“碳基复合材料”，简单来讲，就是碳纤维和石墨，或者石墨烯制造而成的复合材料。

这种材料，耐高温，强调大，并且，且强度随温度的增加不降反升，同时具备高尺寸稳定性、化学惰性、高导热系数、高导电性、稳定的摩擦因数、抗核辐射、高温下的高模量等等优点。

总之就是一种先进材料，可以用于光伏热场、新能源车的制动盘和军工导弹喉衬。市场空间方面，机构测算，未来市场空间超百亿；竞争格局方面，这个行业技术门槛比较高。

一、碳基材料分类

碳基材料是指以碳为基体的材料，主要包括高性能碳基复合材料、纤维增强复合材料、石墨及石墨烯材料。碳基材料具有比重小、强度高等优异性能，广泛应用于航天、航空、核能、光伏、风电、电子信息、冶金机械、轨道交通装备、工程机械等领域，是超高声速飞行器、运载火箭、新一代战机、核反应堆等重点领域不可缺少的关键材料。

碳基复合材料的上游分为基体、增强体和其他材料，其中基体包括石墨碳和碳纤维，增强体则有碳化硅；中游包括碳/碳复合材料产品、碳/陶复合材料产品；下游应用在半导体、航天航空、汽车行业、光伏发电以及化工行业等。

按照维度划分，碳基材料可分为零维、一维、二维和三维材料。其中，零维材料有碳量子点、富勒烯等；一维材料有碳纤维、碳纳米管、碳纳米线等；二维材料有石墨烯等；三维材料也称体材料，包含各类立体的本征或复合体系。

二、碳基复合材料面临“卡脖子”

目前我国亟待攻克的“卡脖子”品种有三大类：一是碳纤维及其制品，如高性能聚丙烯腈基碳纤维、沥青基碳纤维、黏胶基碳纤维、碳纤维预浸料、复合材料和碳纸等；二是特种石墨，如机械密封用石墨、抗烧蚀石墨、核石墨和高导热泡沫石墨等；三是功能碳材料，如中间相碳微球、电容炭、硬碳、石墨烯导热膜和导电炭黑等。

中国科学院炭材料重点实验室副主任陈成猛表示，我国碳基材料行业与发达国家相比仍然存在一定差距。在基础炭材料领域，高精尖品种大量依赖进口，仍面临“卡脖子”风险，亟须提高自主创新能力，加强科技攻关。在前沿炭材料领域，我国处于与国际并行乃至领跑状态，相关产业正加速崛起，“如何在低成本大规模制备的基础上，开拓应用场景，推进产业化，对于抢占新兴产业制高点具有重要战略意义”。

三、碳纤维复合材料相关技术的国际化差距

碳基新材料高端产品仍处于产业化初始阶段，高强高模碳纤维、聚酰胺66等产品仍面临国际贸易和技术壁垒。此外，关键制造装备也处于以引进为主、研制和仿制为辅的状态，高端分析测试设备更是基本依赖进口，具有工匠精神的专业工程技术人才出现断层。

碳纤维树脂基复合材料制造工艺装备落后，自动化程度低，大规模工业化生产成套工艺与装备研发能力不足。国内碳纤维树脂基复合材料结构应用以跟踪替代为主，自主设计应用能力较弱，自动化成型工艺的应用比例不足20%。复合材料设计和工艺技术落后使复合材料性能离散大、减重效率和成品率低、成本高，已经成为制约复合材料应用的突出问题。

近几年，我国在碳纤维原丝的生产方面取得了较大的进步，但是与国际先进技术水平之间的差距还是很明显的。例如，美日的碳纤维龙头企业所采用的干喷湿纺工艺，在国内尚未真正普及，仅中复神鹰在干喷湿纺工艺上取得了千吨级的突破。美日的原丝生产已经能达到T1100高强度碳纤维和M60J高模量这种水平，而国产碳纤维企业的产品还集中在T300、T400这类中低端产品上，能够批量化生产达到T700水平的比例并不多。

