2024年新材料行业年度策略报告:抬头,看路

  • 来源:中航证券
  • 发布时间:2024/02/05
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新材料行业2024年年度策略报告:抬头,看路.pdf

本报告聚焦于2024年新材料行业的年度投资策略与趋势研判。作为高端制造与科技创新的重要基础,新材料产业涵盖半导体材料、新能源材料、高性能纤维等多个细分领域,具有技术壁垒高、成长性强等特点。报告深入分析了新材料行业的供需格局、政策导向及产业链上下游联动效应,重点探讨了在宏观经济增长放缓背景下,新材料板块的景气度变化与结构性机会。通过对行业竞争格局、龙头企业表现及新技术突破点的梳理,为投资者提供清晰的市场展望与配置建议,旨在帮助把握行业周期性波动中的长期增长潜力。

一、前言

当前世界格局依然变幻莫测,地缘局势动荡,供应链安全依然受到挑战,经济社会发展不确定性有增无减。国内来看,传统需求回落压力仍大,增量需求拉动不足,供应端竞争格局恶化,众多行业陷入无效内耗的负循环,另外通胀阴云依然存在,对加工制造企业的原料成传导能力和稳定经营能力提出了较高的要求。作为新材料企业,不断的创新是企业发展的永恒动力,在当前传统业务遇到增速瓶颈的背景下,“埋头苦干”可能已不适应当下新的环境,“抬头看路”才能寻到破局之法,主动创新更加契合应用、材料与新工艺的结合、新领域的开拓、产品产能走出去...

近期,一系列政策组合拳陆续推出,市场有望在多重因素作用下逐步企稳,“重结构轻总量,主线缠绕式演绎”或将成为2024年市场的主要风格。基于国家未来产业发展指引和内外部环境变化,我们认为以下几个投资方向值得关注:

两航新材料困境寻突围:航空航天新材料板块已步入“稳定发展期”,在当前行业供需两难、盈利阶段性出现掉速的背景下,企业亟待破局之法。客户订单逐渐恢复、产品或产能出海、新的应用领域拓展、主动改良以契合应用等有望带领企业走出当前困境。建议关注:受益于潜在客户订单恢复弹性较大的企业、布局产品或产能出海的企业、具备稳定盈利能力且股东回报有望提升的央企;

应用拓展打造新增长极:在传统业务遇到增速瓶颈的背景下,新领域的开拓有望为相关企业缔造新的增长曲线。建议关注:在消费电子领域开启商业化应用元年的钛材以及3D打印技术、进入人形机器人蓝海市场的钕铁硼永磁材料、参与人工智能算力建设的芯片电感及上游金属软磁材料等细分赛道;

前沿创新驱动时代发展:随着我国经济进入到较为成熟的阶段,前沿领域的逐步崛起,将推动新的材料和工艺的进步,进而带来新的发展机遇和投资机会。建议关注:助力低空经济快速发展的材料和工艺如碳纤维和增材制造、下游应用正处于商业化应用初期或从0到1的突破阶段的超导材料等。

二、两航新材料困境寻突围

在《2023年年度策略》中,我们做过定义:随着下游需求井喷,企业相关产能加速投放,叠加低基数,绝大多数航空航天新材料企业增速高峰已经在2018-2021年体现,这个阶段可以定义为“高速增长期”,相关公司盈利年复合增速均值超过50%。而随着终端下游部分装备进入稳定的批产交付阶段,以及企业产能投放增速逐步趋稳,航空航天新材料板块已步入“稳定发展期”,年复合增速预计下降为30%;

2023年由于“十四五”中期调整、人事变动等因素,导致很多订单交付出现延误,产品价格及盈利性受到不同程度压缩,同时部分民用领域需求不及预期,例如碳纤维当中的风电,2021年抢袋潮之后,海洋资源开发受限,新项目审批较慢,装机需求低迷。除了需求因素之外,部分材料领域供给端竞争格局也出现恶化征兆。多重因素叠加下,导致很多航空航天新材料企业2023年业绩低于年初预期,盈利出现掉速情况,行业整体陷入困境,急需找到突围方向。

