軍工複合材料產業鏈深度研究報告

2022年10月09日00:16:36 熱門 1910

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一、軍工復材產業鏈投資價值分析

我國軍工復材產業目前正處於成長期，我們認為未來整體盈利水平有望呈現出持續上升的態勢。根據行業生命周期理論，行業從出現到完全退出社會經濟活動需要經歷幼稚期、成長期、成熟期和衰退期四個階段。軍工復材技術發展至今已逐漸成熟，在武器裝備中的應用越來越廣泛，應用比例也越來越高，如我國四代機復材應用量占結構重量比例已達 20%，伴隨着下游軍工產業發展，軍工復材需求有望快速增加，從事軍工復材研製生產的企業也越來越多。軍工復材產業目前具有需求高速增長、技術漸趨定型、產業競爭狀況愈發明朗、企業進入壁壘較高等特點，結合產業周期發展的特點，我們認為軍工復材產業目前正處於成長期，行業企業具有較高的利潤率及較旺盛的市場需求。

軍工復材發展歷程就是一個不斷突破國外封鎖的過程，是國家近年重點支持、鼓勵發展的產業之一。由於碳纖維、石英纖維、碳化硅纖維及其復材應用領域特殊，以及對武器裝備性能提升明顯，在發展之初均面臨國外的技術和設備封鎖，導致初期發展較為困難。經過一段時間技術積累後，在國家重大計劃及政策的扶持與牽引下，即實現了快速突破。

我國軍用復材技術發展多年，已經具備較好基礎，未來伴隨着這些專項計劃的逐步實施，有望進一步加快復合材料的技術提升以及應用推廣。

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二、復材性能優異，在國內外國防領域應用越來越多

復材技術與武器裝備發展相輔相成，我國仍有較大提升空間

複合材料是指由有機高分子、無機非金屬或金屬等幾類不同材料通過複合工藝組合而成的新型材料，它既能保留原有組分材料的主要特色，又通過材料設計使各組分的性能互相補充並彼此關聯與協同，從而獲得原組分材料無法比擬的優越性能。

復材早期主要作為功能件應用於武器裝備，目前已經能夠用做主承力結構件。復材從 20 世紀 60 年代開始在軍事裝備中取得應用並暫露頭角，早期由於價格高、產量低、某些性能不高，主要作為功能件，使用量不大。例如，這一時期玻璃纖維增強複合材料開始用於軍用飛機的整流罩、襟副翼等位置；美國的“北極星”戰略導彈開始使用玻璃鋼復材；巡邏炮艇的甲板室也開始使用複合材料。隨着設計/製造工藝技術的完善、發展和創新，複合材料成本不斷下降，性能不斷提升，生產規模不斷擴大，目前已經能夠作為主承力結構件，在航空、航天、兵器、艦船等多個軍工領域獲得了重要應用。

伴隨着武器裝備的不斷發展，對減重、隱身、耐衝擊、耐高溫等性能要求越來越高，傳統材料越來越難以滿足多項要求，復材成為軍事裝備發展的重要基礎，其應用水平也已成為衡量武器裝備發展的先進性標準之一。現代高科技戰爭要求武器裝備具有快速反應、高機動、突防一體化、遠程精確打擊等特點，促進了武器裝備從結構到功能的飛躍轉變，複合材料具有高比強度、高比模量、耐高溫、抗腐蝕、耐疲勞、材料結構功能一體化、設計制造一體化和易於成型大型構件的特點，在武器裝備的減重、耐衝擊高強度防禦、耐高溫、隱身等領域得到廣泛應用，促進了武器裝備的輕量化、高性能、功能化以及智能化，已成為發展高技術武器的重要物質基礎之一，同時近年來複材技術不斷取得突破，成本的下降使得復材應用更為廣泛。總的來看，復材技術與裝備發展相輔相成，互相促進，即復材制備與應用技術發展推動了裝備升級，裝備不斷發展也倒逼了復材技術不斷進步。隨着國內外複合材料的設計與加工能力逐步上升，成本進一步下降，未來複合材料在武器裝備的應用將會進一步提升。

美國與日本是較早開展復材製備與應用的國家，技術較成熟，在武器裝備與民用航空中應用比例較高。據 2015 年發表的《複合材料在新一代大型民用飛機中的應用》文獻，美國 F-35 戰鬥機複合材料應用比例達到 35%；大型民用客機 B787 及 A350XWB 分別達到結構重量的 50%和 52%；美國新型軍用運輸機 ACCA 則以整體模成型的方式建造飛機，整個飛機機體複合材料比例高達 65%，整機減重甚至可達 25%以上。

隨着國內裝備不斷發展，復材製備技術的逐步成熟，裝備中復材應用比例也在不斷提升，但總體水平與國外仍存在差距，未來仍有較大提升空間。據 2014 年發表的《先進複合材料在軍用固定翼飛機上的發展歷程及前景展望》文獻，我國四代機復材應用比例占整機結構件的 20%左右，而國外先進戰鬥機復材應用比例可達 35%；我國大型艦船尚未採用復合材料上層建築，美國已在 DDG1000 型驅逐艦的前 2 艘採用了復材上層建築，大幅提升了艦艇隱身能力。

復材在戰鬥機上應用比例逐步提升，且已經能夠用作主承力結構件

隨着增強材料、基體以及復材製備技術發展，複合材料在軍用飛機上的用量逐步提升，據 2006 年發表的《飛機結構用先進複合材料的應用與發展》文獻，2000 年以後世界先進軍機上複合材料的用量佔全機結構重量的 20%~50%不等。復材在國外軍用戰鬥機上的應用經歷了“小受力件→次承力件→主承力件→起落架應用”4 個階段，從初期只能應用於受力較小的部件，發展到目前已經能夠應用於主承力結構件以及起落架上。

1. 第一階段，主要用在艙門、口蓋、整流以及襟副翼、方向舵等受力比較小的部件上。 20 世紀 60 年代初，玻璃纖維增強複合材料開始用于軍用飛機的整流罩、襟副翼等。這個時期複合材料的力學性能相對而言還比較低，所製造的航空製件的受力水平相應較小，製件尺寸也較小。

2. 第二階段，複合材料開始應用于軍機的垂直尾翼、水平尾翼的壁板等次承力結構件上，這一階段復材應用比例可達 5%。如美國 F-14 戰鬥機在 1971 年把硼纖維增強的環氧樹脂複合材料應用於平尾上，成為複合材料發展史上的一個里程碑。此後，連續碳纖維增強的複合材料應用於 F-15、F-16、米格-29、幻影 2000、F/A-18 等飛機的尾翼上。自 20 世紀 70 年代初至今，國外軍機尾翼級的部件均已用複合材料製造，一般如果一架軍機的垂尾、平尾全部採用複合材料，則這些部位的重量可占結構總重的 5% 左右。

3. 第三階段，複合材料逐步應用在軍機的機翼、機身等主要承力結構上，復材應用比例達 20%~50%。美國原麥道飛機公司於 1976 年率先研製了 F/A-18 飛機的複合材料機翼，並於 1982 年進入服役，把複合材料的用量提高到了 13%，成為複合材料應用發展史上的又一個重要的里程碑。此後，國外軍機群起仿效，世界各國所研製軍機的機翼一級的部件幾乎無一例外地都採用了複合材料，如美國的 AV-8B、B-2、F/A-22、 F/A-18E/F、F-35，法國的“陣風”，瑞典的 JAS-39，歐洲英、德、意、西四國聯合研製的“颱風”，俄羅斯的“金雕”等，目前世界先進軍機上複合材料用量佔全機結構重量的 20%~50%不等。

4. 第四階段：複合材料在起落架上的應用，由於在起落架上的應用是替代鋼件而不是鋁件，因此進一步提升了減重空間。與傳統金屬材料製成的起落架相比，複合材料起落架更耐用、重量更輕、更耐腐蝕且生產成本更低。此外，複合材料起落架的生產周期更短，通常只需 2~3 個月，而很多傳統金屬材料起落架的交付時間卻長達 2 年。目前美國 F-16 戰鬥機的復材起落架後撐桿已完成驗證飛行；法國“陣風”戰鬥機也在起落架上使用碳纖維複合材料。

我國四代機之前，復材的應用範圍僅限於尾翼、鴨翼等次承力結構上，用量佔比不到 10%，四代機複合材料用量有了明顯突破，復材用量達到整機結構件的 20%左右。複合材料在國內軍用飛機的設計研究工作起步並不算晚，自 20 世紀 60 年代末 70 年代初起，國內相關單位相關科研人員就着手於將先進複合材料應用於國內戰鬥機上，先後開展了殲-8 和某型強-5 的尾翼和前機身的複合材料應用研究工作。此後新設計的軍機上都採用了複合材料，如殲-10 戰機用量佔到 6%，殲-11 戰機用量佔到 9%，但一般均未超過 10%。最新研製成功的四代戰機複合材料用量有了較明顯的突破，複合材料用量佔到了整機結構件的 20%左右，並且將目標用量增加至 29%。

直升機機體和槳葉使用復材比例較高

復材在直升機上的使用，促進了直升機技術的飛躍，機體結構複合材料用量現已成為衡量新一代直升機技術先進水平的重要標誌之一。縱觀近代直升機的發展進程，直升機經歷了兩次重大技術飛躍。第一次技術飛躍為 20 世紀 60 年代渦軸發動機的應用，第二次技術飛躍為 20 世紀 70 年代複合材料的應用，復材旋翼槳葉在直升機上的應用，不僅使槳葉的壽命大幅提升，而且可以實現槳葉優化設計，顯著改善了旋翼氣動性能。20 世紀 70 年代研制的第三代直升機幾乎都採用了複合材料旋翼槳葉，80 年代以來研製的第四代直升機還在機體結構中大量採用複合材料，用量已佔到結構質量分數的 35%～50%，近年來甚至出現了全複合材料直升機，複合材料在旋翼系統和機體結構上的大量使用成為第三和第四代直升機的主要技術特徵。

