陶瓷型芯技術發展趨勢及市場趨勢面臨的機遇挑戰
陶瓷型芯行業在我國起步較晚，行業仍處于發展階段，國內具備批量生產穩定供應能力的企業較少。國際上主要從事或陶瓷型芯的企業主要有 MorganAdvanced Materials 等，但由于陶瓷型芯在我國的應用方向涉及軍工領域，國外公司難以在國內開展相關業務。陶瓷型芯苛刻的使用條件對其高溫結構穩定性、化學相容性、溶出性、表面質量等提出了嚴格的要求。硅基陶瓷型芯的相結構與性能，在很大程度上取決于陶瓷型芯坯體中基體材料石英玻璃轉化的方石英數量及其分布。陶瓷型芯燒成過程中形成的方石英數量，影響陶瓷型芯的燒成強度及高溫結構穩定性，進而對渦輪葉片澆鑄合格率產生重大影響。
1、陶瓷型芯技術發展歷程
提高渦輪燃氣溫度一直是航空發動機、燃氣輪機研究的重點。現階段，提高渦輪燃氣溫度主要通過三種手段：一是開發新的高溫合金材料，以不斷提升葉片的承溫能力，二是研制新型的熱障涂層，三是改善渦輪葉片的氣冷結構，提高葉片的冷卻效率。
渦輪葉片的制造過程中，傳統的鍛造、機加等手段不能成形復雜的葉片內腔形狀，只能采用熔模鑄造工藝生產。熔模鑄造中，形成空心鑄件內腔形狀的陶瓷型芯，其性能和質量對鑄件生產的質量和合格率起到重要影響。
我國對陶瓷型芯的研制，始于 20 世紀 70 年代中期。經有關研究院所、高等院校和企業的共同努力，自 80 年代以來，已研制成功 XD-1 硅基陶瓷型芯和 AC-1、AC-2 鋁基陶瓷型芯等多種陶瓷型芯，滿足了研制新型航空發動機的需要。進入21 世紀以來，盡管研制陶瓷型芯的單位數量有所增加，但產品品類齊全、具備量產能力、穩定供應的陶瓷型芯生產企業相對較少。
陶瓷型芯經過多年發展，產品種類不斷豐富，行業內一般按化學組成、成型方法等的不同進行區分。
資料來源：普華有策
2、陶瓷型芯技術發展趨勢
隨著現代熔模鑄造朝著“優質、精密、大型、薄壁、無余量”方向的發展，對陶瓷型芯的性能及工程可靠性提出了新的需求，陶瓷型芯制備技術的發展也正面臨著新的機遇。
（1）承溫性能不斷提升
隨著高溫合金由鐵基合金、鈷基合金和鎳基合金向定向共晶合金及金屬間化合物的發展，渦輪葉片由等軸晶向定向凝固柱晶及單晶的發展，高溫合金澆鑄溫度不斷提高，澆鑄過程時間不斷延長，進而對陶瓷型芯的承溫能力要求不斷提高。
（2）形狀結構復雜化、精細化
渦輪葉片氣冷結構由傳統的對流、回流、氣膜冷卻向發散冷卻、層板冷卻方式的改進，要求陶瓷型芯的形狀及結構更加復雜精細。
（3）組分多元化
合金材質的改進及合金種類的增加，要求陶瓷型芯的化學穩定性更高，適用面更寬。陶瓷型芯組分已在常用的氧化硅、氧化鋁的基礎不斷擴展。
（4）材料復合化
隨著對陶瓷型芯使用要求的不斷提高，單一材料已難以同時滿足陶瓷型芯制備工藝與使用性能的要求，不同陶瓷型芯材料之間的復合，不同材質陶瓷型芯件之間的復合，已成為發展趨勢之一。
3、市場現狀與發展趨勢
目前陶瓷型芯的主要應用領域為航空發動機和燃氣輪機的渦輪葉片制造。隨著發動機對推重比等性能指標要求的持續提升，渦輪溫度不斷增加，導致渦輪葉片的空心氣冷結構日趨復雜精密。在我國國防預算不斷提升、軍用飛機升級換代需求迫切和訓練量不斷加大的背景下，軍用航空發動機市場呈現穩步增長態勢，新戰機的大量裝備部隊，以及新發動機的不斷定型、量產，為陶瓷型芯行業市場規模的穩定增長態勢奠定了堅實的基礎。隨著國產 C919、C929、ARJ21 等商用飛機研發試制進度的不斷推進，對 CJ-500、CJ-1000、CJ-2000 等長江系列國產商用航空發動機的研發量產進度提出了明確要求，相關發動機型號定型量產交付，將極大地拓展陶瓷型芯的市場空間。燃氣輪機方面，我國各類軍用艦船生產及更新換代需求，以及“雙碳”背景下預期燃氣發電占比持續提升，將明顯促進軍用及民用市場對各功率級別國產燃氣輪機的需求，進而為陶瓷型芯行業發展和市場規模增長提供新的增長點。此外，其他熔模鑄造領域的發展，也將帶動陶瓷型芯產業的發展。
4、陶瓷型芯行業面臨的機遇
（1）國家產業政策大力支持
陶瓷型芯應用于軍用、商用航空發動機和燃氣輪機渦輪葉片等的研發制造，關系國防安全、運輸安全和能源安全，國家出臺一系列政策引導支持上述行業及配套行業的發展。我國于 2016 年 7 月頒布的《“十三五”國家科技創新規劃》，將航空發動機和燃氣輪機列為面向 2030 年的“重大科技項目”之一，要求在該領域“開展材料、制造工藝、試驗測試等共性基礎技術和交叉學科研究，攻克總體設計等關鍵技術。”，2021 年 3 月頒布的《我國國民經濟和社會發展十四五規劃和2035年遠景目標綱要》，將航空發動機和燃氣輪機列為“制造業核心競爭力提升”的重點領域之一，要求“加快先進航空發動機關鍵材料等技術研發驗證，推進民用大涵道比渦扇發動機 CJ-1000 產品驗證，突破寬體客機發動機關鍵技術，實現先進民用渦軸發動機產業化。建設上海重型燃氣輪機試驗電站”，“兩機”行業步入快速發展階段。