2.1钛材需求分化显现

2023年我国头部钛合金企业的发展情况随着下游应用领域的改变而产生显著分化。尽管我国钛市场规模整体持续扩容,但从消费结构来看,一方面,航空航天用钛合金需求因受到下游订单交付节奏影响而出现下滑,另一方面,钛材在消费电子及海洋工程等领域均得到了应用延伸,未来钛材的应用深度和广度均有望随着下游应用的持续渗透而提升;

钛材出口业务逐步回暖,关注国际民航复苏节奏。2023年国际民航需求保持复苏态势,据FlightGlobal消息,2023年全年空客共斩获2094架新飞机总订单(同比+155%),共交付735架飞机(同比+11.2%),其中A320系列飞机与A350系列飞机分别以1835架、300架订单双双创下历史新高;波音2023年全年共获得1314架新飞机总订单(同比+70%),共交付量528架飞机(同比+10%)。随着海外民航市场的需求复苏,国内钛材生产企业的出口业务也在一定程度上得到了修复。2023年前三季度,宝钛股份实现钛产品产量24110吨(同比-2.3%),销量24221吨(同比-0.4%),考虑到国内高端钛材需求不佳,民用钛材需求相对低迷,推测公司钛材出口量因海外民航需求复苏而实现增长。同时,公司Q2销售毛利率达到26.8%,为年内高点,主要由于具有较高附加值的出口钛材占比提升帮助改善整体业务盈利性,未来出口业务的持续增长有望优化公司产品结构,未来海外民航复苏节奏仍值得期待;

虽然当前高端钛材下游需求因受到中期调整、人事变动等影响而骤降,相关公司业绩增速有所放缓,但短期需求节奏的扰动不改长期需求增长趋势。对民用钛材而言,上游海绵钛环节为代表的快速降本为钛材在下游领域的渗透和普及化提供了更多的空间,钛材的新应用拓展也有望为相关企业谱写新的篇章。

2.2高温合金成本端压力缓解

我国高温合金市场需求与下游航空发动机、燃气轮机等行业周期息息相关,2023年我国高温合金行业整体实现稳健发展。从原料端来看,2023年电解镍价的单边大幅下行使高温合金企业的成本端压力得到了缓释。高温合金生产环节,头部企业均有不同产品品类、不同规模的扩产计划,产能投放在持续进行中,且企业间的差异化竞争趋势愈发明显。产品需求端,下游“两机”领域的快速发展为高温合金材料奠定了可靠的市场增量空间,虽然近期部分高温合金生产企业反馈下游航空订单相较以往呈现出小批量化的趋势,且部分客户回款周期有所拉长;

出于国防安全以及国家竞争地位的考虑,西方国家仍对我国高温合金领域的相关技术和产品实行封锁,国内高温合金企业正着力募资扩张以实现国产化全方位替代,以填补高端新材料的产能空缺。下表对我国高温合金行业领先企业的各项业务及高温合金产品经营数据进行了横向对比;

2023年电解镍价单边下行已缓解高温合金成本端压力,关注后续新签订单价格情况。正如我们先前对镍价的预判,随着2023年电解镍供给端投放偏向宽松,镍基本面供强需弱的格局难改,在供应压力凸显、需求难有明显起色、社会库存趋势性累积和成本支撑持续下移的基本面逻辑下,镍价格延续了单边大幅下行趋势。据iFinD数据,电解镍(99.9%)现货均价由2023年年初的23.7万元下探至2023年年末的13.0万元/吨,全年跌幅达45.1%,在供强需弱的背景下,未来镍价将大概率保持震荡偏弱走势。在此背景下,高温合金生产企业的成本端压力已得到缓解,但后续仍需关注高温合金产品与下游主客户新签订单的定价情况;