近年復材在國外直升機中的應用也越來越多，部分機型復材占機體結構重量比達 50%以上，甚至產生了全複合材料機體直升機（NH-90 直升機），復材佔比高達 95%。複合材料具有輕質、高比強度、高比剛度及可設計性強等優點，將其用於直升機結構上，可有效實現結構減重，提高飛行性能、安全性和可靠性，因此近幾十年來複材在直升機上的應用比例越來越高。據 2016 年發表的《直升機複合材料應用現狀與發展》文獻， RAH-66 科曼奇直升機機體採用了大量的碳纖維/環氧、芳綸/環氧和蜂窩芯材，占機體結構重量的 54%； NH-90 直升機復材用量佔比高達 95%，採用了全複合材料機體，僅動力艙平台及其隔板採用金屬件，其餘全部採用碳纖維複合材料、芳綸複合材料和 NOMEX 蜂窩芯材，旋翼系統採用了碳纖維複合材料和玻璃纖維複合材料，與全金屬結構相比，零件數量減少 20%，質量減輕 15%，生產成本降低 10%。

我國直升機復材應用研究較早，目前國內在研和在役直升機均大量使用復材。20 世紀 80 年代開始研發的直-9 型直升機就大量採用了複合材料，主要用於主槳葉、涵道大垂尾、平尾、側端板、座艙罩等結構部件。直-11 型直升機旋翼槳葉和尾槳都採用了全複合材料結構型式，槳轂星形柔性件和夾板均採用複合材料結構。直-10、直-19 武裝直升機上也大量使用碳纖維材料製作的機身框架結構、直升機旋翼、機翼蒙皮和直升機尾翼部件。目前，國內在研和在役直升機均大量採用複合材料，主要應用部位有旋翼槳葉中的大梁、蒙皮、墊布、後緣條等，機體結構中的機身下構件蒙皮、座艙、動力艙整流罩、短翼、尾梁蒙皮、壁板、尾斜梁、尾段整流罩、儀錶板、遮光罩等。

無人機應用復材比例較高，普遍高於有人戰鬥機

為了儘可能減重，無人機大量應用了復材，且用量普遍高於有人戰鬥機，一般在 60%~80% 之間。無人機具有低成本、輕結構、高機動、大過載、長航程、高隱身的鮮明技術特點，這些特點決定了其對減重有迫切的需求，複合材料的出現使無人機的減重要求得以實現。據 2013 年發表的《先進複合材料在軍用無人機上的應用動向》文獻，各種無人機上複合材料的用量較大，普遍要高於有人機，一般在 60%～80%之間，有的甚至全結構均使用復合材料。複合材料在無人機機體上的應用發展經歷了從整流罩，到承載小的部件，例如飛機翼面的前緣、後緣壁板，到翼面的操縱面或操縱面的後緣等次承力結構，以及到主承力結構，進而到翼面盒段、翼身融合等整體一體化成型的發展歷程。

複合材料在我國多型無人機上也獲得了較大應用。哈飛與北航聯合設計的 BZK-005 型遠程無人偵察機機身受力骨架採用常規鋁合金鉚接結構，蒙皮及整流罩採用玻璃纖維、碳纖維、紙蜂窩等復材，機翼由全複合材料構成。“翔龍”無人機偵察機大量採用了複合材料，機身上曲線連續而光滑，機身尾部背鰭上裝有複合材料發動機艙，使得其雷達散射截面積大約為 1m2，具有較好的隱身性能。“翼龍-1D”是中國新一代改良型多用途無人機，機身結構採用了全複合材料。

民航客機復材應用比例不斷提升，國內 C919 應用復材佔比達 12%

民機既強調安全性也強調經濟性，對結構減重同樣有迫切的需求，復材用量也在不斷提升，應用占結構材料質量比可達 50%。波音 B787 飛機（2009 年 12 月首飛）複合材料用量達 50％，主要應用在機翼、機身、垂尾、平尾、機身地板梁、後承壓框等部位，是第一架采用複合材料機翼和機身的大型商用客機。A350XWB（2013 年 6 月首飛）是目前複合材料用量佔全機結構重量比例最大的一種客機，複合材料佔據機體 53%重量。

國產民用飛機復材用量與波音、空客的先進飛機相比差距較大。國產主線客機 C919 先進複合材料在其機體結構用量達到 12%，其機翼構成以碳纖維複合材料為主，鋁鋰合金、鈦合金為輔，後機身和平垂尾等使用了 T800 級碳纖維複合材料，襟翼和雷達罩使用了玻璃纖維複合材料，艙門和客貨艙地板使用了芳綸蜂窩材料，航空發動機使用了碳纖維復材及陶瓷基復材，複合材料的使用使 C919 減重 7%以上。

復材在航天裝備上主要用於減重和防熱

航天裝備如導彈、火箭、高超聲速飛行器等一般飛行速度較高，飛行過程表面溫度高，對防熱要求較高。導彈在大氣飛行速度很高（接近或者遠超過聲速），此時由於導彈氣動加熱，其表面蒙皮及彈頭溫度會快速升高。根據駐點溫度計算公式，假設導彈環境溫度為 220K，我們初步計算了不同飛行速度下導彈蒙皮的溫度，可以看出當導彈飛行速度達 4~10 馬赫時，表面溫度範圍可達 445~3173℃，隨着馬赫數的提高，表面溫度急劇上升，普通的鋁合金甚至鈦合金都難以滿足要求，例如，美國改進型超音速海麻雀導彈在發射後 8~10 秒，彈體蒙皮溫度可達 371℃，這種環境下 2024 鋁合金強度會降低 90%，難以滿足要求。因此，對於高速飛行的航天裝備，需要採用各種不同類型的陶瓷材料及復材來實現防熱，如美國 X-47B 高超聲速飛行器使用了碳/陶瓷複合材料用來防熱，耐溫可達 1700℃。

航天裝備對重量要求也較嚴格，採用先進復材能夠實現減重，對增大射程、提高精度意義顯著。據《先進聚合物基結構複合材料在導彈和航天中的應用》文獻，戰略導彈彈頭和上面級發動機質量每減少 1kg，可使洲際導彈射程增大 20km，20 世紀 60 年代初美國就采用玻璃鋼取代超高強度鋼成功纏繞製備了“北極星”潛地導彈發動機殼體，使得導彈射程增加了 27%。

戰術及戰略導彈

復材在戰術彈上通常應用於彈體、彈翼、尾翼、雷達罩、進氣道等位置。美國早期的“戰斧”巡航導彈使用了較多的複合材料部件，如頭錐、雷達罩、尾翼、進氣道等，但性能一般，當時其它戰術導彈大多仍以金屬材料為主。20 世紀 80 年代以來，多種戰術彈的固體發動機殼體和部分彈體蒙皮開始使用複合材料，例如，美國新一代空面巡航導彈 ACMI58- JASSM，在“戰斧”巡航導彈的基礎上為了大幅度地降低成本減輕彈體重量，不僅彈翼、尾翼、進氣道採用複合材料，整個彈身全部艙段都採用了碳纖維複合材料，全彈減重了 30%，成本降低 50%。我國在亞音速岸艦、艦艦導彈天線罩上採用了複合材料，以環氧複合材料為蒙皮，聚氨酯泡沫為芯層。

20 世紀 60 年代復材就在美國的“北極星”戰略導彈上取得了應用，此後美國的“民兵”、 “海神”、“三叉戟-I”、“侏儒”、“三叉戟-II”、“MX”系列導彈；法國的 M-4、M-5 導彈；前蘇聯的 SS-24、SS-25 導彈均使用了複合材料。除了導彈本身，復材在發射筒上也有應用，能夠實現大幅減重，如美國 MX 導彈的發射筒長 22.4 米，直徑 2.5 米，使用高強鋼時質量超過 100 噸，而使用碳纖維增強樹脂基復材後僅 2 噸。我國戰略導彈發射筒也採用了部分碳纖維復材筒段，比鋁合金部件輕 28%。

我們認為，未來複材在導彈中的應用將會不斷增長。隨着先進增強材料和樹脂基體的性能改進和成本不斷降低，先進複合材料有可能越來越多地替代導彈傳統的金屬材料，從而大幅度地降低武器系統的重量，提高作戰效能。

運載火箭

運載火箭應用先進複合材料的主要部件是固體發動機（固體助推器和上面級發動機）殼體、箭體級間段、箭上衛星支架、有效載荷支架上以及可重複使用天地往返飛行器蒙皮等。近年我國已經在多種型號的運載火箭，特別是上面級結構中廣泛採用復材，有效地減輕了上面級結構質量，對提高運載火箭發射有效載荷的能力具有十分明顯的效果。例如，在“開拓者-1”小型運載火箭的第四級發動機採用了高性能碳纖維殼體；長征火箭（CZ-2C、CZ-2E、 CZ-3A）的衛星接口支架和有效載荷支架（前後端框、環框、殼段、彈簧支架、井字形梁）採用了碳纖維增強環氧樹脂基復材。

衛星

目前衛星的主要結構部件（太陽能電池陣、有效載荷、本體結構、桁架）都普遍採用了高性能複合材料。衛星使用複合材料對減輕質量的作用非常明顯，一般說來，每減輕 1kg 衛星質量，就可使發射質量減輕 100kg，因此衛星上應用復材較為廣泛，尤其是高模碳纖維的應用較多。1993年發射的9顆Intelsat-7衛星中，先進複合材料已佔其結構質量的50%。我國衛星從 20 世紀 80 年代中後期起，複合材料結構件用量迅速增加，使得衛星結構質量不斷減輕。

復材在艦船領域的應用

複合材料質量輕、可設計性高、抗腐蝕性強，是未來追求更大有效負載、更強綜合隱身能力、更低全壽期費用艦船裝備的最佳材料選擇之一。複合材料普遍質量輕、強度高，比強度高於船體鋼和鋁合金等傳統造船結構材料，可有效提高艦船的穩定性、航速及運載能力；易於製成流線型及其它複雜形狀；耐腐蝕性能優於傳統金屬材料；能通過增強內部構件在阻尼振動下的穩定性而減少噪音的產生；可減少雷達反射截面達到隱身效果；非磁性，不容易被魚雷和水雷探測到；能很大程度上降低艦艇的熱學特徵；能根據需要改變基體和增強體來達到特定的目標。由於複合材料具有的這些特性，使複合材料成為理想的船用材料。

