高成长性优质赛道，百舸争流成本为王

光伏热场供需逐步宽松，成本为王。1）特点：光伏热场是用在硅片拉晶过程中的耗材，主要包括热场四大件：坩埚、导流筒、保温筒、加热器等。碳/碳复材性价比高、安全性强，适应大尺寸单晶热场制备，对等静压石墨材料形成替代，20年碳/碳热场四大件渗透率分别约95%、60%、55%、5%。随着热场系统大型化以及N型硅片渗透率提升，碳/碳复材渗透率有望继续提升。2）供需：在硅片环节产能快速扩张、碳/碳复材尺寸大型化以及渗透率不断提升下，我们预计22-23年碳碳热场需求分别为6625、9199吨，YoY+42.6%、38.9%。2022-2023年为新增产能释放期，我们预计行业有效供给将分别达6958、9917吨，YoY+76.8%、42.5%，总体供需格局将逐步偏宽松。3）竞争要素：行业产品性能指标相当，均价接近，企业间毛利率差异主要来自成本，成本差异主要来自制造费用及直接材料成本控制。龙头企业通过工艺优化+采用快速气相沉积法+设备自研，可大幅降低折旧和辅料成本，制造费用较同业低约20万/吨。龙头企业自制预制体，相较同业外采，可降低原材料成本约5万/吨。 半导体热场渗透率提升加速，航空航天领域需求高景气。1）半导体热场：相较于光伏热场材料（P型、N型单晶对灰分要求分别为小于200ppm、100ppm），半导体热场材料对灰分要求更高，需小于30ppm。半导体热场材料认证壁垒高、周期长、产品供应结构相对稳定，目前仍以高纯等静压石墨产品为主，国产化程度低。硅片大型化有望推动半导体热场中碳碳材料渗透率提升，此外，在半导体国产化趋势下，半导体热场国产化进程有望加速。2）航空航天：C/C复合材料被应用于火箭热构件，是目前喉衬的最佳材料。航天强国+军事强国建设，为火箭喉衬提供了广阔的市场空间。喉衬市场壁垒高，玩家较少，主要为少数大型国有企业，格局更优。3）其他领域：C/C复材因其强度大、耐高温特性被用于真空热处理领域，市场规模虽然不大但产品毛利水平较高。先进碳基复合材料制备的密封环，相较金属及合金密封环具有明显的性能优势，已经在机械密封耐磨领域得到了较大程度的推广，渗透率有望持续提升。 龙头企业快速扩张，竞争优势持续领先。1）金博股份：聚焦碳基复合材料业务，产品性能卓越，持续技术突破+产业化，逐渐成长为平台型企业。公司依托现有技术拓展碳陶刹车盘、储氢瓶、碳化硅、碳纸、氢气等新兴领域，新业务有望接力碳碳复材热场部件，成为公司第二增长曲线。2）天宜上佳：公司在持续深耕摩擦制动主业的同时，积极开拓碳基复合材料相关业务，产品体系从轨道交通单一业务扩大至新能源等多品类业务，致力于发展成为绿能新材料创新产业化应用平台型公司。3）楚江新材：深耕铜材领域，也是国内独家军品碳纤维预制体供应商，并向光伏热场材料领域拓展。4）中天火箭：以固体火箭高性能材料技术为基础，拓展碳碳复合材料业务，产能持续扩张。 投资建议：在光伏、半导体、航空航天等领域拉动，以及碳/碳复材渗透率持续提升下，碳/碳复材需求望保持快速增长。龙头企业产能快速扩张，成本优势有望持续领先。我们重点建议关注碳/碳复材龙头金博股份、天宜上佳、楚江新材、中天火箭等。 风险提示：技术变革、行业价格大幅下滑、原材料和能源价格大幅上涨、行业供需测算有偏差风险、使用信息滞后或更新不及时风险。 一、光伏热场：供需逐步宽松，成本为王 1.1碳/碳复材替代石墨作为热场材料已成趋势 热场是用在硅片拉晶过程中的耗材，主要包括位于单晶炉内的坩埚、导流筒、保温筒、加热器等部件。其中坩埚的作用是承载内层的石英坩埚，石英坩埚中放臵熔融硅料；导流筒的作用是引导气流，并阻止外部热量传导至内部，使硅棒生长的速率提升；保温筒的作用是阻止内部热量向外传导，构建热场空间；加热器的作用是提供硅料熔化的热源。 图表1：单晶硅热场系统结构图 图表2：热场产品主要部件介绍 早期单晶炉热场系统材料主要使用高纯、高强等静压石墨材料，但石墨材料已不能适应热场系统向安全、高效、大型化发展的趋势。我国晶硅制造热场材料行业起步较晚，光伏行业发展前期，单晶拉制炉、多晶铸锭炉热场系统部件材料主要采用国外进口的高纯、高强等静压石墨。静压石墨材料存在非常明显的缺点：1）石墨在反复高温热震下易产生裂纹，容易导致部件破损，造成安全事故；2）从石墨件中挥发出来的杂质或石墨降解形成的颗粒会污染硅熔体，影响晶体品质；3）在制备大直径的产品时，传统石墨热场材料成型困难，而且纯度要求高，制备成本高昂，生产环节较多，制备周期长，交货周期也长。 碳/碳复材性价比高、安全性强，适应大尺寸单晶热场制备，替代石墨作为热场材料已成趋势。