综合来看,随着我国高温合金产能基数的不断增加,产业逐步实现自主可控,行业发展期已逐步迈向成熟。在下游需求边际增量慢于行业产能投放的背景之下,具备核心竞争力的企业有望占取更多市场份额,从而享受超过行业平均的利润增速。此外,随着行业的差异化竞争趋势愈发明显,材料生产企业向产业链下游的合作拓展能加深与客户的关系,而产品甚至产能出海有望带来新增红利,孕育新的发展机遇。

2.3碳纤维行业面临失速困境

2023年航空航天用碳纤维企业面临订单交付波动、审价压力以及竞争格局变化三大困境,行业整体业绩增速放缓,2020-2022年因下游需求旺盛新增的产能陆续转固,进一步加剧了折旧压力拖累利性。此外,风电等民用领域需求不及预期使企业平抑波动的能力进一步下降,行业面临困境;

高端航空用碳纤维行业暴露诸多问题:2023年,下游订单交付显著放缓、批产后重新审价以及其他供应商打破固有竞争格局等多重因素,导致相关企业出现了产能利用率下滑、业绩下降以及库存累积等情况:主营收入快速下滑:由于碳纤维交付的量、价都受到干扰,行业内公司收入下滑严重,以中简科技为例,公司分季度营收从2022年Q4单季度的2.78亿元逐季下滑到2023年三季度的0.84亿元,下滑比例达到了70%;

产品加速累库,多元化平抑波动:受制于下游客户要求,企业仍保持正常生产,但交付节奏放缓,导致企业产品库存积累较多,以高端产品占比较高的中简科技为例,其库存累计较快,截止到2023年三季度末存货已升至0.92亿元。而相比之下,多元化经营的光威复材通过分散布局保持了库存的动态平衡,平抑波动;

民用领域下行加剧碳纤维企业业绩波动:2023年民用碳纤维加速扩产,而下游风电叶片、光伏热场等碳纤维民用应用领域需求不及预期,导致价格下行压力加大,行业累库明显,加剧了相关企业的业绩波动:

供给快速增加:伴随地方政府为了引入碳纤维等高端产业给出的补贴政策,2020-2022年产能建设加速,2023年开始逐步投放,以吉林系为代表的大丝束碳纤维和以中建材为代表的小丝束碳纤维产能不断投放,且2024-2025年产能仍将不断增加,分析原因一方面主要是头部上市公司通过二级市场获得成本较低的资金保证了现金流;另一方面,地方政府对于碳纤维企业的补贴仍在持续。在这一过程中,碳纤维产能集中化趋势明显,头部企业、国央企以及上市公司凭借融资成本、渠道优势以及品牌影响力持续扩大供给;

需求不及预期:民用大丝束碳纤维的主要下游海上风电行业需求不及预期,2022年风电招标达到100GW左右,其中海风15-20GW,而2023年Q1-Q3的海风装机容量仅为1430MW,同比增长仅15%。另外虽然大丝束碳纤维价格近年来下降明显,2023年价格由年初的12.9万/吨,下行至7.5万/吨,降幅约42.3%,但竞争材料玻纤价格同步调整使得相对成本竞争优势仍不明显,压制了大丝束碳纤维需求。与此同时,维斯塔斯在东亚、东南亚国家的布局也使得国内碳梁供应商受到较大冲击。民用小丝束方面,主要下游碳碳热场价格持续走低,叠加氢能发展不及预期,需求不振;

两航仍是高端碳纤维主战场:虽然高端碳纤维企业短期面临供给过剩的局面,亟需通过开新的应用领域消化产能。但是我们判断,高端碳纤维阶段性仍将以航空航天作为主要的下游应用领域,随着产品审价落地、订单交付恢复正常节奏,军用航空需求恢复可期。军航之外,在商业航空、航天以及低空经济领域,碳纤维行业仍有较大的增长空间,相关企业需要提前布局相关领域的认证资格,开启第二增长曲线。

