碳陶、碳碳刹车材料：多因共驱产业从0到1，汽车吹响成长号角

碳碳复材基于其低密度、高强度、高导热性、摩擦性能好、热衰退程度轻等优异的综合优势性能，是高速制动场景中的理想刹车材料，碳陶复材解决了碳碳复材湿态摩擦因数衰减大的缺点，综合性能再进一步，是最新一代刹车材料。本篇我们聚焦于碳陶、碳碳复材在汽车、飞机和高铁领域的市场前景，判断在汽车应用市场快速增长之下，碳陶刹车行业有望迎来从0到1式的发展。碳碳刹车行业在国内企业的性价比优势之下，有望率先在民机更新替换市场上实现国产替代。军事强国建设及新型武器列装也将推动推动碳碳刹车在军机市场上渗透率稳步提升。 汽车碳陶刹车：电动智能化、轻量化和高端化共驱百亿蓝海市场。相较于目前主流汽车刹车材料灰铸铁，碳陶刹车的核心优势在于：1）轻量化，同等工况下，碳陶刹车相比铸铁刹车可实现悬挂系统以上减重100kg的效果，事半功倍；2）热衰退现象更轻、制动距离更短、湿摩擦系数高，可确保更高的驾驶安全、更高的可靠性、更优的操控和刹车体验。政策与市场共驱新能源车销量和渗透率持续快速提升，汽车轻量化、电动智能化需求日益凸显，而碳陶刹车是理想的轻量化材料，也是自动驾驶线控制系统理想的刹车执行材料，渗透率提升是大势所趋。我们测算2025年碳陶刹车材料市场总规模可达百亿级：测算2025年C级新车、新能源商用车以及汽车改装市场分别将为碳陶刹车材料市场贡献37.04亿、21.61亿和57.2亿市场规模。目前碳陶刹车的生产厂商以海外企业为主 ， 包括布雷博 （Brembo）、 英国ALCON、 英国AP、 美国fusionbrakes等，其中布雷博是全球碳陶刹车制动系统的领军企业，海外企业进入行业较早但产品售价高昂，难以实现大规模商用，我们以国内企业的碳碳复材成本结构以及降本经验为参考，认为碳陶复材降本有空间，且目前已有优化陶瓷化制备工艺、开发近尺寸预制体成型工艺、智能化生产制造等明确降本路径，短纤和长纤盘也能分别满足不同档次客户需求。国内企业如金博股份和天宜上佳已有低成本制备技术储备，相较海外企业可实现大幅成本下降，且已开始与下游车厂建立定点合作关系，具备碳陶刹车盘量产能力。我们认为，我国电动车市场以国内企业为主，国内碳陶刹车盘企业与主机厂在联合研发、主机厂认证、产品性价比等方面有全面的先发竞争优势。我们看好汽车碳陶刹车盘市场在汽车电动智能化、轻量化、高端化以及成本下降的共同推动之下迎来产业从0到1的拐点，看好国内企业在百亿蓝海市场上的先发领先。 飞机碳碳刹车：国产替代机会在民机维修更新市场，军机渗透率稳步提升。碳碳刹车材料是飞机主流刹车材料，相较于汽车，飞机刹车这一场景对湿摩擦系数衰减问题痛点不强，且碳陶刹车成本高于碳碳，目前没有明显向碳陶刹车升级的趋势。军机领域我国已有北摩高科、西安制动等企业具备大规模供应能力。随着军事强国建设继续推进，军费支出占GDP比例有望提升，航母舰载机等新型武器列装以及碳碳复材成本下降也将推动碳碳刹车材料渗透率提升。测算2025年军用飞机碳碳刹车盘市场规模达8.84亿。民航飞机方面，民航制动的原始设备供应商市场（OEM）长期由海外巨头垄断，短期内国内企业难以突破，性价比优势之下，国产替代机会主要在更新替换市场，目前北摩高科、西安制动等国内企业已取得碳刹车PMA证书，获得进入维修更新市场的资质。测算维修更新市场的国产替代空间接近30亿。 高铁刹车：高铁提速倒逼向碳陶刹车盘升级。目前高铁刹车盘以铸钢和金属基复合材料为主，随着我国高铁提速进程重启，将倒逼刹车盘材料向碳陶升级。 风险提示：新能源车销量和渗透率提升不及预期、数据测算偏差、参考信息滞后。 一、高速制动场景催生碳碳/碳陶刹车材料需求 制动器是使运动中的机构改变速度或迅速减速进而停止并保持停止状态的机械装臵，其原理为通过摩擦将动能转换为热量吸收或者散发掉，制动器中所使用的摩擦材料被称为刹车材料，根据所使用的机构，刹车材料可以分为汽车刹车材料、火车刹车材料和航空刹车材料等，根据材料类型，则可以被分为树脂基刹车材料、粉末冶金刹车材料、碳/碳复合刹车材料以及陶瓷基刹车材料。 