陶瓷基復(fù)合材料（Ceramic Matrix Composites, CMC）作為先進(jìn)材料領(lǐng)域的戰(zhàn)略方向，通過將高強(qiáng)度纖維、晶須或顆粒與陶瓷基體復(fù)合，突破了傳統(tǒng)陶瓷的脆性瓶頸，實(shí)現(xiàn)了耐高溫、輕量化與高韌性的協(xié)同優(yōu)化。隨著航空航天、能源動力等領(lǐng)域?qū)Σ牧闲阅芤蟮某掷m(xù)提升，CMC正從實(shí)驗(yàn)室走向規(guī)模化應(yīng)用，其技術(shù)迭代與成本控制成為推動產(chǎn)業(yè)升級的關(guān)鍵。

據(jù)易高資本數(shù)據(jù)，2024年全球陶瓷基復(fù)合材料市場規(guī)模約為144 億美元。從應(yīng)用場景來看，航空及國防產(chǎn)品占比高達(dá)約39.6%，顯然是接下來的重點(diǎn)應(yīng)用方向之一。從材料種類來看，非氧化物陶瓷基復(fù)合材料（如SiC等）占比約68.8%。根據(jù)Global Market Insights預(yù)測，未來10年陶瓷基復(fù)合材料全球市場有望維持10%的復(fù)合增長。

對CMC的需求持續(xù)增長，這得益于其相比于金屬，能夠顯著減輕重量并在更高溫度下保持性能。這直接提升了發(fā)動機(jī)、工業(yè)流程以及清潔能源技術(shù)的效率，同時降低了燃料/電力消耗和排放。強(qiáng)大的CMC熱保護(hù)系統(tǒng)使可重復(fù)使用運(yùn)載火箭成為可能，而CMC火箭噴嘴（如Firefly Aerospace正在開發(fā)的型號）可減重50%，從而增加有效載荷。電動汽車的電池外殼需要輕質(zhì)熱防護(hù)，而高超聲速飛行器則需要能承受數(shù)千攝氏度氣動加熱的前緣材料、雷達(dá)透明天線罩等結(jié)構(gòu)。

為應(yīng)對此需求，過去幾年見證了新材料、新工藝、新供應(yīng)商和新產(chǎn)能的激增。

歐洲：全產(chǎn)業(yè)鏈領(lǐng)先

歐洲在CMC領(lǐng)域，特別是在材料體系、自動化制造和航天應(yīng)用方面，展現(xiàn)出強(qiáng)大的全產(chǎn)業(yè)鏈能力和技術(shù)領(lǐng)先性。

奧地利Isovolta：憑借其作為飛機(jī)內(nèi)飾層壓板和預(yù)浸料生產(chǎn)商的數(shù)十年經(jīng)驗(yàn)，開發(fā)了CERAPREG，將二氧化硅纖維與硅鋁酸鹽基體結(jié)合，可承受高達(dá)900°C的溫度，且成本遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)CMC。其二氧化硅纖維純度＞95%，賦予了材料類似石英的介電性能，對雷達(dá)透明蓋板和天線罩極具吸引力。

Rath AG（奧地利公司，纖維產(chǎn)自德國）：在德國門興格拉德巴赫工廠生產(chǎn)Altra Flex連續(xù)氧化鋁陶瓷纖維，初始產(chǎn)能為10噸/年，分為M75莫來石、MK85莫來石剛玉和K99剛玉三個等級。

意大利CIRA與Petroceramics：獲得ISiComp C/C-SiC材料的專利，并采用新型液態(tài)硅滲透（LSI）工藝，縮短了制造時間和成本。該工藝在LSI期間實(shí)現(xiàn)原位連接，還在組件頂部生長了一層SiC層，增強(qiáng)了連接性和抗氧化性，并可在任務(wù)之間重新施加。

意大利K3RX：該公司基于CNR的專利技術(shù)，專注于能在>2000°C下使用的UHTCMC。材料已在2200°C下測試30分鐘，2500°C下測試5分鐘，消融接近于零。已生產(chǎn)用于飛行任務(wù)的前緣、襟翼和噴嘴，以及TPS瓷磚和UHTCMC緊固件。