2.4如何破局

2023年一些不可抗力因素对航空航天材料企业的需求端造成了较大的冲击,同时产业也正面临产能投放高峰期,供需两难的背景下,站在企业角度,我们认为,2024年有望从以下几点破局:

客户订单节奏恢复:关注后续“十四五”中期调整后订单的实际落地情况,产业链上游材料类生产企业有望逐步恢复正常生产和供货节奏;产品或产能出海:目前很多之前所谓的航空航天“卡脖子”材料已经基本实现自主可控,行业竞争也日益饱和,部分企业的扩产项目正在同步推进,因此海外业务的拓展或为新一轮的发展良机;

新的应用领域拓展:在原有业务的发展逐步走向成熟的同时,新的应用领域的拓展也能为企业带来新的成长性机遇。例如2023年是航空航天级钛材进入消费电子领域的元年,[开了钛材新的需求增长极;

主动改良以契合应用:传统的航空航天材料类企业,大多是按照设计单位要求提供对应牌号的产品,但随着材料研发及工艺的进步,我们看到部分企业针对终端客户的需求,主动进行材料的改良创新以及与新工艺的结合,从而取得更大的竞争优势。

三、应用拓展打造新增长极

在过去的一年里,虽然很多新材料遭遇了较为严峻的发展困境,但我们也看到了部分新材料和新工艺通过技术进步、效率提升以及成本降低,拓展出了新的应用发展机遇:航空航天级钛材正通过消费电子产品走进千家万户,3D打印工艺也开始被应用于折叠屏手机的铰链生产当中,钕铁硼永磁材料的应用由新能源领域延伸至人形机器人的蓝海市场,由人工智能掀起的算力建设热潮则牵动了芯片电感上游软磁材料的需求。在传统业务遇到增速瓶颈的背景下,新领域的开拓有望为相关企业缔造新的增长曲线。

3.1新材料&新工艺引领消费电子革新

消费电子行业经历寒冬:自2022年以来,以智能手机为代表的消费电子行业表现低迷,2022年全球智能手机出货12.1万亿部,同比降低11%,苹果因iPhone14销量不及预期,四季度出货出现2022年以来首次下滑,国产安卓手机降幅均接近20%。2023年,全球智能手机出货量延续下滑趋势,累计出货1166.9万亿部,同比降低3.2%,除苹果外,三星、小米、OPPO全年出货量分别下滑13.5%、4.7%、0.2%,景气度仍表现低迷;

行业寄希望于新材料及新工艺,以应对行业变局:2008年,在全球经济危机的背景下,苹果凭借铝合金一体化加工的新工艺带动行业复苏。而近年来宏观经济下行叠加手机核心性能创新不足,导致消费者换机周期变长(2023年换机周期长达51个月)。面对当前市场困境,以及折叠屏手机等发展新方向,行业内主流厂商积极拥抱新材料新工艺,这种背景下钛金属走入人们视野。钛的应用能有效满足消费电子行业对产品高端化的需求,并提高消费者对终端产品定价接受度的阈值,或将有效刺激换机需求,改善行业所处困境。

3.1.1“钛”材料应用拓展

在过去的几十年中,钛一直是航空航天产业的基石材料,但今年钛材料已然带着“高端化”的标签进入了大众的视野。自今年7月以来,我们看到钛金属开始规模渗透至消费电子行业,苹果、荣耀、小米等多家企业均在新推出的旗舰款手机、手表产品上采用了“钛”,钛构件的形态包括手机中框、铰链轴盖、手表表壳等。那么为何“钛”开始在消费电子产品中大规模普及?通过对比纯钛、钛合金、铝合金、不锈钢这几类消费电子结构材料的物理性能参数,可以看到纯钛及钛合金的诸多优异性能如轻量化、强度高、生物相容性好、耐蚀性好以及抗磁性等,使其与消费电子产品的需求相匹配;