图表1：制动刹车材料分类 高速制动场景催生碳基刹车材料需求，碳陶为终极升级方向。要满足制动需求，刹车材料需具备足够而稳定的摩擦系数、抗氧化磨损性能优异，环境适应性强等，除此之外，刹车材料还要兼顾舒适度和性价比，需要具备摩擦噪音小、工作中不粘结和咬合以及原料来源充裕，性价比高等特点。最开始的刹车材料为棉线增强的树脂基材料，后续发展了石棉材料、熔铸金属材料、粉末冶金材料、碳碳复合材料以及纤维增强陶瓷基复合材料，石棉材料因为致癌性，熔铸金属材料因为摩擦系数不稳定、磨损大和易粘结等缺点不能满足飞机、高铁以及高性能汽车等高速制动场景的制动要求，粉末冶金材料、碳碳复合材料以及纤维增强陶瓷基复合材料目前已成为高速制动场景的主流刹车材料。其中碳陶复合材料基于其在干湿态摩擦因数、磨损损失、火花、质量等方面的全面领先，是未来刹车材料的终极升级方向。 图表2：不同刹车材料的性能比较 二、汽车碳陶刹车：电动智能化、轻量化和高端化共驱百亿蓝海 市场 2.1碳陶刹车为汽车刹车材料升级方向 刹车材料是汽车制动执行系统的重要组成部分，对行车安全和操控体验至关重要。传统汽车制动系统包含用来对汽车车轮施加外力以对其进行一定程度强制制动的操控系统、液压系统、助力系统、电子控制系统和执行系统。其中执行系统包含刹车钳、刹车片和刹车盘，刹车片与刹车盘组成一对摩擦副，在汽车制动时通过相互之间的摩擦来将汽车动能通过摩擦转化为热能，从而达到降低速度的效果。刹车材料作为汽车制定执行系统的重要组成，需要具备高强度和耐久性、制动能量吸热能力强、高减振，最小化NVH（噪音、振动、刺耳）、耐腐蚀程度高等性能要求，刹车材料性能的优劣对驾驶员的安全系数以及操控体验有至关重要的影响。 图表3：汽车制动系统组成部分 图表4：汽车刹车盘构造 汽车主流刹车盘材料为灰铸铁，碳陶刹车性能更优但成本更高。灰铸铁是第一种用于制造汽车刹车盘的材料，能够实现摩擦稳定、噪音低、磨损率低等优秀性能和低制造成本的平衡，因此19世纪末以来一直是汽车刹车材料的主流，但灰铸铁材料热衰退较为严重，也就是当摩擦加剧导致更高温度时，制动距离缩短，性能下降。相较于灰铸铁，碳陶刹车热衰退现象更轻，且具备更轻的重量、更短的制动距离、更小的制动噪音、更长的使用寿命以及更加耐腐蚀。可以说，碳陶刹车在性能方面完全碾压灰铸铁刹车，是汽车刹车材料的升级方向。碳陶刹车的缺点在于制造周期长，成本高，从而售价也远高于灰铸铁刹车。特斯拉model s plaid可以选配的官方碳陶刹车套件售价高达两万美元，但普通灰铸铁刹车售价一套不到1000元。 图表5：碳陶刹车盘与传统刹车盘性能比较 图表6：特斯拉为Model S Plaid推出的碳陶刹车套件及所包含的内容 图表7：Brembo制造的碳陶刹车盘以及为法拉利提供的碳陶刹车套件 2.2汽车电动化、智能化、高端化和成本下降共驱碳陶刹车渗透率提升 政策与市场共驱新能源车销量和渗透率持续快速提升。双碳背景下，政府持续加大对新能源汽车产业的支持力度，2011-2021年新能源汽车销量CAGR达83.44%，2021年新能源车销量352.05万辆，占汽车销量的比例由0.04%提高到13.4%，新能源车渗透率在2021年首次超过10%，意味着市场需求的真正打开，叠加规模效应带来的成本下降以及燃油价格的大幅上涨，将进入政策与市场共驱销量快速增长的阶段，预计渗透率还将快速提升。 图表8：2021年我国新能源汽车销量达352.05万辆 图表9：新能源汽车销量占比逐年上升 汽车电动化带来轻量化需求提升，碳陶刹车减重事半功倍。相较于燃油车，电动车没有了内燃机和变速箱等传统结构，但所携带的电池导致同级别的电动车普遍要比燃油车重。电动车较高的自重带来两方面问题，一是安全问题，自重越大的车行驶惯性会越大，也就意味着需要配备更强的刹车。二是续航里程问题，自重大会减少续航里程，对电动车而言会加重“里程焦虑”。