複合材料在艦艇中的應用起步較晚，但用複合材料替代部分金屬材料已經成為未來艦艇發展趨勢，復材在艦艇上的應用也從非承力結構件向次承力結構件和主承力結構件演變。復合材料在國外海軍艦船上層建築中的應用始於 20 世紀 60 年代中期，最初用於製造巡邏炮艇上的炮艇甲板室。70 年代後，獵雷艇的上層建築也開始採用複合材料，如芬蘭皇家海軍的快速巡邏艇“勞馬”號。90 年代後，複合材料開始應用於艦船的全封閉式桅杆/傳感器系統。隨着複合材料應用效果逐步得到各海軍強國的認可，複合材料在艦艇上的應用已經呈現出從非承力結構件向次承力結構件和主承力結構件演變、由個體試驗性應用向全面推廣應用的趨勢。目前，國外新型驅逐艦如美國 DDG 51 驅逐艦、DDG 1000 驅逐艦，英國 45 型驅逐艦等都是先進樹脂基複合材料應用的典型平台。一些艦艇用傳統金屬材料結構件正在被複合材料結構件替代，包括中小型水面艦艇艇體；大型水面艦船上層建築、艙壁、螺旋槳、推進軸和舵；水面艦艇內部設備和零件，如熱交換器、設備基座、閥、泵、管路、護欄；潛艇的非耐壓殼體、聲納導流罩、舵、水平翼、推進系統、基座、潛望鏡、魚雷發射管等等。

複合材料在國內外民用船舶領域也有較為廣泛的應用。複合材料是中小型船艇，特別是高速艇、高性能艇最合適的結構材料，在國內外民船領域，諸如遊艇、漁船、救生艇、交通艇和高性能船艇等中獲得了廣泛的應用。

與國外相比，目前我國船用複合材料應用範圍和規模仍然較小。20 世紀 70 年代中期我國曾研製過一艘總長近 39 米的掃雷試驗艇。20 世紀 90 年代以來，隨着技術發展與工藝引進，我國採用複合材料生產了大量遊艇、帆船、救助艇，以及公安、武警、海監、海關等航速較高的巡邏艇、執法艇、緝私艇等准軍事艇，但迄今為止還未設計建造一艘高科技含量的復材軍用艦艇。在複合材料船舶構件方面，我國在 20 世紀 60 年代末成功研製了複合材料聲納導流罩，並應用於潛艇，發展至今已形成較為成熟的應用。20 世紀 80 年代後期研製開發了複合材料雷達天線罩、水雷殼體並投入使用，20 世紀 90 年代成功研製了應用於大型水面船舶的複合材料桅杆等。

復材在陸軍裝備中的應用

復材在坦克與裝甲車輛上的應用主要包括裝甲及行動系統，目的是降低重量和提高抗打擊性能。復材在坦克裝甲車輛上的應用始於 20 世紀 70 年代，蘇聯 T-64A 是最早使用復材裝甲的主戰坦克，現今由玻纖、凱芙拉、碳纖維等作為增強材料研製出的復材裝甲與同等防護級別的金屬材料裝甲相比，復材的使用可以使車體和炮塔結構的綜合性能提高 30%~50%，重量減輕 40%~45%。在行動系統，如坦克履帶、負重輪、托帶輪、扭力軸等方面，復材充分發揮了減重效果。如美軍 25t 輕型坦克裝甲戰車採用的陶瓷增強鋁基復材履帶使坦克總重量減輕 1 噸；M113 型坦克戰車中使用的玻纖/環氧基復材的負重輪，不僅比傳統材料減重 30%，還能極大程度地減少地雷爆炸帶來的損害。M60 坦克中採用碳纖維/環氧樹脂復材替代鋼製扭力軸減重達 65%以上。坦克發動機用活塞頭、活塞連桿、調速齒輪、推進桿體等金屬部件，採用樹脂基復材製造將比傳統的金屬構件減重 30%以上。

復材在火炮上主要應用於炮管，目的是減重以提高機動性。國外已將高強度纖維樹脂基復合材料製成火炮身管、炮管熱護套、搖架、牽引桿和其他部件，可以大幅降低火炮重量從而提高其機動性能。以火炮炮管用複合材料為例，美國用石墨/環氧複合材料製備轉膛炮的加長身管替代傳統金屬加長身管，在提高了火炮射擊精度的同時，也實現了減重 37%。

復材在輕武器上的應用較為廣泛，主要目的也是為了減重。20 世紀七八十年代，樹脂基複合材料逐步取代了傳統金屬材料，用於製備槍械的彈匣、套筒、發射機座、瞄準器、刺刀座、扳機、連發阻鐵等部件口。如 20 世紀 70 年代蘇聯的 AR-24 突擊步槍，就採用了玻纖增強酚醛複合材料製造彈匣，比金屬彈匣輕 28.5%；美國 M60 型 7.62mm 通用機槍採用樹脂基複合材料彈鏈，質量比金屬彈鏈輕 30%。此後，為了進一步減輕重量，提高精度和耐久性，碳纖維/環氧基複合材料製造的復材槍管問世，如德國採用纏繞成型方法在陶瓷內管上纏繞金屬絲增強環氧樹脂成型機槍槍管。

三、碳纖維：軍用需求旺盛，未來增長潛力較大

“80 歲以後本可以少管點事，但我心有不甘，仍想抓一抓碳纖維。如果中國碳纖維上不去，國防安全就無保證，我將死不瞑目”——師昌緒院士（2000 年初）

按原材料不同分為三種，其中 PAN 基碳纖維佔據主流

碳纖維性能優良，廣泛應用於航空航天等國防領域。碳纖維是一種含碳量在 95%以上的高強度、高模量纖維材料，是由片狀石墨微晶沿纖維軸向方向堆砌而成，經碳化及石墨化處理而得到的微晶石墨材料。碳纖維複合材料以其輕質、高比強度、高比剛度、抗疲勞、耐腐蝕、便於大面積整體成形等優點，以及獨特的可設計性，廣泛應用於國防領域，為武器裝備的輕量化、高性能化、長壽命等發揮了關鍵作用，其用量也已成為武器裝備先進性的標誌之一。

碳纖維按原材料的不同主要分為粘膠基、瀝青基和聚丙烯腈基（PAN）碳纖維三類，其中 PAN 基碳纖維佔據主流。由粘膠纖維製取高力學性能的碳纖維必須經高溫拉伸石墨化，碳化效率低，技術難度大，設備複雜，成本較高，產量較低，產品主要為耐燒蝕材料及隔熱材料所用；由瀝青製取碳纖維，原料來源豐富，碳化收率高，但因原料調製複雜、產品性能較低，亦未得到大規模發展；由聚丙烯腈纖維原絲製得的高性能碳纖維，生產工藝相對簡單，而且產品的力學性能優良，用途廣泛，因而自 20 世紀 60 年代問世以來，取得了長足的發展，其產量約佔全球碳纖維總量的 90%以上，成為當今碳纖維工業生產的主流。

PAN 基碳纖維

PAN 基碳纖維的製備過程主要包括 PAN 原絲製備、預氧化、碳化、後處理四個階段。

1. 原絲製備：PAN 原絲的製備是將聚丙烯腈單體聚合成紡絲原液，然後紡絲成型，原絲製備工藝是 PAN 基碳纖維的核心工藝，PAN 原絲的質量直接決定了最終碳纖維產品的質量、產量和生產成本。原絲紡絲工藝可分為濕法、干法、熔融法和干噴濕紡（干濕法）四種，其中濕法紡絲是目前應用最多的工藝，乾濕法是目前最先進的紡絲工藝，能兼具干法與濕法紡絲優點，紡出的纖維體密度較高，表面平滑沒有溝槽，可製得高性能碳纖維，且能夠有效提高纖維的生產效率和降低製造成本。

2. 預氧化：預氧化又被稱為熱穩定化，是碳纖維製備過程中耗時最長的工藝，一般為 60~120min，預氧化反應一般在 200~300℃溫度範圍內進行，預氧化過程中纖維結構的轉變很大程度決定最終碳纖維的結構和性能，溫度過低，預氧化反應緩慢或不充分，耗時太長，生產效率低；溫度過高則易導致過度氧化、熔絲甚至燃絲。

3. 碳化：預氧化纖維在惰性氣體保護下先經低溫碳化爐，氮、氫、氧等非碳元素在爐內發生反應釋放出來，碳化一般由低溫碳化和高溫碳化兩個部分實現，低溫區域溫度一般在 300 至 600℃，高溫區域溫度一般在 600 至 1600℃，炭化工藝條件對最終碳纖維強度有直接影響。

4. 後處理：為得到較高模量的碳纖維，還需要對碳化後製得的碳纖維進行高溫熱處理，即碳纖維的石墨化。石墨化能夠提高碳纖維的抗拉強度和抗拉模量。

瀝青基碳纖維

瀝青基碳纖維是航空航天工業不可缺少的工程材料。瀝青基碳纖維的研究開發始於 20 世紀 50 年代末期，60 年代初由日本群馬大學研製成功，60 年代末在日本吳羽化工工業公司實現工業化生產。瀝青基碳纖維雖然抗壓強度及加工性能遜於 PAN 基碳纖維，但具有優良的傳熱性能、導電性能、高模量和極低的熱膨脹係數，使其在軍工及航天領域發揮着獨特作用。瀝青基碳纖維的製備一般包括原料調製、縮聚反應、紡絲和碳化等流程，合成碳纖維的關鍵步驟是前驅體的縮聚反應和碳纖維的高溫碳化反應。

