军工新材料投资潜力
中投顾问在《2016-2020年中国军工产业深度调研及投资前景预测报告》中指出,材料技术与信息技术、生物技术、能源技术一起,被认为是当今社会及今后相当长时间内总揽全局的高新技术。而用于军事领域的军用新材料技术是新一代武器装备的物质基础,也是当今军事领域的关键技术,加速发展军用新材料技术是保持军事领先的重要前提,世界各国对军用新材料技术的发展给与了高度重视。
目前,世界范围内的军用新材料技术已有上万种,并以每年5%的速度递增,正向高功能化、超高能化、复合轻量和智能化的方向发展。军用新材料按其用途可分为结构材料和功能材料两大类。
结构材料可以粗略的分为金属材料和复合材料,其中金属材料包括镁合金、铝合金、钛合金和高温合金等,其中高温合金以其优异的性能在军工领域应用广泛,而复合材料近年来发展迅猛,其用量已成为衡量军用装备先进性的重要标志。
高温合金材料
高温合金是在应力及高温(一般指600摄氏度以上)同时作用下,具有长时间抗蠕变能力与高的持久强度和高的抗蚀性的金属材料,主要特点包括优良的高温性能、承温能力强、综合性能优越、高温下强度高、变形加工困难等。
高温合金可以分为传统高温合金和新型高温合金,传统高温合金包括变形高温合金和铸造高温合金,新型高温合金包括粉末高温合金、金属间化合物和ODS合金。
高温合金主要应用于发动机等航空航天领域(航空、航天发动机、燃气轮机),另外由于具有优良的耐高温、耐腐蚀等性能,高温合金也逐渐被应用到电力、汽车、冶金、玻璃制造、原子能等工业领域,是不可或缺的重要结构材料。目前,其最大的应用还是航空航天领域,占总使用量的55%,其次是电力领域(20%)和机械领域(10%)。
目前中国高温合金市场缺口较大,特别是高端领域主要依赖于进口,而国内总体产能仅为1.2万吨,大约6000吨供应航天和军工领域,3000吨供应汽车领域,3000吨供应民用市场和其他一些领域。随着国内对高温合金的需求持续增长,以及高温合金的准入门槛高,研发周期长等特点,我们预计市场缺口还将进一步扩大。
复合材料
复合材料是指由两种或两种以上不同性能、不同形态的材料,通过复合工艺组合而成的新型材料。复合材料既能保持原材料的主要性能,又能通过复合效应与协同效应获得单一原材料不具备的性能,克服单一材料的缺点,从而满足各种不同的需求。
(一)碳纤维复合材料
碳纤维复合材料在各类军民装备中应用广泛:复合材料的兴起,特别是具备高强度、高模量、低比重碳纤维增强复合材料的出现,使其成为各类军民装备重要的候选材料之一。以航空工业为例,在目前国际先进军民用飞机中,复合材料用量持续增长。F-22战机与空客A380飞机的复合材料用量在20%-25%之间,而波音B787与空客A350的复合材料用量将突破50%,超越铝合金成为用量最大的材料。
全球碳纤维市场需求接近200亿美金:碳纤维复合材料主要应用于航空航天领域,另外在风电、体育用品、汽车等领域也有广泛应用。2014年全球碳纤维市场需求为53500吨,总价值约为195.5亿美元,年增长率在6%-8%之间,预计到2020年需求可以达到89000吨。
我国的复合材料发展方面取得了一定成绩,目前国内几乎所有在役军机均不同程度的采用了复合材料部件。但是与国际先进水平相比,我国碳纤维行业在技术创新能力、工艺装备、产品性能以及生产成本方面还有较大差距。一方面我国高性能碳纤维长期依赖进口,供需缺口达70%;另一方面,我国低端碳纤维产品扩张盲目,已出现了产能过剩的局面。
(二)陶瓷基复合材料
陶瓷基复合材料是以陶瓷为基体与各种纤维复合的一类复合材料。陶瓷基体可为氮化硅、碳化硅等高温结构陶瓷。这些先进陶瓷具有耐高温、高强度和刚度、相对重量较轻、抗腐蚀等优异性能,而其致命的弱点是具有脆性,处于应力状态时,会产生裂纹,甚至断裂导致材料失效。而采用高强度、高弹性的纤维与基体复合,则是提高陶瓷韧性和可靠性的一个有效的方法。纤维能阻止裂纹的扩展,从而得到有优良韧性的纤维增强陶瓷基复合材料。
开始应用于航空发动机领域,未来有望替代高温合金:通用电气(GE)公司在F414改进型发动机上进行了陶瓷基复合材料(CMC)涡轮转子叶片的关键性试验,这是公司第一次在工作发动机中试验CMC材料。在GE公司将CMC材料应用于F136发动机静子部件之前,CMC材料已经广泛应用于航空航天领域。但最近的F414试验标志着CMC材料第一次应用于发动机旋转部件。应用CMC最关键的收益在于重量的降低,不仅材料本身比金属合金材料轻,同时也能减少冷却系统的重量。GE估计在GE90级别的发动机上采用CMC涡轮转子叶片将降低总重约455kg,相当于GE90-115发动机干质量的6%。GE与CFM国际合作公司共同开发的LEAP涡轮扇发动机,是下一代单通道飞机主要使用的发动机之一,目前已服务于空客A32neo和波音737MAX飞机,而LEAP发动机也是首个采用陶瓷基复合材料热端部件的商用喷气发动机。
功能材料
功能材料涉及信息技术、生物工程技术、能源技术、纳米技术、环保技术、空间技术、计算机技术、海洋工程技术等现代高新技术及其产业,不仅对高新技术的发展起着重要的推动和支撑作用,还对相关传统产业的改造和升级,实现跨越式发展起着重要的促进作用。
中投顾问在《2016-2020年中国军工产业深度调研及投资前景预测报告》中指出,功能材料种类繁多,用途广泛,正在形成一个规模宏大的高技术产业群,有着十分广阔的市场前景和极为重要的战略意义。世界各国均十分重视功能材料的研发与应用,它已成为世界各国新材料研究发展的热点和重点,也是世界各国高技术发展中战略竞争的热点。在全球新材料研究领域中,功能材料约占85%。我国高技术863计划、国家重大基础研究973计划、国家自然科学基金项目中均安排了许多功能材料技术项目(约占新材料领域70%比例),并取得了大量研究成果。