结合以上两方面来看，不论是在行车安全方面还是减重以增加续航里程方面，碳陶刹车制动距离短、使用寿命长以及重量轻的优势在汽车电动化趋势之下都将愈发凸显。 举例来讲，以勒迈380mm的碳陶刹车盘为例，一对碳陶刹车盘比同尺寸灰铸铁刹车盘可使汽车悬挂系统以下减重20kg，等同于悬挂系统以上减少100kg重量效果，在减重上起到事半功倍的效果；碳陶刹车盘良好的摩擦性能及无热衰退现象也带来更好的制动效果。提升续航里程方面，数据显示汽车的车身每减重10%，燃油的消耗可降低6%-8%，换言之，汽车减重100kg，百公里油耗大约降低0.3-0.6L，电动汽车重量每降低10kg，续航里程可增加2.5km，一辆汽车如果安装两对碳陶刹车盘，可减少百公里油耗0.6-1.2L，对于电动汽车，可增加续航里程50km。 图表10：电动车普遍较燃油车自重大 图表11：电动车自重和续航里程的关系 汽车电动化和智能化趋势带动线控制系统装配率提升，碳陶刹车是理想的线控刹车系统刹车材料。电动车渗透率的不断提升将在两方面带来线控刹车系统需求量的提升：一方面，电动车本身对延长续航里程的诉求很强，由于线控刹车系统的各部件只是通过电信号来交流，这样就能通过刹车控制单元在动能回收与机械制动之间进行选择，将二者完美融合从而最大限度回收能量，增加电动车续航里程。另一方面，电驱动为实现自动驾驶打下基础，根据Strategy Analytics预测，2020-2035年全球L2及以上的智能车渗透率将由7%大幅提升至79%。根据华为发布的《智能世界2030》，中国自动驾驶新车渗透率将超过20%，自动驾驶渗透率和自动驾驶级别的不断提升意味着驾驶员会逐渐将更多的控制权限下放给车载计算系统，线控制系统的装配率随之将不断提升。相较传统的机械控制，线控系统的最大优势是响应精准迅速，可以为智能驾驶提供更高的制动响应速度。从以上两方面来看，线控刹车系统是未来刹车系统发展的大势所趋。而碳陶刹车系统基于自身制动距离短的优势，与线控制系统配合，不仅能为自动驾驶提供更高级别的刹车安全保护，也有助于更好回收能量、减轻车重，从而延长续航里程。 图表12：不同自动驾驶级别的内容对比 图表13：线控刹车系统示意图 人均可支配收入增长推动我国高端车和汽车改装市场规模不断扩大。 2013-2021年间我国人均居民可支配收入CAGR为8.48%，居民收入水平提升促消费升级，2013-2021我国C级车销量占比由3%上升到7.29%，2021年销量达72.86万辆，我国人均GDP即将迈入高收入门槛，C级车为中大型车，定价更高，更追求性能和驾驶体验，随着居民可支配收入不断提升带来消费水平提高，预计C级车销量仍将保持快速增长。C级车之外，汽车改装既能彰显个性化需求，又可提升车辆性能，产业信息网数据显示，在欧美日等发达国家有着发达的汽车改装市场，汽车改装率高达80%以上，相比之前我国汽车改装率只有3%左右，我国汽车改装市场尚处于起步阶段，存在一些诸如改装配套政策法规和技术标准不完善、政府管理模式和机制不健全、改装专业化技术及人才储备不足等问题，但随着我国汽车市场由增量市场向存量市场过渡，以及更偏好个性化的90后、00后年轻购车群体的增加，车主为追求个性化和提升性能而进行改装的意愿越来越强，许广健、王海洋在《欧美日汽车改装制度研究及对我国的借鉴》中提出，据不完全统计，65%的私家车消费者具有汽车改装的意愿。总之，我国C级车消费及汽车改装市场规模在人均可支配收入不断提升、相关改装政策法规不断明确和专业人员队伍不断扩大的大背景下持续增长的方向是明确的。 碳陶刹车具备刹车距离短、轻量化、制动噪音小等优势，安装碳陶刹车相当于在悬挂系统以下减重，这样会使方向盘操控更为灵巧，车身振动减小，舒适度更高，碳陶刹车卓越的性能表现可匹配C级车以及汽车改装市场对车辆性能的较高追求。 图表14：2021年我国C级车销量达72.86万辆 图表15：C级车占基本型乘用车的比例逐年上升 图