目前能規模生產瀝青基碳纖維的公司主要是日美企業，通用級瀝青基碳纖維產需均衡。通用級瀝青基碳纖維的生產企業主要是日本吳羽化工工業公司，能批量生產高性能瀝青基碳纖維的主要是日本三菱化學公司、日本石墨纖維公司和美國 BP 公司。我國瀝青基碳纖維開發從 20 世紀 70 年代初期開始，上海焦化廠、中科院山西煤化所先後開展過研究，並取得一定研究成果。據《碳纖維複合材料》文獻 2017 年 1 月報道，全世界瀝青基碳纖維需求量約 2000 噸，產量約 2000 噸，國際市場基本均衡；國內通用級瀝青基碳纖維產能約 100 噸，產需也基本平衡。

粘膠基碳纖維

粘膠基碳纖維生產成本高，且整體性能指標比 PAN 基碳纖維差，因此應用有限。粘膠基碳纖維是以粘膠纖維為原料，在低溫熱處理後，於非氧化氣氛中進行 800℃以上的高溫熱處理，最終製得以碳為主要成分的纖維材料。生產粘膠基碳纖維的工藝流程較長、工藝條件苛刻、炭化收率較低、不適合大批量生產、成本高，同時粘膠基碳纖維的整體性能指標比 PAN 基碳纖維要差，因此其應用受到了限制。

粘膠基碳纖維的獨特性能使其在國防等領域得到應用，雖然產量低，但也難以完全被淘汰。 粘膠基碳纖維的獨特性能主要表現在：密度低，比一般 PAN 基和瀝青基碳纖維密度小 15% 左右，所制復材更易實現輕量化；屬於大伸長型碳纖維，韌性好易於深加工；由於是從天然纖維素轉化而來，生物相容性好；鹼和鹼土金屬含量低，抗氧化和熱穩定性好，耐燒蝕。雖然粘膠基碳纖維加工工藝苛刻、產量低，但這些獨特性能使其適合應用於防熱隔熱保溫場景以及醫用生物材料等，因此粘膠基碳纖維難以完全被淘汰。例如，美國和俄羅斯均利用粘膠基碳纖維作為復材的增強材料，用於洲際戰略導彈彈頭的大面積防熱材料。目前俄羅斯在粘膠基碳纖維開發研究及應用上整體居於世界之首，美國聯合炭化公司和希特柯公司在粘膠基碳纖維生產方面也具有一定實力。

PAN 基碳纖維按力學性能不同分為三類，在國防領域應用各有側重

按力學性能不同，可將碳纖維分為高強型碳纖維、高模型碳纖維以及高強高模型碳纖維。 以東麗公司的產品為例，其主要生產三大系列碳纖維，即高強 T 系列、高模 M 系列、以及兼備高強高模的 MJ 系列，其中高強型包括 T300、T600、T700、T800 和 T1000；高模型炭纖維主要有 M30、M40 和 M46，市場流通的高模炭纖維主要是 M40；高強高模型的炭纖維主要有 M46J、M50J、M55J、M60J 和 M65J 等。

不同類型碳纖維在國防領域均有應用，但應用重點不同，高強型主要用於航空領域，高模型主要用於航天領域。第一代碳纖維為標準模量碳纖維，以東麗公司的 T300 和赫氏公司的 AS4 碳纖維為代表，主要用於航空次承力構件，如 T300 主要用于波音 737 等型號的次承力構件，AS4 應用在早期 F-14 戰鬥機的平尾等部位。第二代高強碳纖維以東麗公司的 T700、T800、T000 和赫氏公司 IM7、IM8、IM9 系列為代表，主要用於航空主承力構件，如 T800 大量用於 A350、波音 787 等飛機機翼機身的主承力結構，IM7 大量用於美國的“三叉戟”Ⅱ潛射導彈及 F-22、F-35 戰鬥機等。然而二代高強碳纖維由於模量偏低，且碳纖維材料脆性大，易導致複合材料結構部件的疲勞損傷，限制了武器裝備性能的提升，因此美日等國都在研究第三代高強碳纖維，其中東麗目前已研製出第三代碳纖維 T1100G 碳纖維，正進入產業化階段。在航天領域，衛星結構設計在滿足強度的條件下主要解決剛度問題，要求碳纖維具備一定強度的同時還具備高模量或超高模量，因此高模型碳纖維主要用於航天領域。高強高模型碳纖維能在保持高模量下，兼有高的拉伸強度、壓縮強度和斷裂伸長率，在航空和航天領域都能作為主承力結構件應用。

日美 PAN 基碳纖維技術及產業化處於領先地位

日本東麗公司是全球碳纖維產業執牛耳者。1961 年日本大阪工業研究所近藤昭男博士用美國杜邦公司的奧倫為原料成功研發出 PAN 基碳纖維。1967 年日本東麗公司研製出適合製造碳纖維的共聚聚丙烯腈原絲，此後於 1971 年建成年產 12 噸的第一代碳纖維試驗生產線，此後擴產並命名為 T300。1984 年東麗研製成功 T800H 碳纖維（第二代碳纖維），其強度較 T300 碳纖維提高了近 56%，模量較 T300 碳纖維提高了近 28%。1986 年，成功研製 T1000G 碳纖維，其模量與 T800H 碳纖維相同，其強度較 T800H 碳纖維提升了 16%。2014 年 3 月，東麗成功研發出兼具高強度高模量的 T1100G 碳纖維（第三代碳纖維），其強度較 T800H 碳纖維提升了 20%，模量提升了 10%，2017 年 6 月強度又由 6600MPa更新至 7000Mpa，目前正在進行產業化。東麗公司高強型碳纖維實現了以 T300、 T800 和 T1100G 為代表的三代碳纖維的跨代發展。在高模碳纖維方面，東麗公司也開發出多種高模纖維及高強高模纖維。

東麗此前以生產高性能的小絲束碳纖維為主，通過併購 ZOLTEK 公司，進軍低成本的大絲束碳纖維細分產業。2015 年東麗收購了美國 ZOLTEK（卓爾泰克）公司，ZOLTEK 是世界上首先研製生產廉價且高性能大絲束碳纖維的公司。大絲束碳纖維價格比小絲束碳纖維要低，如飛機結構件常用的 3K 碳纖維國際售價約 50 美元/kg，而 ZOLTEK 的 48K 大絲束碳纖維售價僅 12-15 美元/kg。2018 年，ZOLTEK 公司宣布將擴大其位於匈牙利及墨西哥的產能，分別由 1 萬噸/年增加到 1.5 萬噸/年，由 5000 噸/年增加到 1 萬噸/年，一旦完成擴產計劃，ZOLTEK 公司的大絲束碳纖維總產能將提升至 2.5 萬噸/年。

除了日本東麗公司外，東邦人造絲和三菱人造絲等公司業發展自己的技術，進行了碳纖維的工業化生產。目前日本擁有完備的人造絲基、PAN 基、瀝青基和中間相瀝青碳纖維產業，佔據着各細分技術的制高點，掌控着高端產品市場。

美國 PAN 基碳纖維產業化落後於日本，但仍具有較強實力。美國擁有可保障軍用的技術、產品和產能，但產品性價比優勢不如東麗，HEXEL（赫克塞爾）公司是美國最大的碳纖維研製生產企業，產品在軍機中取得大量應用。HEXEL 公司生產的碳纖維共有三個系列九個牌號，分別是：AS 系列的 AS4C、AS4 和 AS4D；IM 系列的 IM4、IM6、IM7、IM8 和 IM9 以及 UHM 系列的高模 UHM 石墨纖維。其中 AS 系列炭纖維的抗拉強度在 3860~4207MPa，比日本東麗公司的 T300 的抗拉強度高，與 T300J 或 T600S 相近；IM 系列炭纖維的抗拉強度在 4138~6343MPa，與東麗公司的 T600S、T700S、T800H 和 T1000G 相當。HEXEL 公司生產的碳纖維已經大量應用於 A400M 運輸機、RAH-66“科曼奇”直升機、F-22 戰鬥機、F-35C 戰鬥機以及洲際導彈，其中 F-22 戰鬥機採用了 IM7 纖維應用於機翼、機身等主承力構件，復材用量佔比達到 24.2%。

碳纖維市場行業集中度高，日本三家企業產能佔全球總產能近一半。據《2017 全球碳纖維複合材料市場報告》統計，2017 年，全球碳纖維理論產能為 14.71 萬噸，其中日本三家企業產能合計 7.02 萬噸，佔比 47.72%，具備絕對的領先優勢。中國大陸 2017 年理論產能為 2.6 萬噸。

我國 PAN 基碳纖維研發起步不晚，但目前與國外存在較大差距

我國碳纖維研發起步不晚，但徘徊較久。國產 PAN 基碳纖維技術研發始於 20 世紀 60 年代，但由於工藝基礎薄弱、裝備技術落後等原因，製備的碳纖維質量低下、性能穩定性差，國產化技術長期徘徊在低水平狀態，這一階段的國產碳纖維不能作為結構複合材料的增強體使用，主要用於製備功能複合材料。1996 年開始，北京化工大學實現了有機溶劑體系製備具有圓形截面高強碳纖維原絲技術的突破，中國石油吉林石化公司以此為基礎開始了工程化技術研究，國產 PAN 基碳纖維製備技術成功實施轉型。

在“一條龍”項目牽引下，國產碳纖維技術發展迅速，威海拓展率先實現高強型碳纖維產業化，高強中模、高強高模碳纖維也先後研發成功。2002 年，在以師昌緒先生為代表的材料界前輩強有力推進下，863 計劃設立碳纖維技術研究專項，自然科學基金也支持開展碳纖維相關基礎研究。2005 年國家推行碳纖維製備與應用的“一條龍”管理模式，在航天 703 所和航空工業 601 所的牽引下，國產碳纖維製備與應用技術高效快速發展，解決了國防重大裝備用國產碳纖維材料的“有無”問題，初步實現了關鍵材料的自主保障。2006 年威海拓展開始建設中國首條千噸級碳纖維生產線，2009 年建成投產，此後相繼開發出多種型號碳纖維。目前國內已經能夠規模化生產 T300 級、T700 級、T800 級碳纖維，具備國產替代能力，並已經研製成功 T1000、T1100 級高強中模碳纖維和 M55J、M60J 高強高模碳纖維。

