶剎車盤兩種,相較于短纖碳陶剎車 盤機械性能較差、盤面存在裂紋、易掉塊等缺點,長纖碳陶剎車盤的機械性能更好,長 纖碳陶材料的斷裂伸長率可達到 0.4%~0.6%,遠高于短纖碳陶盤的 0.1%~0.3%,具 有和金屬材料類似的斷裂行為,克服了傳統陶瓷脆性大,易破裂的缺點,制動盤機械性 能更好。




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弗迪科技:自主研發碳陶剎車盤,走在行業前列






比亞迪下屬子公司弗迪科技具備自主研發生產碳陶剎車盤能力。弗迪科技公司 2003 年 在上海成立,2019 年年底重組合并為弗迪科技,總部坐落于深圳。弗迪科技主營產品 是空調系統、整車線束級配電、智能座艙、被動安全、ADAS、車身控制及附件、排放 系統、懸架系統、制動系統、轉向系統,弗迪科技擁有 3 大研發基地和 7 大生產基地, 深圳、西安、長沙、安陽、商洛、丹陽、惠州,建筑面積共 84 萬平方米。目前直接配 套的整車廠商包括比亞迪、長城、長安、東風、奇瑞、上汽通用五菱、蔚來、寶能、小 鵬、濰柴、一汽等。公司現有員工 24000 余人,與主機廠合作經驗豐富,16 年累計供 貨配套 450 萬+車副、年產能 150 萬+車副。






2021 年下半年,比亞迪子公司弗迪科技發布了一款自主研發碳陶剎車盤,以及專門為 比亞迪漢開發剎車卡鉗。




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金博股份:與艾盛汽車戰略合作 推進高性能碳陶復合剎車材料應用






2021 年 10 月 26 日,金博股份發布公告,擬在湖南省益陽市高新區投資 1.5 億元人民 幣設立全資子公司湖南金博碳陶科技有限公司。2021 年 12 月 23 日,金博股份稱其全 資子公司金博碳陶與湖南湖大艾盛汽車技術開發有限公司簽署戰略合作協議,雙方將共同推進高性能碳/陶復合剎車材料應用。湖南湖大艾盛汽車技術開發有限公司于 2007 年 依托于湖南大學汽車車身先進設計制造國家重點實驗室成立,是國內領先的集汽車前沿 理論與技術研究、整車與零部件研發、試驗、試制、裝備開發為一體的汽車科技公司, 目前公司員工 1300 余人,其中博士 40 余人、碩士 200 余人,本科以上學歷占公司總 人數 90%以上,公司與國內外 20 多家主機廠、科研院所開展了科研合作,成功研發、 改型、優化車型超百款,積累了豐富的研發經驗和汽車行業資源。我們認為,公司在碳 碳材料領域具備較為深厚的技術儲備,未來在碳剎車領域有望逐步迎來新突破。






天宜上佳:募投錨向碳陶剎車產品






2022 年 1 月,天宜上佳發布定增預案,擬向特定對象非公開發行股份不超過 1.34 億股, 募集資金不超過 23.69 億元,用于高性能碳陶制動盤產業化建設項目、碳碳材料制品預 制體自動化智能編織產線建設項目及補充流動資金。預案顯示,高性能碳陶制動盤產業 化建設項目總投資額為 15.4 億元,擬使用募集資金 13.2 億元。項目主要產品為碳陶制 動盤,投產后產能達 15 萬套/年,主要用于新能源汽車、中高端乘用車、商用車及特種 車剎車制動系統,包括新裝車市場及汽車后市場。公司在碳陶復合材料領域擁有專業技 術研發團隊 22 人,其中碩士以上學歷有 11 人,其中博士 1 人。團隊成員來自西北工業 大學、北京科技大學、哈爾濱工程大學和北京理工大學等國內外知名院校,技術團隊人 員從事碳基復合材料研發多年,優秀的技術研發團隊為項目的實施提供了技術支撐,為 項目的順利實施提供保障。公司為汽車行業協會《碳陶汽車制動盤團體標準》起草單位, 與浙江某車企簽訂跑車項目碳陶制動系統開發協議,與深圳某車企制動開發部簽訂碳陶 剎車合作開發協議。






3 總結:國內崛起新勢力,主導企業第二成長曲線





我們針對前述匯總分析:






1、應用領域:目前,碳基剎車材料主要是在飛機市場取得了較好普及應用,在汽車領域 也有部分應用,聚焦在高端賽車等領域;高鐵領域目前還需要進一步論證試車;






2、市場空間:2019 年我國民機滲透率近 50%,軍機 30%,市場 44 億元,中期空間超 100 億;高鐵領域,目前基本都為粉末冶金材料,且國產化比例僅為 20%,未來全部國 產化后市場空間也可達百億;遠期若被碳碳替代空間會更大;汽車市場剎車材料主要是 鑄鐵,未來碳陶若能在 C 級車實現全部替代,那么國內市場空間也可達百億。






3、競爭格局:飛機領域碳碳剎車材料主要為國外企業 OEM 為主,如法國賽峰(米歇 爾)、美國古德里奇、霍尼韋爾;國內領軍企業為西安制動,份額預計 90%;北摩高科、 博云新材也有少量生產銷售;高鐵領域,目前進口為主,國內企業為天宜上佳,份額超 50%、北京浦然,世鑫新材等;汽車領域碳陶剎車全球龍頭為布雷博,國內部分企業開始 尋求技術突破。






(本文僅供參考,不代表我們的任何投資建議。如需使用相關信息,請參閱報告原文。)


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