3.1.2增材制造等新工艺推动应用创新

除了材料本身的性能和成本因素,新材料的应用还面临着工艺上的变动。由于钛合金具有热导率低、难加工等问题,因此传统机加工的过程中,容易产生粘刀、切削速度慢、刀具损耗严重、生产效率低等问题,加工难度较铝高出很多,且钛合金价格相对高昂,传统工艺流程长、材料利用率较低(通常不到506),材料浪费较多,使得消费电子厂商开始寻找新型的加工工艺,以满足新材料的应用要求。由于增材制造的应用、钛铝复合工艺的成熟帮助解决了钛构件的传统生产痛点,钛在精密零部件中的批量化应用成为可能,钛金属在消费电子领域的推广也变得更为可行;

与此同时,我们也看到增材制造加工成本仍然较高,产能相对有限,因此终端用户在钛金属的利用上也在考虑多金属复合工艺。而轧制复合工艺和挤压复合工艺具备产量高、适应性好等优点,能够满足消费电子领域大规模交付的需求,因此被产业链重点考虑,成为当下面对钛金属复合加工的主流解决方案;

不同工艺路线各有优劣:综合不同工艺特点,可以看到冷轧复合工艺、挤压复合工艺以及3D打印的主要区别在于冷轧工艺用的原材料为板材或卷材,挤压工艺用的原材料为线材,而3D打印工艺使用粉材。线材通过轧辊形成的板材较窄,且由于钛合金延展性问题,良品率中等,因此主要应用于手机中框等产品;而轧制工艺使用的板材宽度大约在50cm-80cm,大大宽于挤压工艺,但由于此前国内符合要求的薄板材产能有限,且钛合金在冷轧过程中容易开裂等问题导致初期的加工难度和良率较低,因此成本较高,随着钛合金卷材的应用,预计成本和产能的问题将逐步缓解;3D打印工艺使用的高品质粉材有一定门槛,因此价格较高,但可以成型复杂结构,良品率较高,成本属于三者中最高的。我们判断,冷轧工艺更加适用于尺寸较宽的制品,良品率还有进一步提升的空间;丽挤压工艺适用于尺寸较窄的产品;3D打印工艺适用于复杂结构件,还需进一步降本增效;

3.2人形机器人打开钕铁硼新增长极

近年来,新能源领域的高速发展带动钕铁硼永磁材料需求井喷,稀土永磁行业已步入基本面驱动时代。高性能钕铁硼主要应用于高技术壁垒领域中各种型号的电机、压缩机、传感器等,其下游应用具备多元化的结构,以传统汽车、变频空调、节能电梯、消费电子等规模市场为基本盘,在风电、新能源汽车、工业机器人及智能制造等高成长领域持续渗透,且有望迎来人形机器人等新兴领域的产业化发展机遇;

我国机器人行业政策频出,未来国内机器人产业发展方向和目标也同样具备确定性。2023年1月,工信部等十七部门联合印发《“机器人+”应用行动实施方案》,方案提出,到2025年,制造业机器人密度较2020年实现翻番,服务机器人、特种机器人行业应用深度和广度显著提升。深圳、上海、北京等地方政府自2023年5月以来接连推出行业行动方案,指出需加速布局智能机器人、人形机器人的研发和应用,增加工业机器人的使用密度,以及打造国际先进的机器人产业集群。11月2日,工信部印发《人形机器人创新发展指导意见》,明确提出:“至2025年,大脑、小脑、肢体等一批关键技术取得突破,整机产品达到国际先进水平并实现批量生产,在特种、制造、民生服务等场景得到示范应用”。本次指导意见为继9月份《2023年未来产业创新任务揭榜挂帅工作》后的又一重磅方案,也是国家层面首个仅针对人形机器人政策方案,对人形机器人的量产与应用时间做出了明确指引,重点部署了关键技术、产品培育、场景拓展、生态营造、支撑能力五方面内容。指导意见对于人形机器人的硬件和软件都提出了重点发展方向和目标,政策支持下国内人形机器人产业链有望快速补齐关键技术及核心部件短板,产业链发展有望提速;