……

碳纖維增強複合材料在國防領域應用廣泛

碳纖維增強樹脂基複合材料是指以有機合成樹脂為基體，高性能碳纖維為填充物複合而成的複合材料，具備輕質高強、耐高溫、耐腐蝕、熱力學性能優良等特點，能夠滿足航空航天結構件的使用要求，在衛星、火箭、軍用飛機、民用飛機上均獲得了較為廣泛的應用。

航空領域，國外多種機型上都有應用，且應用的比例越來越高，國內也在多個機型上取得應用。目前軍用飛機上使用的碳纖維主要是 T300 級和 T700 級小絲束碳纖維，碳纖維增強樹脂基複合材料的應用可降低飛機重量，有助於提升飛機機動性於與作戰半徑，在戰鬥機、轟炸機、直升機和無人機上的應用越來越多，如 F-16 戰鬥機在進氣道斜板、平尾和垂尾等結構採用了碳纖維/環氧樹脂複合材料，蒙皮採用了碳纖維/雙馬來酰胺複合材料。此外，雖然普通碳纖維不具備吸波功能，但異形截面碳纖維和異形結構的複合材料具備吸波能力，再配合吸波塗層可以用來製造隱身結構材料，如美國 B-2 隱身轟炸機及 F-22 隱身戰鬥機均使用了碳纖維增強樹脂基復材。據 2017 年發表的《炭纖維複合材料》著作：隨着國內先進樹脂基複合材料性能的提高，製造技術的不斷成熟，國內的碳纖維增強樹脂基複合材料也在直升機、殲擊機和大型飛機上取得了應用。

在航天領域，碳纖維增強樹脂基復材在導彈發動機殼體、導彈彈體、火箭發動機殼體、衛星天線及本體結構等位置取得了應用。高強中模炭纖維複合材料已經廣泛應用於洲際導彈一、二、三級發動機売體和新一代中程地地戰略導彈發動機売體，如美國的“侏儒”小型對地洲際導彈的三級發動機燃燒室殼體、發動機殼體已經採用炭纖維環氧樹脂製成，美國陸軍研製的小型動能導彈也開始應用炭纖維/環氧樹脂複合材料。據《炭纖維複合材料》著作報道：我國在各類戰略和戰術導彈上也大量採用碳纖維複合材料作為發動機噴管和整流罩等防熱材料。

碳纖維增強炭基復材主要用于飛機剎車盤及航天耐燒蝕材料

炭/炭複合材料是碳纖維增強炭基體複合材料，具備密度低、比模量和比強度高、高溫性能好、熱膨脹係數低、耐高溫、耐熱衝擊、耐腐蝕、摩擦磨損性能好等一系列優異性能，已廣泛應用於航空、航天、核能、化工、機械等各個領域，其中航空制動應用最多。

在航空領域，主要作為制動材料應用于飛機剎車盤，替代傳統的粉末冶金剎車盤。早期的飛機剎車片使用的是合金盤，炭/炭複合材料使用壽命比粉末合金盤高 3~4 倍，而密度僅為合金的 1/3，高溫下摩擦係數和力學性能穩定，維修方便，在國外軍民用飛機上已經廣泛使用，目前已有 40 種以上的民用飛機和 20 多種軍用飛機使用了炭剎車盤，如民機中的波音 747/757/767/777/787、空客 A300/310/318/319/320/340，以及軍機中的美國 F 系列戰鬥機、幻影戰鬥機等都使用了炭/炭複合制動材料剎車裝置。

在航天領域，主要作為耐燒蝕材料應用於火箭發動機噴管及喉襯等位置。炭/炭複合材料已經在航天領域的應用主要是作為耐燒蝕材料，已成功應用於製造航天飛機的機翼前緣、鼻錐、貨艙門、固體火箭發動機尾噴管和喉襯等構件。如美國在 DeltaIII 運載火箭 RL10B-2 的上級發動機上成功地應用了炭/炭複合材料部件；美國MX 洲際導彈的全部三級，三叉戟導彈的一、二級，美國偵察兵導彈第三級等均採用了炭/炭複合材料作為發動機喉襯。據2017 年發表的《炭纖維複合材料》著作報道：我國已將炭/炭複合材料喉襯應用於固體火箭發動機。

碳纖維增強其他基體復材種類較多，部分在國防領域取得了應用

碳纖維還可以與其他多種基體進行複合，如陶瓷基體、金屬基體、橡膠基體等等，種類較多，其中部分材料在國防領域取得了應用。

碳纖維增強陶瓷基複合材料具有優異的高溫力學性能和熱性能，在惰性環境中超過 2000℃ 仍具能保持強度、模量等力學性能不降低，比炭炭複合材料具有更好的抗氧化性、抗燒蝕性，覆蓋的使用溫度和壽命範圍寬，在航空發動機、燃氣輪機、高速剎車盤和空間飛行器中取得了應用。例如，C/SiC 復材目前已在美國 NASA 的 X-38 空天飛行器上作為鼻錐及其附件使用，並已試飛成功；歐洲阿里安-4 第三級液氫/液氧推力室噴管採用了 C/SiC；法國將 C/SiC 復材應用於狂風戰鬥機 M88 發動機的噴嘴瓣和外襟翼。

碳纖維增強金屬基複合材料通常選擇鋁、鎂、鎳、鈦及其合金作為基體材料，材料性能取決於所選組分的特性、含量及分布等，通常具有高比強度、高比模量、良好的導電及導熱性能、熱膨脹係數小、尺寸穩定性好、耐磨性好、良好的斷裂韌性和抗疲勞性能等，在國防領域也取得了應用。例如，碳纖維增強鋁基復材在 NASA 空間望遠鏡中作為大型天線支桿。

碳纖維軍用需求旺盛，未來增長潛力大

軍機處於批產上量拐點，新一代軍機復材佔比提升明顯，對碳纖維需求量有有望大幅增長。 根據 World AirForce 2018 的數據，美國擁有軍機總數達 13407 架，其中戰鬥機為三代+ 四代的組合；而中國擁有軍機總數為 3036 架，為美國的 23%左右，其中戰鬥機為二代機 +三代機+極少量四代機的組合。和美國相比，中國的軍機水平在質量和數量上均存在較大的差距，面臨較為迫切的更新換代的需求。而且我國新一代軍機的復材用量提升明顯，四代機復材用量占結構件重量比例達 20%，三代機僅 10%，我們認為，新機型的批產將會帶動碳纖維需求的大幅提升。

陸海空天導彈需求大，航天領域對碳纖維需求有望持續上升。火箭軍是我國戰略威懾的核心力量和大國地位的戰略支撐，是維護國家安全的重要基石，其裝備建設歷來備受關注。抗戰勝利閱兵和建軍九十周年閱兵中，火箭軍裝備均作為壓軸方陣出場，密集的裝備展示也凸顯了我國火箭軍裝備技術成熟，開始大規模進入現役。火箭軍按照“以作戰的方式訓練、以訓練的方式作戰”的要求，近年來常態開展部隊戰備拉動和作戰流程檢驗演練，先後組織 40 余次重大演訓任務，並與戰區、其他軍種聯手，展開突擊攻防、聯合行動 30 多場次，發射導彈數百發。目前，所有導彈旅組織過紅藍對抗演練、具備獨立發射能力，擔負戰備值班任務部隊全時保持高度戒備狀態，發射單元彈在架上、隨時待發。2018 年 4 月 26 日下午，在國防部例行記者會上，國防部新聞局局長、國防部新聞發言人吳謙大校宣稱，解放軍的火箭軍部隊已經列裝東風-26 型導彈。該型導彈經過試裝試用和作戰檢驗，具備了整建制裝備部隊的條件，授裝後已正式進入火箭軍戰鬥序列。我們認為，高強度的訓練消耗和新裝備批量列裝部隊，軍用航天防務裝備進入產業上升期，有望提升對軍用碳纖維的需求。

艦船裝備復材應用比例較低，未來複材比例提升有望增加對碳纖維的需求。國外艦船應用復材量較高，例如美國在大型驅逐艦（DDG1000）上層建築上大量採用了複合材料，大幅降低了艦艇的雷達反射截面積，提升了艦艇隱身能力。而我國目前艦艇應用復材量仍較低，上層建築主要是金屬件，未來隨着復材技術的發展，以及裝備設計能力的加強，有望在新型艦艇上提升復材應用比例，進而增加對碳纖維及其復材的需求。

四、碳化硅纖維：打破封鎖實現量產，有望開啟下游廣闊空間

碳化硅纖維按耐溫性能可分為三代

航空航天和尖端武器的發展對高溫結構材料提出了新的要求。新型航空航天器與尖端武器熱端部件，要求材料具有優異的比強度、比模量、抗衝擊性以及極端環境下的耐高溫能力。金屬及合金材料已難以滿足新的要求，先進陶瓷基複合材料（CMC）具有高強輕質、抗沖刷、抗腐蝕、耐高溫等優異性能，能夠滿足新裝備的使用要求。CMC 要求增強纖維具有耐高溫、抗氧化、抗蠕變和耐腐蝕等特點。

碳化硅纖維是高性能復材理想的增強纖維材料。常見的複合材料增強纖維包括有機纖維、玻璃纖維、碳纖維、氧化物陶瓷纖維及以碳化硅為代表的非氧化物陶瓷纖維。有機纖維因耐熱溫度不超過 500℃而不能用於高性能 CMC，普通玻璃纖維因熔點或軟化點低於 700℃ 而同樣無法在高性能 CMC 中應用；碳纖維雖然在情性氣氛下耐溫性能可高達 2800℃，但在氧化氣氛下高於 450℃時會發生嚴重降級，抗氧化性能差極大地限制了其在氧化環境中的應用；氧化鋁、氧化鋯以及玄武岩等氧化物陶瓷纖維的耐熱溫度均不超過 1200℃，同時其密度大、熱膨脹係數高等不足均限制了其應用；SiC 纖維作為目前發展最成熟且己實現商品化的非氧化物陶瓷纖維，具有耐高溫、抗氧化、較高的抗拉強度、良好的抗蠕變等優異性能，並且與陶瓷基體相容性良好，同時 SiC 纖維集結構、防熱、吸波等功能於一身，是一種理想的高性能複合材料增強纖維。

