隐身材料行业壁垒、分类及市场规模预测

最佳答案 匿名用户编辑于2023/12/06 09:52

隐身材料壁垒高,关注中高温隐身材料领域。

1. 行业壁垒高,多频谱兼容与耐高温是重要发展方向

隐身技术现已经成为各军事强国的关键技术。各类武器装备能够通过使用不同隐身技术使雷达、 红外、射频等探测设备无法探测其行动轨迹,航空航天作为最早应用隐身技术的领域,在研究和 应用中发现隐身材料可使飞行器在不改变外形结构、气动特性的情形下直接应用,大大降低了飞 行器的信号特征,提高其生存能力,因此隐身材料作为提升隐身能力的重要技术途径显得尤为重 要。

隐身材料行业壁垒高,国内仅少数企业具备高性能、实战化隐身材料的研制生产能力。隐身材料 行业上游为靶材等原材料的供应商,中游为如华秦科技等公司所处的隐身材料研发批产企业,由 于国防装备供应体系的特殊性所致,终端产品型号设计定型时就已经对从原材料到产品的各个采 购加工环节做出限定,因此上游与中游定制性较强。同时由于国内仅有少数企业能够进行高性能、 实战化隐身材料的研制生产。一般企业进入该行业存在较大的壁垒。下游多为军工客户,订单特 殊性要求多样且产品研发和应用周期较长,通常和中游意向企业形成长期稳定合作。

海外隐身材料技术及隐身武器装备发展领先于国内。隐身技术与隐身材料的研究始于德国,发展 在美国,并扩展到英国、法国、俄罗斯 等军事先进国家。由于各种新型探测系统和精确制导武器 的相继问世,隐身兵器的重要性与日俱增,以美国为首的各军事强国都在积极进行研究并取得了 突破性进展。隐身材料技术及隐身武器装备的发展历程大概分为三个发展阶段:起步于第一次世 界大战。发展于 20 世纪 70 年代至 80 年代,该时期美国隐身技术进入了正规的发展时期,美国研 制出的 F-117A 战斗机在机身下表面采用了涂敷型吸波材料,而机翼则采用了吸波复合材料;B-2轰炸机也大量使用了雷达吸波涂料和蜂窝夹芯吸波结构材料。同期的隐身技术成果被迅速应用到 各种巡航导弹的设计中,如 BGM-109“战斧”巡航导弹弹体表面大量使用了雷达吸波材料,采用 了低红外辐射的涡轮风扇发动机,20 世纪 90 年代以来该导弹在多次战争中发挥了巨大的作用; AGM-129 隐身巡航导弹也同样采用了雷达吸波材料和涡轮风扇发动机技术。 同一时期,欧洲国 家如德国、英国和法国也开始进行隐身技术研究,为欧洲先进军事国家隐身技术的发展奠定了基 础。成熟于 20 世纪 90 年代至今,隐身能力已成为衡量现代武器装备性能的重要指标之一。

基于探测技术分类,其中雷达/红外隐身材料在提高武器装备战争中生存能力里扮演着重要角色。 针对探测技术而言,隐身材料又可分为雷达隐身、红外隐身、可见光隐身、激光隐身以及多频谱 隐身等。根据《多频段隐身材料的研究现状与进展》数据表明:在各军事强国使用的精确制导武 器中,仍以红外制导为主,并且已经趋于成熟,而在战场上采用的高技术探测器中,红外探测占 30%左右,雷达探测约占 60%,其他探测约为 10%。 雷达隐身材料按照成型工艺分为涂覆型吸波材料和结构型吸波材料两类。其中高温结构吸波材料 集吸波、承载及防热于一体,不仅可以减轻飞行器自重,而且允许设计厚度较大,具有更好的吸 波性能以及更高的可靠性,应用前景十分广阔,已经成为世界各国高温吸波材料研究重点之一。 红外隐身材料根据隐身原理可以分为低发射率红外隐身材料、控温材料和光谱转换材料三类。低 发射率红外隐身材料通过抑制目标表面发射率实现红外隐身;控温材料主要通过降低目标表面的 温度,从而降低红外辐射强度实现隐身;光谱转换材料主要是 将目标 3~5μm、8~14μm 的红外 辐射转移到大气红外窗口之外被大气吸收,从而实现隐身。

多频谱兼容化成隐身材料发展方向。世界军事强国的武器装备隐身化呈现出从部分隐身到全隐身、 从单一功能隐身到多功能隐身、从少数武器装备隐身到实现多数主战兵器装备隐身的循序渐进的 发展趋势,且隐身技术正向“多频谱、全方位、全天候、智能化”的方向发展。随着现代战场上 多功能侦查手段的联合应用,各国对多频谱兼容隐身材料的需求更是越来越迫切。如以 F-22 为代 表的第五代战斗机强调的隐身能力主要集中在雷达、红外和射频三个方面,第六代战斗机将在隐 身结构布局上涵盖更广,预计达到全频谱隐身结构布局。

