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        華西證券-國防軍工行業軍工新材料之碳化硅纖維:航空發動機熱端結構理想材料-220712

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        日期:2022-07-13 08:30:27 研報出處:華西證券
        行業名稱:國防軍工行業
        研報欄目:行業分析 陸洲  (PDF) 35 頁 2,325 KB 分享者:wxl****03 推薦評級:推薦
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        研究報告內容
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          碳化硅產業蓬勃發展,國內具備較大工業化空間

          碳化硅纖維具有高溫耐氧化性、高硬度、高強度、高熱穩定性、耐腐蝕性和密度小等優點,是最為理想的航空航天耐高溫、增強和隱身材料之一。http://www.hibor.com.cn【慧博投研資訊】SiC纖維研制歷經三代,國內SiC纖維技術達到國際水平,已經突破第二代、第三代SiC關鍵技術,但在工業化能力方面仍存在巨大的發展潛力。http://www.hibor.com.cn(慧博投研資訊)由碳化硅纖維制備的SiC/SiC復合材料在航空、航天、核能等領域具有廣泛的應用前景。據Stratistics MRC預測,碳化硅纖維市場到2026年將增長至35.87億美元,10年復合年增長率高達34.4%。而在發展中國家對新型裝備、發動機研究推進等因素的拉動下,全球陶瓷基質復合材料市場規模預計將從2021年的88億美元增長到2031年的250億美元,年復合增長率為11.0%(據Markets and Markets預計)。

          SiC/SiC耐熱性能優異,將替代高溫合金在航空發動機上的應用

          高推重比是先進航空發動機不斷追求的目標,而隨著發動機推重比的提升,渦輪進口溫度不斷提高,現有高溫合金材料體系難以滿足先進航發。比如,現有推重比10一級的發動機渦輪進口溫度均達到了1500℃,推重比12~15的發動機渦輪進口平均溫度將超過1800℃以上,這遠超高溫合金及金屬間化合物的使用溫度。目前,耐熱性能最好的鎳基高溫合金材料工作溫度只能達到1100℃左右。而SiC/SiC使用溫度能提高到1650℃,被認為是最理想的航空發動機熱端結構件材料。

          在歐美等航空發達國家,SiC/SiC已在航空發動機靜止件上得到實際應用和批量生產,包括M53-2,M88,M88-2,F100,F119,EJ200,F414,F110,F136等多種型號軍/民用航空發動機;在轉動件的應用上仍處于研制試驗階段。國內基礎研究起步較慢,與國外工程化應用研究存在巨大差距,但也已取得成果。2022年1月,由西北工業大學使用國產新型陶瓷基復合材料打造的航空發動機整體渦輪盤成功完成首次飛行試驗驗證,這也是國內陶瓷基復合材料轉子件首次配裝平臺的空中飛行試驗,也有利于推動陶瓷基復合材料部件在無人機/靶機上大規模應用。

          SiC纖維通過電磁改性手段,發展成為最重要的高溫吸波材料之一

          隨現代無線電技術和雷達探測系統的迅猛發展,隱身技術作為提高武器系統生存、突防,尤其是縱深打擊能力的有效手段,已成為軍事強國角逐軍備高新技術的熱點。采用隱身材料技術是當前最有效可行的雷達隱身手段。而對于應用在特殊環境中的隱身材料,除了降低可探測性等基礎條件外,還要求材料具有良好的熱穩定性和耐腐蝕性。例如,高速飛行隱身戰機的發動機屋噴管、機翼邊緣和最錐帽等部位會面臨高溫氧化、高低溫反復沖擊的考驗。SiC/SiC不但具有優異的力學性能、抗氧化性能和更長的高溫使用壽命,還具有良好的吸波性能,滿足超高音速飛行器表面、發動機尾噴口、巡航導彈冒頭端等武器裝備高溫部位的隱身需求,應用前景廣闊。

          SiC材料具備小的中子吸收截面,適用于核反應堆領域

          隨著對反應堆安全問題的日益重視,目前的商業水堆核電站幾乎全部使用的鋯合金燃燒元件被重新考慮,碳化硅SiC為包殼或基體材料的新型燃料元件成為新的研究熱點。燃料元件是核反應堆的核心部件,其性能指標直接影響反應堆的安全性和經濟性。SiC具有高溫強度大、硬度高、耐磨損性好、抗熱沖擊性好、熱導率大以及抗氧化性強和耐化學腐蝕等優良特性,并且其小的中子吸收截面,低的固有活性和衰變熱,使其適用于核反應堆領域,在輕水反應堆、熔鹽反應堆和氣冷快堆均有良好的應用前景。

          目前,我國已形成以國防科大、西北工業大學、廈門大學為研發中心的若干碳化硅纖維產業集群。國防科大的碳化硅纖維技術產業化在蘇州、寧波等地開展,廈門大學在福建與當地企業合作,競爭優勢明顯。

          風險提示

          新型裝備研制進度、放量進度不及預期等。

          

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