德國FOX Composites：該公司是DLR的衍生公司，致力于發(fā)展氧化物 CMC (OCMC)的大規(guī)模生產(chǎn)。其開發(fā)出兩種核心工藝：真空輔助漿料灌注（VASI） 和灌注制造氧化物CMC（IFOX） 工藝。IFOX類似RTM，使用正負(fù)模半定義形狀，可實(shí)現(xiàn)高自動化、短處理時間和并行化生產(chǎn)。公司正在建立試點(diǎn)生產(chǎn)線，目標(biāo)產(chǎn)能為每天10-20個零件，最終目標(biāo)是每年生產(chǎn)數(shù)千至一萬個零件。

英國HTMS：該公司旨在解決英國本土CMC供應(yīng)鏈能力不足的問題。其核心技術(shù)是一種新型基質(zhì)化學(xué)，可在500-600°C以下固化（傳統(tǒng)Ox-Ox需1000°C以上），目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)室溫至200°C固化，從而允許現(xiàn)有復(fù)合材料供應(yīng)鏈?zhǔn)褂闷漕A(yù)浸料。公司產(chǎn)品使用玄武巖、氧化鋁等商品纖維，并避免了燒結(jié)步驟。

英國羅羅公司：該公司采用CVI+MI 連用工藝制備 SiC/SiC 陶瓷基復(fù)合材料密封片，并計劃在2025年前后將噴管、渦輪外環(huán)整環(huán)部件等應(yīng)用于發(fā)動機(jī)。此外，羅羅公司的“超扇”（UltraFan）發(fā)動機(jī)將采用耐高溫的陶瓷基復(fù)合材料部件以提高燃燒效率。

荷蘭Arceon：該公司生產(chǎn)名為Carbeon的C/C-SiC CMC。其采用熔體滲透工藝，僅需一個致密化循環(huán)（1周），孔隙率可達(dá)1-3%，而無需纖維涂層。目前已成功測試高超音速飛行器前緣，并瞄準(zhǔn)火箭發(fā)動機(jī)噴嘴、電池外殼和工業(yè)部件。

法國賽峰集團(tuán)：經(jīng)歷了長期的投資和研發(fā)，賽峰公司最終于2015年獲得了世界首個陶瓷基復(fù)合材料部件的適航認(rèn)證。2015年至今，陶瓷基復(fù)合材料部件已在軍用以及民用航空航天領(lǐng)域有了初具規(guī)模的應(yīng)用，在核能領(lǐng)域也處在向終端應(yīng)用靠攏的發(fā)展階段。

美國：技術(shù)創(chuàng)新，軍用驅(qū)動

美國的CMC發(fā)展由初創(chuàng)公司、研究機(jī)構(gòu)和軍方需求共同驅(qū)動，側(cè)重于顛覆性工藝和降低成本。

GE：GE全球研發(fā)中心和工業(yè)部門已致力于研究陶瓷基復(fù)合材料的商業(yè)化應(yīng)用20余年，建立了美國第一個完全集成的CMC供應(yīng)鏈。其通過收購德國CVC公司，掌握了CVI與PIP復(fù)合工藝，其CMC渦輪葉片已應(yīng)用于LEAP-1B發(fā)動機(jī)，累計飛行超1000萬小時。

GE航空的CMC零件應(yīng)用

SRI International：開發(fā)無滲透C/C-SiC，大幅縮短制造周期。SRI的Junhua Austin Wei團(tuán)隊(duì)致力于通過消除硅滲透來降低CMC成本。

NASA：研制直徑1.6m的Ox/Ox（氧化物/氧化物）復(fù)合材料噴管，通過AE3007發(fā)動機(jī)1200℃熱試車考核，成本較鈮合金降低50%。

Advanced Ceramic Fibers (ACF)：該公司擁有直接轉(zhuǎn)換工藝（DCP）專利，該工藝能在數(shù)秒內(nèi)將碳纖維絲束中的每根纖維轉(zhuǎn)化為表面覆蓋30-500納米厚SiC（或其他金屬碳化物）的FiBar產(chǎn)品。這使得碳纖維能在真空中承受高達(dá)3940°C的溫度。該涂層同時充當(dāng)界面脫粘層，取代了傳統(tǒng)的CVD涂層。已制造出UHTCMC渦輪發(fā)動機(jī)葉片、緊固件，并經(jīng)受住了2900°C的等離子炬測試。