SiC 纖維及其製品性能優異，屬於關鍵戰略材料，國外長期對國內實行嚴密的技術封鎖。 碳化硅（SiC）纖維是以有機硅化合物為原料經紡絲、熱解而製得具有β-碳化硅結構的無機纖維，從形態上分為晶須和連續碳化硅纖維兩種，碳化硅纖維具有優異的力學性能、抗氧化性能、高溫穩定性、電性能可調性以及與金屬和陶瓷基體之間良好的物理化學相容性，在航空、航天、兵器、船舶和核工業等領域具有廣泛的應用前景，是發展高技術武器裝備的關鍵戰略材料之一。由於 SiC 纖維重要的戰略意義以及軍事敏感性，美日等國均從戰略高度投入巨資研究與開發耐高溫 SiC 纖維及其複合材料，SiC 纖維歷來也是國外對我國的禁運產品。

SiC 纖維發展至今已有三代，其中第三代碳化硅纖維耐溫性能最好。按照 SiC 纖維的熱穩定性可將其分為三代，一代碳化硅纖維為高氧高碳 SiC 纖維，氧含量 10%以上（氧是由於原絲採用氧化交聯而引進的），自由碳含量 15%以上，在 1000℃以上纖維內部會發生化學反應，生成 SiO2和氣相 CO，會導致纖維產生孔洞損傷，力學性能嚴重降低，因此在有氧環境下其使用溫度一般不高於 1000℃；二代為低氧（約 0.5%）、高碳（約 20%自由碳）含量 SiC 纖維，由於原絲採用無氧電子束交聯，氧含量顯著降低，該纖維使用溫度提高到 1200℃以上，但是過剩的碳降低了纖維的高溫抗氧化性和蠕變性；三代為近化學計量比 SiC 纖維，只有少量遊離碳和痕量氧，氧含量約為 0.2%，C/Si 比約為 1.05-1.08，少量碳過剩是為了保證纖維不富硅，避免嚴重影響其高溫性能，三代碳化硅纖維具有優異的抗氧化性能和抗蠕變性能，使用溫度可達 1600℃，顯著拓寬了其在航空航天熱端構件領域的應用。

先驅體轉化法是目前工業化製備 SiC 纖維的主要方法

先驅體轉化法是目前比較成熟且已實現工業化生產的方法，是國內外工業化製備 SiC 纖維的主要方法。碳化硅纖維的製備方法主要有先驅體轉化法、化學氣相沉積法（CVD)、微粉燒結法（PS）、活性碳纖維碳熱還原法（CR，又稱化學氣相反應法）等。其中 CVD 法製備的 SiC 纖維純度高、強度高、模量高，但製備成本高、生產效率低，難以實現大規模生產，且直徑偏粗編織困難，不利於複雜復材構件的製備；PS 法製備的 SiC 纖維高溫抗蠕變性能好，但纖維強度較低且直徑偏粗，美國 Carborundum 公司曾嘗試用此法生產，但目前已停產；CR 法工藝簡單、成本較低，但纖維的強度和模量均不高，可編織性差，不利於工業化應用；先驅體轉化法製得的陶瓷纖維具有良好的力學性能與細直徑，適於工業化批量生產，相應降低了製造成本（成本約為 CVD 法的 1/10），且性能的改進與提高潛力大，成為製備高性能纖維較為理想的方法，因此目前日本碳公司（NipponCarbon）、宇部興產公司（UbeIndustries）、美國 DowCorning 公司、德國 Bayer 公司等均採用先驅體轉化法作為製造工藝路線，但不同公司採用的技術細節仍有差異。

原絲不熔化處理及高溫燒成是較為重要的工藝環節，對纖維性能影響較大。先驅體轉化法通常包括先驅體的合成、先驅體的熔融紡絲、將原絲進行不熔化處理（是為了防止纖維在熱解過程中發生熔融），以及不熔化纖維的高溫燒成（不熔化纖維在真空或惰性氣體中加熱至 1200～1500℃，側鏈的甲基與氫同時脫出後只留下硅-碳的骨架，形成β-碳化硅結構的纖維）等四大工序，其中聚碳硅烷（PCS）原絲的不熔化處理及高溫燒成是較為重要的兩個工藝環節。早期的工藝採用氧化法對 PCS 原絲進行不熔化處理，但得到是含氧量較高的一代 SiC 纖維，高溫下拉伸強度下降明顯。此後採用電子束輻射交聯技術進行不熔化處理後，得到了低氧的二代 SiC 纖維，高溫性能較好。

隨着技術進步，SiC 纖維的性能和製備成本都在不斷提升。第一代 SiC 纖維的典型代表為通用級的 NicalonNL202，在 1000℃時仍然有良好的熱穩定性；第二代典型代表為 Hi-Nicalon，在 1300℃以下時具有較好的熱穩定性；第三代典型代表為 Hi-NicalonS 和 Tyranno 系列，在 1300℃以上也具有較好得熱穩定性。總體來看，SiC 纖維從第一代發展到第三代，其製備溫度和熱穩定性最高溫度都在向著更高方向發展，纖維氧含量降低，密度升高，直徑降低，纖維生產成本大大增加。先驅體轉化法製備工藝中有不同的技術方向，不同技術路線的成本差異較大，但總體來看三代 SiC 纖維成本明顯高於一代和二代。

日本率先開展研究，我國與美德同期起步，但進展同比落後

日本最先開展 SiC 纖維的科研及生產。1975 年和 1976 年，日本東北大學矢島教授先後發表文章提出了聚碳硅烷（PCS）的合成方法，以及由 PCS 經熱分解轉化製備 SiC 纖維的結果，隨後日本碳公司與宇部興產公司先後購買了矢島教授關於 SiC 纖維和含鈦 SiC 纖維製造的專利。1982 年日本碳公司生產了第一批工業化的碳化硅纖維 Nicalon100 系列，隨後又推出了 Nicalon200 系列纖維，成為了一代 SiC 纖維的典型代表；1987 年宇部興產公司以聚鈦碳硅烷（PTCS）為先驅體，採用空氣交聯技術製備出了含鈦 SiC 纖維並實現了產業化，命名為“TyrannoLox-M”。此後，兩家公司不斷改進原材料、工藝流程及參數，相繼實現了一代、二代及三代 SiC 纖維的產業化。

美德等國在日本的工藝基礎上進行了改進和創新，也實現了產業化。面對日本企業在 SiC 纖維開發上獲得的成功，美國和德國也不甘落後，除了應用日本的 SiC 纖維開展了大量 SiC 纖維復材製備技術研發之外，也開始研發 SiC 纖維的製備技術，並進行了工藝創新。例如，美國DowCorning公司以PCS為先驅體，在SiC纖維製備過程中引入硼，再在1800℃ 高溫下燒結製得含硼的多晶 SiC 纖維，纖維的強度和模量高，耐熱性能好，並已製得連續纖維，工業化產品命名為“Sylramic”；德國 BayerAG 公司則另闢蹊徑，基於無定型纖維的思路，在 1990 年代和成了新型的聚硼氮烷（PBSN）先驅體，並經熱分解轉化製得了在 2000℃仍能維持無定型態的 SIBN3C 纖維，其力學性能及耐熱性俱佳，並已製得連續纖維，工業化產品命名為“Siboramic”。

國防科大是國內最早開展先驅體轉化法製備 SiC 纖維、含鈦 SiC 纖維的單位，技術實力較強。早在 1980 年國防科大就開展了 SiC 纖維製備技術研究，近 40 年來，對 SiC 纖維的製備路線、關鍵原料的合成、製備工藝技術以及生產線建設等開展了一系列研究並取得了重大進展，目前主要開發了 KD-I 型第一代 SiC 纖維（綜合性能接近日本 Nicalon 纖維水平）、KD-II 型第二代 SiC 纖維、KD-S 型與 KD-SA 型第三代 SiC 纖維，同時針對不同功能需求成功研製了吸波 SiC 纖維和透波纖維。KD-SA 是含鋁 SiC 纖維，KD-SA 纖維在空氣中具有更加優良的高溫抗氧化性能，1300℃熱處理 100 小時後強度保留率為 55%，遠超過 Hi-Nicalon（23%)。

廈門大學特種先進材料實驗室在西工大張立同院士的指導下，於 2002 年開始低氧高碳型連續 SiC 纖維的製備研發，2004 年該實驗室突破纖維製備關鍵技術，定長纖維的性能接近日本同類產品水平，此後開始連續 SiC 纖維的產業化研究。

中科院寧波材料所及中南大學目前也突破了第三代 SiC 纖維製備技術。據中科院官網介紹，中科院寧波材料技術與工程研究所特種纖維事業部 SiC 纖維研究團隊從 2015 年初開始承擔研製第三代碳化硅纖維的任務，目前已自主研發了紡絲設備，在連續碳化硅纖維研製方面取得重要進展，打通了從先驅體製備、熔融紡絲、不熔化到燒成整條技術路線，下一步將進一步改進工藝，實現高性能連續碳化硅纖維的製備。據中南大學官網介紹，中南大學航空航天學院於 2016 年與湖南博翔新材料有限公司合作建設高性能碳化硅纖維及其複合材料湖南省工程實驗室，目前實驗室已成功製備出第三代摻雜碳化硅纖維，製備出的連續碳化硅纖維使用溫度達 1250℃（空氣氣氛下）。

日本企業是全球 SiC 纖維主要生產廠家，國內工業化生產處於起步階段

國外三代 SiC 纖維均已實現產業化，日本 NipponCarbon 公司和 UbeIndustries 公司是國際市場最主要的 SiC 纖維生產廠家，總產量佔到全球的 80%左右。國外第一代、第二代和第三代 SiC 纖維均實現了工業化生產，其中 NipponCarbon 公司的純 SiC 纖維（牌號 Nicalon）和 UbeIndustries 公司的含鈦、含鋯、含鋁等類型的 SiC 纖維（牌號 Tyranno）產量均達到100噸級，且基本保持穩定。美國DowCorning公司研製成功含硼的SiC纖維，牌號為 Sylramic，目前該技術已轉給美國 COI 陶瓷公司，產量不詳。德國 BayerAG 公司的 SiBN3C 纖維，尚未有工業化生產的報道。