国内碳纤维树脂基复合材料应用水平与发达国家也存在明显的差距。国外研制的B787、A350等大型客机复合材料用量达到了50%以上。国内研制的ARJ21支线客机复合材料用量不足2%，正在研制的C919复合材料用量仅达10%左右，且大部分构件主要直接从国外进口预浸料制造生产，树脂基复合材料在大型客机等民用航空领域难以形成规模。

碳基复合材料研发设计环节最为薄弱，已严重制约我国先进复合材料应用的发展。国际上认为培养一个成熟的复合材料设计师至少需要10年，国内严重缺乏有经验的设计人员，这直接普遍影响到复合材料的应用发展。例如国内很少有人真正掌握铺层设计的原则和方法，不了解材料许用值和结构设计值的来源及用法，不知道复合材料强度、刚度计算的工程方法，不了解国际上通行的分析和验证用的“积木式”（BBA-Building Block Approach）方法，没有具体掌握复合材料连接设计、疲劳耐久性设计、损伤容限设计、稳定性设计、环境影响及其防护设计、修理设计等许多具体设计技术和要领。

设计方面还存在规范手册和软件开发等问题。国外十分重视有组织的制订相应规范，例如各大飞机公司均有自己的《复合材料设计手册》，至于专门用于复合材料设计分析软件的Sizer等软件的开发和应用等。在应用领域，如风机叶片的设计，国外已大量应用先进复合材料，成为碳纤维应用大户，但国内进展缓慢，一个重要原因是我国叶片多是进口，没有原始设计产权，自主设计时也没有引进商提供的载荷数据作为参考。

碳基复合材料成本较高，是制约其扩大应用发展的主要障碍之一。西方发达国家纷纷制订低成本的复合材料发展计划，发展低成本的复合材料综合技术，如美国由国防部出面联合工业界于1996年发起并执行一个10年的低成本复合材料计划，即CAI(Composite Afforability Initiative)计划，并已用在F-35和B787等机型的工程应用中，宣称要降低总成本的50%。欧洲则继TANGO计划后又有ASK计划等，目的要减轻结构重量的30%，节省成本的30%，由多国多部门联合执行。

碳纤维中低端产品成本居高不下，缺乏国际竞争力。国产碳纤维高端产品缺乏，T300/T700级碳纤维满足国防应用需求，T800、M40、M40J和M55J已突破工程化制备技术，更高性能的T1100G碳纤维、TORAYCAM40X碳纤维还处于跟踪研发阶段；宇航级T300、T700级国产碳纤维价格国外在1000元人民币/kg以内，国内在3000-4000元人民币/kg，缺乏国际竞争力，因此真正具有竞争力和可持续健康发展的碳纤维龙头产业尚未形成。

最后，创新是技术发展的灵魂，事关国民经济发展的命脉，但在碳基复合材料技术领域原创创新能力不足。要能不断开发出新的有竞争力的适销对路的产品投放市场获取效益，以碳纤维复合材料自行车为例，2020年，全球碳纤维自行车市场规模达到183百万美元，预计2026年可以达到229百万美元，从车架、车把、车叉、座管到曲柄最后到车圈中国台湾用27年完成复合材料化的进程，技术含量很高，市场占有率全球领先。

四、国内重点企业有哪些

1.金博股份

金博股份主要从事先进碳基复合材料及产品的研发、生产和销售，现阶段聚焦于碳/碳复合材料及产品，主要应用于光伏行业的晶硅制造热场系统，是一家具有自主研发能力和持续创新能力的高新技术企业。2021年金博股份实现营业收入13.38亿元，净利润达5.01亿元。2022年前三季度实现营业收入11.47亿元，净利润4.97亿元。

从主营产品来看，2021年金博股份主营单晶拉制炉热场系统产品、真空热处理领域产品、单晶拉制炉热场系统产品，营业收入分别为13.31亿元、0.04亿元、0.01亿元，分别占主营业务收入的99.48%、0.3%、0.07%。