Americarb：該公司專注于生產(chǎn)最高溫度可達(dá)2500°C的C/C和特種石墨，供應(yīng)板材、管材、爐具/支架和定制零件。公司支持國防、航天、核能、電池、燃料電池和氫電解等領(lǐng)域的應(yīng)用，并正在開發(fā)OCMC和SiC產(chǎn)能。

亞太地區(qū)：擴(kuò)大產(chǎn)能，融入全球供應(yīng)鏈

日本碳素：壟斷高性能SiC纖維供應(yīng)，全球市占率超70%。目前，國外能夠?qū)崿F(xiàn)碳化硅纖維商業(yè)化出售的公司只有日本碳素公司（Nicalon系列）、日本宇部公司（ZMI和Tyranno系列）、美國道康寧公司（Syramic纖維）和NASA（Syramic-iBN纖維）。美國GE公司已經(jīng)大量使用日本碳素公司的Nicalon纖維制備SiC/SiC導(dǎo)向葉片以及渦輪外環(huán)等部件，應(yīng)用于其商業(yè)化的發(fā)動機(jī)中。

日本東麗：公司聚焦氧化物/氧化物CMC，通過溶膠-凝膠法實(shí)現(xiàn)Al2O3纖維與基體的低損傷復(fù)合，成本較非氧化物體系降低40%。

近些年，我國相關(guān)企業(yè)投入研發(fā)、加強(qiáng)產(chǎn)學(xué)研合作等方式，行業(yè)得到了較大發(fā)展，并在技術(shù)追趕方面實(shí)現(xiàn)了多個關(guān)鍵技術(shù)突破，國產(chǎn)替代進(jìn)程不斷加速。

陶瓷基復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)鏈主要環(huán)節(jié)及公司

SiC纖維方面：我國已形成以國防科大、廈門大學(xué)和中南大學(xué)為研發(fā)中心的三個產(chǎn)業(yè)集群。其中第二代碳化硅纖維已發(fā)布國家標(biāo)準(zhǔn)，產(chǎn)業(yè)趨于成熟，火炬電子、蘇州賽菲和眾興新材均建成年產(chǎn)10噸級產(chǎn)線；第三代碳化硅纖維也實(shí)現(xiàn)了技術(shù)突破，實(shí)驗(yàn)室研發(fā)產(chǎn)品與日本同類型產(chǎn)品水平相近，不過目前僅火炬電子實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，國內(nèi)供應(yīng)高度依賴進(jìn)口，國產(chǎn)替代空間巨大。

氮化物陶瓷纖維方面：國內(nèi)主要研制單位為山東工陶院、國防科技大學(xué)和廈門大學(xué)，已具備批產(chǎn)能力。雖然國內(nèi)氮化物陶瓷纖維的發(fā)展稍晚于國外，但是基礎(chǔ)研究發(fā)展很快，基本形成了與美、日、德、法并跑的科研格局。

在AI2O3纖維方面：2022年，上海榕融新材料在臨港新片區(qū)投產(chǎn)的先進(jìn)制造基地一期項(xiàng)目，產(chǎn)能達(dá)700噸，突破了國內(nèi)Al2O3連續(xù)纖維大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)的技術(shù)瓶頸。該公司由此成為世界第三家、中國首家具備該纖維量產(chǎn)能力的企業(yè)，填補(bǔ)了國內(nèi)高性能纖維材料空白，為Al2O3/Al2O3CMC產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

在制備工藝方面：CVI工藝已實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，PIP工藝較為成熟，MI工藝也有相關(guān)單位及企業(yè)布局。在剎車、飛行器防熱等領(lǐng)域，碳陶剎車盤已批量應(yīng)用于汽車、飛機(jī)和高鐵等。在航空發(fā)動機(jī)領(lǐng)域，第三代SiC纖維的生產(chǎn)以及CMC在航發(fā)上尚未實(shí)現(xiàn)規(guī)模化工程應(yīng)用。

來源：
復(fù)合材料：全球陶瓷基復(fù)合材料競速：最新技術(shù)、產(chǎn)能布局與戰(zhàn)略合作全解析
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