2013 年 GE 公司預測，未來 10 年對陶瓷基復材的需求將遞增 10 倍，並於 2016 年投資建廠生產 SiC 纖維及復材。2016 年 6 月，GE 航空集團從日本 NGS 先進纖維公司獲得纖維生產技術許可，投資 2 億美元在亨茨維爾新建了兩個 SiC 材料工廠，其中一個生產 SiC 纖維，另一個利用 SiC 纖維製備陶瓷基複合材料，工廠計劃於 2020 年投產。一旦完全投產，兩個工廠每年分別能夠生產 10 噸 SiC 纖維和 20 噸 SiC 纖維增強複合材料。GE 正在努力將 SiC 基複合材料渦輪葉片應用在 GE9X、LEAP-X1C、F414 改型等新一代航空發動機上。

國內 SiC 纖維產業化已取得顯著進步，但仍處於起步階段，與日本等發達國家差距較大。 據中航復材專家於 2016 年 12 月發表的《連續碳化硅纖維增強碳化硅陶瓷基複合材料研究進展》文獻介紹：“國內 SiC 纖維產業化發展主要包括“十一五”和“十二五”兩個五年計劃，研製單位主要包括國防科技大學、廈門大學（含火炬電子科技股份有限公司）和蘇州賽力菲陶纖有限公司。在國家大力支持和相關科研單位的努力下，已經實現了第一代 SiC 纖維工程化生產，突破了第二代 SiC 纖維研製關鍵技術。目前國內第二代 SiC 纖維處於中試階段，生產能力達到 1 噸/年。總體而言，國內 SiC 纖維研究基礎較弱，雖然取得了顯著進步，但在質量穩定性和工業化能力方面與日本等發達國家的先進水平差距巨大。”

國防科大是國內最早建立 SiC 纖維中試生產線的單位，解決了有無問題，但產能有限。 20 世紀 90 年代，國防科大完全自主建立了年產 100kg 級的 KD-I 型連續 SiC 纖維中試生產線，後又擴展到年產 500kg，並已供應給航空、航天、兵器等部門，在航空發動機、空間碎片防護等領域得到了應用。此後，國防科大又建立了年產 1 噸級的 KD-II 型纖維中試生產線，KD-II 纖維具備良好的編織性能，可以用於編織內錐體、迴轉體與銷釘等構件，也已批量供應航空、航天、兵器等部門應用。

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SiC 纖維增強複合材料製備技術逐漸成熟，促進產品應用

SiC 纖維能夠編織成織物，也可以與金屬、樹脂、陶瓷等進行複合製備成復材，在航空航天等多個領域應用潛力大。SiC 纖維直徑細，韌性好，易於編織成平紋、斜紋、菱形、透孔等平面織物，也可以通過 2.5D、三維編織成各種規格平板、工字梁、T 型梁、管材、棒材、纖維繩以及其他變截面立體織物等，還可以製成各種規格的 SiC 纖維氈。另外，還可以通過與樹脂、金屬、陶瓷進行複合製成復材。具體來看，SiC 纖維增強金屬基複合材料可以代替金屬材料達到輕質高強的效果，例如，纖維體積含量為 30％的 SiC 纖維增強 Al 基複合材料，彎曲強度和拉伸強度較高，同時減重 40％，可用於製造導彈的尾翼炮管等； SiC 纖維與環氧樹脂組成的複合材料與碳纖維相比具有較高的壓縮強度和衝擊強度，以及優異的耐磨損性，還具有優異的電性能，可使其廣泛應用於雷達天線罩和飛行器的結構材料以及各種結構吸波材料。SiC 纖維增強陶瓷基複合材料主要應用於火箭和飛機噴氣發動機的耐熱部件、航天飛機的隔熱瓦等。

連續 SiC 纖維增強碳化硅陶瓷基複合材料（SiCf/SiC）製備技術已經趨於成熟，部分技術成果已經成功應用到航空發動機熱端部件上。SiCf/SiC 常用的製備技術主要包括化學氣相滲透法（CVI）、聚合物浸漬裂解工藝（PIP）、熔體浸滲工藝（MI）等，其中 MI 工藝優勢明顯，是 SiCf/SiC 複合材料低成本、工程化技術較為理想的選擇。

國外 SiCf/SiC 複合材料製備技術較為成熟，國內也已突破相關工藝。日本是開展 PCS 和連續 SiC 纖維研究最早的國家，其 PIP 製備工藝優勢顯著；德國和美國利用 MI 技術實現了 SiCf/SiC 複合材料構件的批量化生產；法國以 CVI 技術為主，技術水平國際領先。中航工業復材中心和西北工業大學分別採用 PIP 工藝和 CVI 工藝進行 SiCf/SiC 複合材料的研製，上海硅酸鹽所和中南大學在 MI 工藝方面取得了顯著的技術突破，總體來看，目前我國已經具備構件研製和小批量生產能力，但在產業化方面與西方發達國家尚存在明顯差距。

目前主要用於製備高溫結構復材、高溫隱身材料和先進核能材料

美日等國已在高端裝備中開始使用 SiC 纖維及 SiC 纖維增強複合材料，主要應用於製備高溫結構復材、高溫隱身材料和先進核能材料。日本與美國已經實現高性能連續 SiC 纖維的工業化生產，並應用於航空/航天發動機燃燒室、噴口導流葉片、渦輪葉片、渦輪殼環、尾噴管，空天飛行器機翼前緣、舵面，高超音速武器推進系統以及核燃料包殼管等部位。

SiC 纖維製備的高溫結構材料主要用於航空航天領域，包括發動機的熱端部件（主要用於燃燒室和渦輪）及飛行器的熱防護系統等。航空發動機要求提高推重比和降低燃料消耗，根本措施是提高渦輪進口溫度和降低結構重量，這就要求將航空發動機高溫結構材料從高溫合金、單晶向陶瓷基複合材料轉變。在高溫環境下，SiCf/SiC 複合材料不僅能保持優異的比強度，還可以減輕渦輪葉片重量，減少冷卻裝置，且與高溫合金葉片相比，具有更強的耐熱腐蝕能力，對提升航空發動機推重比具有重要意義，GE 公司和 P&W 公司使用 SiCf/SiC 復材製備燃燒室襯套，在 1200℃環境下工作時間可以超過 10000 小時；GE 航空開發出 SiCf/SiC 復材燃燒室火焰筒，能在 1200℃環境下工作 9000 小時以上；GE 和 R-R 公司聯合為 F-35 戰鬥機研製的 F-136 發動機採用了 SiCf/SiC 複合材料第三極低壓渦輪導向葉片，目前已有 10 萬小時以上的測試記錄。

2015 年 2 月 10 日，美國 GE 公司在 F414 渦扇發動機驗證機上成功驗證了世界首個旋轉低壓渦輪構件，為 SiCf/SiC 復材在航空發動機和燃氣輪機上的應用指明了方向。2015 年 6 月 16 日，法國賽峰集團設計的陶瓷基複合材料尾噴管搭載 CFM56-5B 發動機完成了首次商業飛行，通過適航認證，標誌着航空發動機高溫部件採用 SiCf/SiC 合材料的時代來臨。

熱防護方面，日本以 SiCf/SiC 復材作為空天飛機 HOPE-X 的平面翼板及前沿曲面翼板等熱保護系統；法國以 SiCf/SiC 復材作為空天飛機 HERMES 的蓋板隔熱層；洛馬公司採用 SiCf/SiC 復材開發出來的耐熱瓦已有 3 萬餘塊用於美國哥倫比亞號航天飛機上，應用效果良好，自 1981 年以來哥倫比亞號共成功執行任務近 30 次。

SiC 纖維具有半導體特性，是雷達波吸收的重要材料，同時具有高溫抗氧化性，適合用作高溫隱身材料，可用於製造隱身飛機和巡航導彈的頭錐、尾翼、魚鱗板及尾噴管等。如法國“幻影 2000”戰鬥機的 M53 發動機魚鱗板內側及尾噴管，美國洛馬公司生產的 F-22 隱身戰機的四個直角尾翼。

連續 SiC 纖維因其良好的輻照穩定性，被認為在先進核能領域也具有廣闊的應用前景，目前 SiC 基 SiC 纖維複合材料（SiCf/SiC）在核聚變反應堆的設計中己被採用，主要是用在包層的第一壁、流道插件、控制棒以及偏濾器等部件上。如日本的 DRREAM 和 A-SSTR2 包層概念設計選用 SiCf/SiC 複合材料作為第一壁/包層結構材料；歐盟的 PPCS-C 的包層概念設計採用 SiCf/SiC 複合材料製造流道插件；美國的 ARIES-AT 的偏濾器設計中採取 SiCf/SiC 複合材料作為結構材料。

國產纖維量產及復材製備技術逐漸成熟，有望開啟下游廣闊市場空間

國產纖維的量產及復材製備技術的逐步成熟，有望帶動下游應用的快速增長。目前第三代 SiC 纖維的性能已基本滿足實際應用的需要，以第三代 SiC 纖維作為增強體的陶瓷基複合材料（CMC）研究已經廣泛展開，不僅可應用於航空航天發動機的耐熱部件、可重複使用運載器的熱防護材料系統和高超音速武器推進系統等，在核能、高速剎車片、燃氣輪機熱端部件、高溫氣體過濾和熱交換器等領域也有廣泛的應用潛力。隨着第一代、第二代、第三代 SiC 纖維的量產，以及復材製備技術的逐步成熟，未來有望帶動航空、航天、核電等下游應用的快速增長。

我國已開展發動機用 SiC 纖維復材研究，實現了發動機的減重。據 2017 年 7 月 1 號《解放軍報》報道，某民企採用連續碳化硅纖維材料製作某型號發動機噴口調節片，將耐高溫性能提高了 150 度，重量減輕了 8 公斤。我們認為，未來伴隨着國產發動機的批產上量，以及新一代戰鬥機的研製推進，對 SiC 纖維及其復材的需求將會逐步提升。