2.方大炭素

方大炭素是世界前列的优质炭素制品生产供应基地，涉核炭材料科研生产基地，国内炭素行业龙头企业。2021年方大炭素实现营业收入46.52亿元，净利润达10.85亿元。2022年前三季度实现营业收入39.25亿元，净利润4.67亿元。

从主营业务来看，2021年方大炭素主营业务包括炭素制品、铁精粉，营业收入分别为39.47亿元、3.93亿元，分别占主营业务收入的90.42%、9%。

3.碳元科技

碳元科技一直深耕于消费电子的散热材料领域，其自主研发、生产的高导热石墨膜、超薄热管和超薄均热板等散热材料，可应用于智能手机、平板电脑、笔记本电脑等电子产品。2021年，碳元科技营业收入达3.23亿元，净利润亏损4.59亿元。2022年前三季度实现营业收入0.85亿元，净利润亏损0.35亿元。

分产品来看，2021年碳元科技主营散热材料、外观结构件、五恒系统，分别占主营业务收入的79.57%、16.1%、3.1%。

4.博云新材

在航天用碳/碳复合材料方面，博云新材与航天系统内多家单位建立了长期的合作关系，历年来从研制阶段即开始提供多个型号航天发动机用碳/碳复合材料产品。目前有二十多个型号碳/碳复合材料产品已定型并批量生产。博云新材2021年实现营业收入4.79亿元，净利润0.19亿元。2022年前三季度实现营业收入4.27亿元，实现净利润0.18亿元。

从主营业务来看，2021年博云新材主营业务为高性能硬质合金材、航空航天及民用炭\炭复合材料、稀有金属粉体新材料，其营业收入分别占主营业务收入的43.41%、35.85%、17.39%。

5.北摩高科

北摩高科是业内领先的军用航空航天飞行器起落架着陆系统及刹车制动产品的研发制造企业，在刹车盘领域，北摩高科新型炭/炭复合材料制备技术具有从预制体编织到快速沉积工艺全部自主知识产权。2021年，北摩高科营业收入达11.32亿元，净利润达4.22亿元。2022年前三季度，北摩高科实现营业收入8.59亿元，净利润达3.25亿元。

从主营业务来看，2021年北摩高科检测试验、飞机刹车控制系统及机轮、刹车盘（副）、起落架的营业收入分别为5.55亿元、3.16亿元、1.96亿元、0.4亿元，分别占营业收入比重的49.02%、27.88、17.33%、3.57%。

五、碳基材料行业发展前景

1.国家政策利好行业发展

碳基材料产业对推动技术创新、支撑产业升级具有重要意义。国家高度重视碳基新材料产业创新发展，提出把碳基材料纳入“十四五”原材料工业相关发展规划，并将碳化硅复合材料、碳基复合材料等纳入“十四五”产业科技创新相关发展规划。鼓励政策的出台不仅激励碳基材料行业积极发展以满足各领域需求，也为行业发展营造良好政策环境，有效促进行业稳定高速发展。

2.下游应用领域扩大行业发展空间

碳基材料作为性能优异的新型材料，可应用于半导体、航天航空、汽车、工业机械等领域。随着半导体、航天航空、汽车、工业机械等行业的持续发展，碳基材料的市场需求将会保持稳定增长。

3.科技创新促进行业国产化

碳基材料目前在我国仍尚未形成大规模商业化发展，部分相对低端的产品可实现自给自足，但高端产品仍依赖进口，与发达国家相比仍然存在一定差距，亟须提高自主创新能力，加强科技攻关。在碳基新材料方面，我国亟待攻克的有碳纤维及其制品、特种石墨、功能炭材料。因此，如何在低成本大规模制备的基础上，开拓应用场景，推进产业化，对于抢占新兴产业制高点具有重要战略意义，行业国产化成为必然趋势。

文章来源： 首财君，前沿材料PLUS，中商产业研究院