3.3芯片电感拉动金属软磁材料需求

磁性元器件是利用电磁感应原理,将电能和磁能相互转换,从而达到能量转换、传输的电子元器件。磁性元器件通常由磁芯、绕组、绝缘料和固定件构成,它是储能、能量转换及电气隔离所必备的电力电子器件,主要包括变压器和电感器两大类:1)变压器是利用电磁感应的原理来改变交流电压的装置,主要功能有电压变换、电流变换、阻抗变换、隔离、稳压(磁饱和变压器)等;2)电感器又称扼流器、电抗器、动态电抗器,是能够把电能转化为磁能而存储起来的元件。

人工智能发展浪湖催生算力建设提速,高功率芯片需求激增大幅牵动了上游芯片电感需求。2023年ChatGPT的爆火出圈引起了全球各国对人工智能领域的关注,算力基础设的重要性变得不言而喻,但仅靠云计算中心集中存储、统一计算或集中式的模式已经无法满足终端设备对于时效、容量、算力的需求。在此算力建设加速发展的趋势下,越来越多的算力需求下沉到边缘和终端,这意味着会需要更多的大算力芯片。随着芯片制程的不断微型化并开始向3nm迈进,芯片电压越来越低,对芯片供电模块的核心元件芯片电感提出了更高的要求。芯片电感起到为GPU、CPU、ASIC、FPGA等芯片前端供电的作用,算力建设提速之下大算力芯片的应用需求提升也带动了上游芯片电感的需求井喷;

铂科新材的芯片电感产品已批量用于英伟达AI芯片GPU-H100,产能扩张如火如茶。基于在金属软磁粉末制备技术、成型工艺及电力电子方面的技术积累,铂科新材采用独创的高压成型结合铜铁共烧工艺,于2020年成功研发并向市场推出了芯片电感产品。公司开发出的铁硅3代、4代金属软磁材料性能指标领先行业,其制成的芯片电感具有小型化、耐大电流的特性,比主流的铁氧体芯片电感更加适用于大算力的应用需,当前下游客户包括英伟达、英飞凌、AMD等国际知名厂商。公司于23H2开始批产交付芯片电感产品,并计划到23年年底实现约500万片的月产能,24年将根据市场需求情况扩充至1,000-1,500万片/月,通过翻倍式产能扩充来满足客户的个性化需求。芯片电感产品的布局完成了公司从发电端到负载端电能变换全覆盖的产线布局,平台化业务模式有望为未来公司发展提供崭新的机遇;

四、前沿创新驱动时代发展

随着中国经济进入到较为成熟的发展阶段,前沿领域的探索将成为新时代发展的动力。低空经济政策端的推动将刺激行业加速落地,深刻改变城市时空维度的布局;超导技术的突破将使得低成本的能量传输和高效能的发电方式成为可能。此外,这些前沿领域应用的快速发展,将推动新的材料和工艺的进步,进而带来新的产业机遇和投资机会。

4.1低空经济

低空经济是以各种有人驾驶和无人驾驶航空器的各类低空飞行活动为牵引,辐射带动相关领域融合发展的综合性经济业态。目前我国的航空器主要分为国家航空器和民用航空器,其中国家航空器包括军用航空、海关航空以及警用航空等,民用航空器包括运输航空和通用航空等,其中警用航空、海关航空以及低空通用航空都属于低空经济范畴;

材料工艺均有创新:低空飞行器具有低空和飞行两个特点,因此相较于传统航空,低空飞行器主要用于物流、摄影、旅游等领域,速度和高度均有所限制,因此对于材料的使用在刚度和强度等方面有所取舍,但整体上对经济性要求更高——无人机物流的成本要做到与人工平价,而垂直起降飞行器(eVTOL)的成本不能高于传统交通方式太多;而相较于汽车工业,飞行器的主要优势是无视交通拥堵,但对于结构轻量化、安全性要求较高。综上所述在材料和工艺的选择上,低空飞行器均需要进行取舍和创新。碳纤维和增材制造作为轻量化材料和工艺,在成本上较传统的铝合金以及压铸工艺要高,但具有鲜明优点,因此有可能在低空飞行器上得到广泛应用;