针对工艺和承载能力,隐身材料可以分为隐身涂层材料与隐身结构件。隐身涂层材料是将吸收剂 分散在高分子材料粘结剂中,采用喷涂、涂刷等方法施工,经常温固化后形成涂层材料。制备原 材料有靶材、粉体、金属结构件、树脂、纤维等,采用不同的靶材和粉体,通过物理气相沉积技 术和热喷涂工艺可以在工件上分别逐层制备出粘结层和功能层,最终形成隐身涂层材料产品。以 华秦科技为例,靶材在 2020年度及 2021 年 1-6月占公司主营业务相关的采购总额比例为 87.69% 和 81.25%,为公司的主要原材料。

隐身结构件是在先进复合材料的基础上,将吸收剂分散在特种复合材料中,经严格的电磁结构性 能一体化规划设计,采用多轴机加或 3D 打印精密成型制造而成。根据结构隐身材料的类型不同,可以分为树脂基结构隐身材料和陶瓷基结构隐身材料,其中树脂基结构雷达隐身材料的研究比较 成熟,应用较为广泛。与隐身涂层材料相比,隐身结构件兼具隐身能力和承载能力,具有良好的 低频超宽带吸波性能,主要应用于机翼前缘、机身边缘等需要结构承力和隐身功能一体化的关键 部位。

耐高温对于隐身材料尤为重要且难度高。在研制开发过程中,高温下能够应用的材料种类非常有 限且高温下材料难以避免的氧化、扩散和化学反应会导致材料的隐身性能很快消失,材料隐身性 能的高温稳定性攻克难度较大。在实际在应用过程中,隐身涂层材料要经受高温、高速气流的冲 刷,强烈的机械震动和快速升降温的热冲击(热震),某些特殊场合的应用还要满足更为苛刻的 要求,例如有些武器装备的高温部件,工作温度可达到 700℃甚至 1000℃以上,在战场上是极易 被探测系统发现和识别的薄弱部位,对耐温隐身材料的研发和应用提出了迫切的需求。

2. 行业有望高速增长,关注中高温隐身材料领域

到 2025 年全球超材料在武器装备隐身技术中的应用市场规模将达到 11.7 亿美元左右,年均复合 增长率在 31.6%左右。20 世纪 80 年代以来,美国、欧盟以及日本等发达国家积极研发隐身超材 料以提升作战能力,由此带动了超材料在武器装备隐身领域中的应用产业化发展步伐以及市场规 模扩大。据前瞻产业研究院统计,2017 年全球超材料在武器装备隐身技术中的应用市场规模大约 在 1.3 亿美元。前瞻产业研究院预测,到 2025 年全球超材料在武器装备隐身技术中的应用市场规 模将达到 11.7 亿美元左右,年均复合增长率在 31.6%左右。同时,由于隐身材料属于易耗品,隐 身涂层在高速、高温下经常可以出现裂纹、破损现象,舰载机则在中国海洋环境气候下会出现一 个较为严重的生锈情况,需要进行定期维护。隐身材料在军用装备研究领域是耗材。根据中国国 防报,美军 B-2 战机使用的隐身涂层每隔 30 天需清洁一次,费用超过 10 万美元;每隔 7 年需重 涂一次,保守估算花费在 6000 万美元左右。

在隐身材料领域,目前从事相关产品研发和生产的主要公司有:华秦科技、佳驰电子科技和光启 技术。

华秦科技经过多年研发投入,在耐温隐身材料领域获得了多项技术突破,2019 年隐身材料 率先定型,目前已经有多个产品在武器装备型号上得到了应用,实现了批量化生产和销售, 2019 年-2020 年隐身材料类营收同比增长 170%、264%,隐身材料年均营收占比高达 90% 以上。

光启技术利用高尖端技术并结合峰值计算能力达到 4,200 万亿次/秒的超算中心能够实现超材 料的快速优化设计,同时第三代超材料技术的结构件产品已转入批产阶段。2021 年光启技 术超材料营收端已突破 6 亿,同比增长 50%,毛利率逐年上升,2021 年超材料毛利率已达 到了 58%。

佳驰科技围绕 EMMS( 电磁功能材料与结构)产业发展的产品主流和技术前沿,突破了 EMMS 产品的“薄型化”和“超宽带”等关键技术瓶颈,研制的我国战机“两代”隐身材料 已批量应用于我国第三代、第四代战机等重大重点型号工程。2021 年隐身材料类营收突破 4 亿,同比增长达 106%,毛利率也稳步上升,2021 年高达 85.47%。