五、石英纖維：航空航天產業發展，帶動需求快速上升

石英纖維是指二氧化硅含量達 99.95%以上，絲徑在 1~15 微米的特種玻璃纖維，具有較高的耐熱性，能長期在 1050℃以下使用，短期最高使用溫度達 1200℃，軟化溫度為 1700℃，耐溫性僅次於碳纖維。石英纖維有着卓越的電絕緣性，並且介電性能隨着溫度變化較小。石英纖維在高頻和 700℃以下工作區域內，能保持最低而穩定的介電常數和介電損耗。這些優異的性能使之成為多種航空、航天飛行器關鍵部位的結構增強、透波、隔熱材料。

生產連續石英纖維的方法主要有三種：棒拉絲法、熔融拉絲法和溶膠凝膠法，其中工業生產主要以棒拉絲法為主。棒拉絲法一般是由純的天然水晶提煉加工成熔融石英玻璃棒拉制而成。拉制完成後製備成不同的石英產品，如無捻粗紗、有捻紗（包括單股和合股紗）、纖維布、纖維套管、短切纖維、纖維棉、纖維氈和纖維磚等。

石英纖維主要用作雷達罩透波及航天器隔熱材料

機載雷達的發展使其天線罩對力學性能和透波性能要求越來越高，而決定此兩種性能的主要因素是製備天線罩用的複合材料。機載雷達天線罩的主要功能有：保證雷達天線系統工作不受環境干擾，避免雷達天線在惡劣飛行環境中受到損壞；透過電磁波；改善飛機氣動外形。天線罩用的複合材料對天線罩的力學性能和透波性能影響較大，復材的彎曲性能和抗衝擊性能越好，機載雷達天線罩承載空氣載荷的能力越強，抵抗飛行過程中異物衝擊的能力越好；復材的介電常數（ε）和介電損耗角正切值（tanδ）越低，其介電性能越好，雷達罩的透波性能越好。

石英纖維透波性能較好，適用於高性能機載雷達罩，在美國 F-15、F-22 等戰鬥機中獲得了應用。機載雷達天線罩常用的增強纖維包括普通玻璃纖維、石英纖維、高硅氧玻璃纖維等。其中玻璃纖維增強樹脂基複合材料是實際生產中最廣泛應用的雷達罩材料，其應用頻段主要 10GHz 範圍內，對於高頻天線罩（10-20GHz），因其發射頻率高，波長短，造成天線罩透波損耗大。石英纖維的介電性能比普通玻璃纖維更加優越，ε值和 tanδ值在玻璃纖維體系中最低，且在較寬頻帶範圍內基本不變化，因此可實現天線罩的寬頻透波性，雖然價格較高，目前國外先進雷達罩大多已採用石英纖維作為增強材料。

1. 普通玻纖：E 玻纖是最早應用於機載雷達天線罩的透波增強材料，具有較高的拉伸強度、較好的耐老化性能、良好的介電性能，而且價格最低。但隨着機載雷達天線技術的發展，它的某些性能已經不能滿足特定使用要求，於是產生了改進型，得到了高強度玻纖（S 玻纖）、高模量玻纖（M 玻纖）和低介電玻纖（D 玻纖）。其中，S 玻纖力學性能是玻纖中最好的，介電損耗角正切值較大，可用於製備對結構性能要求較高、介電性能要求一般的機載雷達天線罩；M 玻纖是玻纖中模量最高的，但介電常數較大，較少用於製備機載雷達天線罩；D 玻纖是國外專門為製造天線罩而最早開發利用的一種玻纖，目前國內也已經大量生產，其ε值和 tanδ值僅次於石英玻纖，但拉伸強度和模量稍低，可用於製造對電性能要求較高、而對力學性能要求一般的機載雷達罩。

2. 高硅氧玻璃纖維：高硅氧纖維是俄羅斯特有的透波複合材料用增強材料，具有較好的耐熱性能和優異的介電性能，非常適合作為戰術導彈雷達罩的增強材料，也常用於制備機載雷達天線罩。高硅氧纖維強度與一般纖維接近，性價比在石英纖維與 E 玻璃纖維之間。

3. 石英纖維：石英纖維是高性能機載天線罩最常用的增強纖維，它隔熱性能優良，與酚醛樹脂、環氧樹脂都有很好的兼容性，並且具有彈性模量隨溫度升高而增加的罕見特性；介電性能十分優異，ε值和 tanδ值在玻璃纖維中最低，並且在較寬的頻帶範圍內基本不變化。石英纖維在實際中得到大量應用，如美國 F-15 戰鬥機第一代、第二代鼻椎天線罩都採用了石英纖維增強氰酸酯樹脂複合材料作為夾層結構的蒙皮，國外第四代戰鬥機（如美國 F-22 戰鬥機）雷達罩也都選用了寬頻性能極佳的石英纖維。

石英纖維在導彈天線罩中應用廣泛，國內外仍在不斷改進提升

與飛機天線罩類似，導彈天線罩的功能是確保彈載雷達導引頭在飛行過程中的正常工作，天線罩材料需要滿足導彈力學性能、介電性能、抗熱震、抗雨蝕、壽命、工藝等要求。連續纖維增強陶瓷基複合材料由於既能從本質上克服陶瓷材料的脆性，又能保留陶瓷基體材料強度高、熱膨脹係數小和熱穩定性好等優點，成為近年來製備高馬赫數導彈天線罩的主要材料體系之一，使用的陶瓷纖維主要包括玻璃纖維、石英纖維、氮化硼（BN）纖維、氮化硅（Si3N4）纖維等。

石英纖維是國外高馬赫數導彈天線罩最常用的耐高溫透波陶瓷纖維，但仍有性能限制，國內外均在不斷改進。S 玻纖、D 玻纖及高硅氧玻纖等玻璃纖維是使用最早的導彈天線罩增強材料，但這些普通玻纖受密度與耐溫性的限制，難以滿足製備高馬赫數導彈天線罩的需求。石英纖維綜合性能優良，是高馬赫數導彈天線罩透波材料的理想增強體，應用較為廣泛，但當溫度達到 900℃時，石英纖維會發生析晶現象，強度迅速下降，大大影響複合材料的力學性能，當溫度達到 1200℃時，其增強作用基本消失殆盡，這嚴重限制了石英纖維的應用範圍。國內外均在不斷進行材料的改進，例如美國 Philco-Ford 公司和 GE 公司製備出三維多向石英纖維織物增強的石英基複合材料，表面熔融溫度可達 1735℃，應用於美國“三叉戟”導彈；俄羅斯研發了石英纖維增強磷酸鹽基的複合材料，在溫度高達 1800℃ 的條件下也能維持較為優良的性能，已運用在各類巡航導彈、戰術型、反導型導彈及航天飛機上。

石英纖維是目前國內最主要的用於中高馬赫導彈天線罩的透波增強纖維。針對中、遠程地地戰術和戰略導彈天線罩需求，國內多家單位也成功研製了石英纖維織物及復材，如北京玻璃鋼研究設計院研究了石英玻璃布增強磷酸鹽複合材料，可用於使用溫度在 1200℃以下的天線罩；國內研發的三維石英纖維增強石英基復材已經在航空航天領域的某些型號上得到實踐應用。石英纖維是目前國內最主要的用於中高馬赫導彈天線罩的透波增強纖維，但隨着中遠程精確制導導彈的發展，導彈的飛行時間進一步增加，再入速度可高達 20 馬赫以上，這使得導彈天線罩的工作溫度急劇上升，石英纖維難以滿足這種工況，因此，國內也在研發 Si3N4纖維、BN 纖維、SiNO 纖維和 SiBN 纖維等其他類型耐高溫透波陶瓷纖維。

石英纖維可應用於航天器作為熱防護材料

陶瓷纖維剛性隔熱瓦是美國航天飛機最主要的熱防護材料，在 X-37、X-51 等新型高超聲速飛行器中也有應用。陶瓷纖維剛性隔熱瓦孔隙率高，容重低，在高溫下具有穩定的形狀和一定的強度，同時具有優良的輻射散熱、隔熱、抗沖刷和保持氣動外形的作用，是目前美國航天飛機最主要的熱防護材料之一，應用面積占航天飛機總熱防護表面的 68％，世界上第一架航天飛機“哥倫比亞”號表面貼了 24300 塊陶瓷纖維隔熱瓦。近年，X-37、 X-51 等高超音速飛行器的熱防護系統也應用了陶瓷纖維剛性隔熱瓦。

剛性隔熱瓦發展至今已有 4 代，石英纖維均是重要的增強纖維。美國陶瓷纖維剛性隔熱瓦的研製工作始於 20 世紀 60 年代，Lockheed 公司於 1972 年研製出了採用石英纖維作為增強纖維的第一代陶瓷纖維隔熱瓦，並於 1975 年擴大生產。美國陶瓷纖維剛性隔熱瓦發展至今大致經歷了四代，耐熱能力不斷提升，其中均用到了大量的石英纖維作為增強材料，主要是由於石英纖維能在高溫下熔化吸收熱量，並進一步利用熔融的液態層來阻擋熱流，是熔化型燒蝕防熱材料的典型代表。

航空航天產業發展，有望帶動石英纖維需求提升

中遠程戰略戰術彈道導彈是火箭軍的主要作戰裝備，防空反導系統是空軍防空兵以及海軍防空型艦艇的主要武器；巡航導彈則橫跨火箭軍、空軍和海軍三個軍種。我們認為，在陸、海、空、火箭軍等下游軍種需求刺激下，未來導彈需求量大。未來火箭軍將圍繞“核常兼備、全域懾戰”的戰略要求，積極加強中遠程精確打擊力量建設，增強戰略制衡能力，導彈防務裝備有望保持穩健快速的增長態勢。石英纖維在導彈天線罩和殼體中都能取得應用，未來需求增長潛力大。

如前文所述，目前我國軍機技術成熟，需求旺盛，已經進入批產拐點，石英纖維是軍機雷達罩常用的纖維材料，伴隨着軍機的批產上量，對石英纖維的需求也將快速增長。