4.1.1碳纤维或迎新应用

低空经济大量采用碳纤维结构:几乎所有的低空载人飞行器制造商尤其是eVTOL都考虑在其主要结构中加入复合材料以达到减重增强的效果,而由于目前行业发展尚不成熟,主要工艺还是使用热固性树脂的热压罐工艺,而随着热塑性碳纤维成型技术的成熟,未来或将形成新的材料和工艺趋势:Joby是全球领先的eVTOL制造商,其第一代飞行器航程150英里,采用V型尾翼,其主要飞机结构如机身、尾翼、机翼、机舱、桨叶等600多个零部件都是由纤维复材制成,使用的增韧复合材料主要采用东丽供应的T1000M和T800M高强碳纤维。工艺层面,只有大型部件才使用AFP(自动铺丝),其余部分大多采用人工铺放;

低空飞行器为什么要用碳纤维:对于一款飞行器而言,哪怕是时速较低、热量堆积不多的低空飞行器而言,机翼的升阻比也至关重要,要求在尽量满足强度和刚度的基础上,降低结构重量的占比,从而为载荷提供空间。低空飞行器中,大多数是旋翼式,因此结构件在飞行过程中存在高频振动、剐蹭障碍物以及因为快速机动带来的弯矩、扭矩和剪切力等复杂载荷,而相较于铝合金、钛合金等金属,碳纤维质量轻、强度高、模量高、耐磨性好等优势格外突出,被广泛应用于机壳、机翼、机载构件等重要承力件中;

低空经济材料应用有何不同:传统航空碳纤维多采用热固性材料如环氧树脂,工艺多采用热压罐成型,其主要缺点是成型速度比较慢、投资成本过高、废料无法回收,且装配过程大多需要依靠粘合剂进行粘接,这也是目前碳纤维在汽车等工业领域渗透较慢的主要原因。优点是树脂与沟槽结合度较高且目前工艺较为成熟,因此被用于高空飞行器以及航天飞行器中。尽管目前的eVTOL在小批量试验阶段仍然采用成熟的热压罐工艺,从而更好地通过适航认证。但随着飞行器规模扩大以及工艺进步,对于大批量生产城市用载具和飞行器的要求除了轻量化、高强度以外,在成本和生产效率方面有较为严格的要求。基于以上原因,未来或将使用热塑性材料,采用短切混合纤维层压成型,装配环节采用焊接的工艺,从而实现低空飞行器碳纤维的低成本快速制造,也为后续碳纤维回收提供了较好的基础。但是,采用热塑性材料并非没有风险,其中最大的挑战是工艺温度,一般热塑性复材在320-350°℃才会熔化,因此需要小心控制结晶温度。因此,产业现阶段采用热固性材料,待工艺成熟后,热塑性材料有望成为未来应用趋势;

4.1.2增材制造助力轻量化

增材制造在不同领域的探索加快:上文我们已经论述了3D打印2023年在消费电子领域的拓展,而除了消费电子以外,增材制造在模具、医疗以及汽车等多个领域也取得了成绩。我们判断,增材制造仍将着眼于成本较不敏感、轻量化要求高、同时批产数量相对中等的领域;

4.2超导材料

超导材料是指在一定的温度下,具有完全导电性(直流电阻为0)和完全抗磁性的材料。超导体凭借其强大的特性而被应用在电子通信、电力能源、医疗设备、交通运输、高能物理、机械工程及军事等多个领域,超导技术在各个应用领域的战略性发展将极大地满足一国的安全需求、社会发展需求、能源战略需求。作为前沿新材料,无论是超导材料本身的更新迭代,还是下游应用端的创新和突破,超导产业的相关进展一直牢牢牵动着全球各界的目光;