在新時代中國國防和軍隊建設的戰略目標的引領下，我國制訂了一系列支持性政策，《關于制定國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和二〇三五年遠景目標的建議》明確提出確保 2027 年實現建軍百年奮斗目標、加速武器裝備升級換代和智能化武器裝備發展、2035 年基本實現國防和軍隊現代化。在此大背景下，我國更新換代軍用飛機、艦艇的需求增大，為軍用航空發動機、燃氣輪機市場及其零部件、生產耗材行業發展提供政策性保障。《我國國民經濟和社會發展十四規劃和2035年遠景目標綱要》提出“推動 C919 大型客機示范運營和 ARJ21 支線客機系列化發展”，我國商用飛機的發展迎來關鍵階段，商用航空發動機及零部件、生產耗材行業市場迎來發展良機，市場潛力巨大。
國家能源局、科學技術部印發《“十四五”能源領域科技創新規劃》，提出“突破燃氣輪機設計、試驗、制造、運維檢修等瓶頸技術，提升燃氣發電技術水平”，并提出多個燃氣輪機技術的推進方案。在我國“碳達峰”對清潔能源的總體規劃目標下，工業燃氣輪機及其零配件、生產耗材市場迎來發展契機。
（2）我國空軍發展對軍用飛機的要求，支持相關特種陶瓷產品市場穩步增長，陶瓷型芯直接受益
根據《World Air Forces》的數據，相較于美國，我國軍用飛機數量少，代際落后。中國一流空軍建設正在持續推進，目前正處于新型號上量和原有型號更新換代的關鍵時期，對于換發和新裝發動機的需求均日益旺盛。近年來我國航空發動機領域的研發進度顯著加快，“秦嶺”、“太行”等定型量產發動機逐漸成熟，多款新型發動機均已接近定型狀態，預計不久將實現大規模批產。未來新產的殲-10、殲-15、殲-16、殲-20、運-20 等各類單發、雙發戰機，將全部大批量使用國產發動機，這將為航空發動機及零部件市場帶來可觀的市場增量，在此支撐下，相關特種陶瓷產品市場將穩步增長。
（3）商用航空發動機、燃氣輪機的國產替代、自主可控，催生陶瓷型芯巨大市場空間
我國的商用客機長期依賴進口，C919 大型客機是我國自行研制、具有自主知識產權的大型噴氣式客機。ARJ21、C929 國產民機已分別處于運營和研發階段，目前我國已經搭建起由支線客機 ARJ21、單通道噴氣客機 C919 及雙通道噴氣客機 C929 組成的國產商用飛機譜系。作為飛機的動力裝置的航空發動機是飛機制造中最核心的部件之一，事關公共交通運輸安全，實現自主研發和國產替代勢在必行。隨著我國具有完全自主知識產品的商用航空發動機研發、生產進度的不斷推進，有望大量替代進口發動機，航空發動機配套零部件的市場潛力巨大。艦用燃氣輪機和工業燃氣輪機，受制于國外將會威脅國家的國防安全和能源安全。燃氣輪機為國家重點推進研發的重點裝備，其實現自主可控是國家重點發展方向。多級別規格的燃氣輪機成功研發量產，將為相關特種陶瓷產品市場帶來新的市場增長點。
（4）中國航發集團“小核心、大協作”的經營原則，有利于陶瓷型芯配套廠商發展
GE、P&W、RR 等航空發動機制造企業均在全球范圍內尋找配套廠商，該生產協作方式有助于構建專業、高效的供應鏈體系和產業生態圈，有助于加快利用社會資源提高航空發動機生產能力和技術水平。中國航發集團在經營中亦推行“小核心、大協作”的經營原則，聚焦核心業務，引進具有專業優勢的供應商和研究團隊，對其科研生產能力形成有效補充和支撐。航空發動機主機生產企業將配套業務大量外協，為專業化科技型中小企業提供了良好的發展機遇，將顯著提升配套廠商的市場空間。
5、陶瓷型芯行業面臨的挑戰
（1）“兩機”領域研發投入大、驗證周期長的特點，對陶瓷型芯配套企業的研發能力提出較高要求
航空發動機、燃氣輪機工作原理復雜、工作環境惡劣，研發難度極大，對技術指標要求苛刻，需要研制單位耗費大量物質、人力經過長達十余年的刻苦攻關才能實現成功研發，又因其可靠性要求極高，需要經過反復多次驗證、評價，最終才能達到量產狀態。相應的配套企業在配合下游研發過程中，需要結合下游產品的技術指標要求，不斷進行配方工藝調試，反復調整方案，配合下游產品的驗證、評價工作，對其技術水平、研發投入提出了極高的要求。
（2）陶瓷型芯行業內企業普遍規模較小，競爭力較弱
多數航空發動機、燃氣輪機用特種陶瓷產品行業內公司，受制于技術工藝積累不足、配合下游經驗缺乏、資金實力有限等原因，難以實現對下游行業全技術工藝產品的覆蓋，普遍業績及生產規模較小，抗風險能力較差，競爭力較弱。
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