华西证券-国防军工行业军工新材料之碳化硅纤维:航空发动机热端结构理想材料-220712

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日期:2022-07-13 08:30:27 研报出处:华西证券
行业名称:国防军工行业
研报栏目:行业分析 陆洲  (PDF) 35 页 2,325 KB 分享者:wxl****03 推荐评级:推荐
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研究报告内容
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  碳化硅产业蓬勃发展,国内具备较大工业化空间

  碳化硅纤维具有高温耐氧化性、高硬度、高强度、高热稳定性、耐腐蚀性和密度小等优点,是最为理想的航空航天耐高温、增强和隐身材料之一。http://www.hibor.com.cn【慧博投研资讯】SiC纤维研制历经三代,国内SiC纤维技术达到国际水平,已经突破第二代、第三代SiC关键技术,但在工业化能力方面仍存在巨大的发展潜力。http://www.hibor.com.cn(慧博投研资讯)由碳化硅纤维制备的SiC/SiC复合材料在航空、航天、核能等领域具有广泛的应用前景。据Stratistics MRC预测,碳化硅纤维市场到2026年将增长至35.87亿美元,10年复合年增长率高达34.4%。而在发展中国家对新型装备、发动机研究推进等因素的拉动下,全球陶瓷基质复合材料市场规模预计将从2021年的88亿美元增长到2031年的250亿美元,年复合增长率为11.0%(据Markets and Markets预计)。

  SiC/SiC耐热性能优异,将替代高温合金在航空发动机上的应用

  高推重比是先进航空发动机不断追求的目标,而随着发动机推重比的提升,涡轮进口温度不断提高,现有高温合金材料体系难以满足先进航发。比如,现有推重比10一级的发动机涡轮进口温度均达到了1500℃,推重比12~15的发动机涡轮进口平均温度将超过1800℃以上,这远超高温合金及金属间化合物的使用温度。目前,耐热性能最好的镍基高温合金材料工作温度只能达到1100℃左右。而SiC/SiC使用温度能提高到1650℃,被认为是最理想的航空发动机热端结构件材料。

  在欧美等航空发达国家,SiC/SiC已在航空发动机静止件上得到实际应用和批量生产,包括M53-2,M88,M88-2,F100,F119,EJ200,F414,F110,F136等多种型号军/民用航空发动机;在转动件的应用上仍处于研制试验阶段。国内基础研究起步较慢,与国外工程化应用研究存在巨大差距,但也已取得成果。2022年1月,由西北工业大学使用国产新型陶瓷基复合材料打造的航空发动机整体涡轮盘成功完成首次飞行试验验证,这也是国内陶瓷基复合材料转子件首次配装平台的空中飞行试验,也有利于推动陶瓷基复合材料部件在无人机/靶机上大规模应用。

  SiC纤维通过电磁改性手段,发展成为最重要的高温吸波材料之一

  随现代无线电技术和雷达探测系统的迅猛发展,隐身技术作为提高武器系统生存、突防,尤其是纵深打击能力的有效手段,已成为军事强国角逐军备高新技术的热点。采用隐身材料技术是当前最有效可行的雷达隐身手段。而对于应用在特殊环境中的隐身材料,除了降低可探测性等基础条件外,还要求材料具有良好的热稳定性和耐腐蚀性。例如,高速飞行隐身战机的发动机屋喷管、机翼边缘和最锥帽等部位会面临高温氧化、高低温反复冲击的考验。SiC/SiC不但具有优异的力学性能、抗氧化性能和更长的高温使用寿命,还具有良好的吸波性能,满足超高音速飞行器表面、发动机尾喷口、巡航导弹冒头端等武器装备高温部位的隐身需求,应用前景广阔。

  SiC材料具备小的中子吸收截面,适用于核反应堆领域

  随着对反应堆安全问题的日益重视,目前的商业水堆核电站几乎全部使用的锆合金燃烧元件被重新考虑,碳化硅SiC为包壳或基体材料的新型燃料元件成为新的研究热点。燃料元件是核反应堆的核心部件,其性能指标直接影响反应堆的安全性和经济性。SiC具有高温强度大、硬度高、耐磨损性好、抗热冲击性好、热导率大以及抗氧化性强和耐化学腐蚀等优良特性,并且其小的中子吸收截面,低的固有活性和衰变热,使其适用于核反应堆领域,在轻水反应堆、熔盐反应堆和气冷快堆均有良好的应用前景。

  目前,我国已形成以国防科大、西北工业大学、厦门大学为研发中心的若干碳化硅纤维产业集群。国防科大的碳化硅纤维技术产业化在苏州、宁波等地开展,厦门大学在福建与当地企业合作,竞争优势明显。

  风险提示

  新型装备研制进度、放量进度不及预期等。

  

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