4.2.1低温超导应用逐步铺开

以铌基超导材料(NbTi和NbSn)为主的低温超导材料具有优良的机械加工性能和超导电性,是目前最主要的实用化超导材料。低温超导产业链主要包括上游原材料、中游超导线材、超导磁体及下游超导设备四个环节:1)在原材料环节,低温超导线材原材料包括Ti、Nb、Sn等金属原料;2)在超导线材(NbTi、NbaSn超导线)生产环节中,NbTi超导线的上游还包括NbTi棒材生产环节,由于Nb和T的熔点相差较大,且NbTi合金中Nb的含量较多,如果控制不好熔炼技术,易产生不熔块,导致后续细芯丝NbTi线在加工中断裂,因此NbTi二元合金棒的制备非常困难,为重点技术加工环节;3)超导磁体是由超导线材绕制而成的能产生强磁场的超导线圈,并包括其运行所必要的低温恒温容器。基于超导材料的特性,超导磁体具有场强高、体积小、重量轻等特性。由于超导材料在超导状态下具有零电阻的特性,因此可以以极小的面积通过巨大的电流;4)下游行业主要为各类超导设备,随着磁共振成像仪(MRI)、磁控直拉单晶硅技术(MCZ)、核磁共振谱仪(NMR)、质子加速器、核聚变实验堆等领域的发展,未来低温超导线材的市场空间巨大。

4.2.2高温超导商业化持续推进

目前具备实用价值的高温超导材料主要包括铋系(BSCCO)、钇系(YBCO)、二硼化镁(MgB2)及铁基超导材料等。我国高温超导材料处于商业化初期阶段,但全面发展仍需时日。高温超导行业产业链主要包括上游原材料、中游超导材料(包括线材、带材等)、下游应用产品三个环节:1)上游原材料行业主要包括各类矿产资源,具体涉及的金属元素诸如铋(Bi)、锶(Sr)、钇(Y)、钡(Ba)等,以及镧(La)等稀土元素;2)中游为超导材料加工环节,主要产品包括BSCCO和YBCO等带材、MgB2线材以及铁墓超导体等,该环节是高温超导走向产业化的核心;3)下游包括各类超导应用产品及领域,如超导电缆、超导电机、超导限流器、超导变压器、超导滤波器、超导磁悬浮、可控核聚变装置等,是高温超导行业的载体。

全球高温超导电缆市场规模有望保持增长,未来超导带材持续降本有望进一步打开市场需求空间。据贝斯哲咨询,2022年全球超导电缆市场规模达到20.65亿元,预计到2028年全球超导电缆市场规模将达到54.07亿元,2022-2028年CAGR为17.4%。当前国内超导电缆商业化推进仍聚焦于示范工程项目,阻碍超导电缆实现快速大规模商业化的原因在于高温超导材料价格较为昂贵,超导电缆较高的硬件成本会削弱对常规电缆的替代动力。目前国内上海超导、上创超导、东部超导(永鼎股份全资子公司)等公司已具备较为成熟的第二代高温超导材料制造技术,但未来仍迫切需要进一步研究能产业化生产低成本、高性能高温超导带材的制备工艺。随着YBCO高温超导带材的产业化推进和相应的单位降本逐步兑现,超导电缆市场有望实现从示范项目到商业化应用的跨越,,未来高温超导电缆市场的商业化序幕也将随之拉开;可控核聚变领域中托卡马克装置同样依赖于超导体的应用。当今实现可控的磁约束聚变需要依赖于超导托卡马克装置,其中超导体为聚变的稳态运行提供核心的支撑作用。由于超导体的零电阻特性使其能承载高电流密度,托卡马克装置中的超导磁体在通电后产生的环形磁场能维持聚变反应的长时间稳态运行;

编辑:火腿肠
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