碳/碳复合材料是由碳纤维及其织物增强碳基体所形成的高性能复合材料，与传统石墨产品比较具有以下突出优点：1）性价比高，产品使用寿命长，减少更换部件的次数，从而提高设备的利用率，减少维护成本；2）可以做得更薄，从而可以利用现有设备生产直径更大的单晶产品，节约新设备投资费用；3）安全性高，在反复高温热震下不易产生裂纹；4）可设计性强，大型石墨材料成型困难，而先进碳基复合材料可以实现近净成型，在大直径单晶炉热场系统领域具有明显的优势。 图表3：等静压石墨坩埚产品工艺路线 图表4：碳/碳复合材料与石墨材料物理特性对比 碳基复材在晶硅热场应用渗透率不断提升。回顾碳基复材对传统石墨原料制造晶硅热场系统的技术路线替代过程，2005年之前，晶硅制造热场系统（单晶拉制炉、多晶铸锭炉）部件主要是以等静压石墨等特种石墨为主，生产企业主要是西格里和东洋碳素等碳素巨头；2005至2010年，碳基复材在晶硅制造热场系统的应用进入探索期，金博股份和西安超码等少数碳基复合材料厂商开始对等静压石墨产品进行进口替代。2011年，受日本福岛大地震影响，进口特种石墨供应紧张，碳碳热场得到批量应用机会窗口；2012至2015年，欧美双反政策冲击使得国内企业开始尝试新材料、新工艺以降低生产成本，碳碳热场产品因使用寿命长、可减少部件跟换次数，且具备热导系数低、有利节能增效的特点，顺应行业降本趋势得以快速应用；2016年后，国内光伏行业快速发展，碳碳热场迎来广阔发展空间，渗透率不断提升。 图表5：晶硅热场中碳基复材逐步替代等静压石墨产品 热场系统大型化以及N型硅片渗透率提升，继续推动碳基复材对石墨材料的替代。由于等静压石墨坩埚强度不足以保证产品安全，结构和性能不可调，因此热场系统大型化趋势下，碳碳复材对石墨材料的替代愈加明显。从金博股份主要单晶硅制造热场系统尺寸来看，已由2016年初的26英寸以下发展到目前30-36英寸，且金博股份在40、42英寸产品已实现小批量试制、生产和交付，为未来更大尺寸硅片的应用需求做好了技术和产品储备。热场制备过程中需要碳化硅涂层，石墨材料与碳化硅的热膨胀系数不一样，导致其涂层容易脱落，而碳碳复合材料与碳化硅的热膨胀系数接近，因此灰分更低。N型硅片对热场纯度要求更高，根据金博股份招股说明书，P型电池纯度等级为Ⅰ级＜200ppm，N型电池纯度等级为Ⅱ级＜100ppm。随着N型电池渗透率提升，有望继续推动碳基复材对石墨材料的替代。 图表6：N型硅片渗透率逐步提升 图表7：金博股份单晶硅热场系统尺寸的变化情况 预制体制备和致密化过程是碳碳复材生产的关键步骤。目前，碳/碳复合材料制备方法因致密化工艺的不同可主要分为化学气相沉积法、液相浸渍法及两种方法的综合使用。化学气相沉积法中，基体碳与纤维结合紧密、结构可调，该法成为制备高性能碳/碳复合材料的首选方法。以金博股份为例，公司碳碳复材生产流程主要包括预制体的制备、化学气相增密、石墨化和机加工。预制体的制备主要将碳纤维通过织布、成网、复合、烘干等工艺制备成预制体。化学气相沉积则是在CVD炉中进行化学气相沉积，在氮气的保护下，通入天然气，加热温度为300~500℃，气体热解并在碳纤维上沉积碳，填充多孔预制体的空隙，从而得到高密度的先进碳基复合材料。石墨化处理需使用高温热处理对原子重排及结构转变提供能量，使得产品性能达到使用要求。机加工处理则是把半成品加工成符合尺寸要求的产品。 图表8：金博股份碳纤维预制体制备流程 图表9：碳/碳复合材料部件制作过程 图表10：金博股份碳碳复材生产的主要步骤 1.2预计22-23年行业供需格局逐步偏宽松 预计22-23年碳碳热场需求分别为6625、9199吨，YoY+42.6%、38.9%。 单晶热场材料需求可分为三类：1）新增需求：硅片产能新增带来的单晶炉热场材料增量需求；2）替换需求：热场部件经过一定周期需要更换所带来的替换需求；3）改造需求：大尺寸硅片渗透率提升趋势下，小尺寸单晶炉需改造成大尺寸单晶炉的增量需求。在替换需求方面，根据金博股份公告，碳基复合材料热场部件为消耗品，坩埚的使用寿命约为6-8个月，导流筒的使用寿命约为2年左右，保温筒的使用寿命为1年半左右，加热器的使用寿命约半年左右。 图表11：全球碳碳热场需求测算表 2022-2023年为新增产能释放期，实际产能或一定程度高于规划产能。 据金博股份等公司新建项目建设周期情况，一般项目一年内即可建设完成并陆续释放产能，部分项目半年即可完成。根据对各公司产能建设情况的梳理，在建项目基本可在22-23年完成建设并陆续释放产量。随着近年来装备及产品技术的提升，沉积炉及产品的尺寸不断增大。气相沉积炉炉膛空间更大，可摆放的待沉积件数量增加；此外，随着主要碳/碳复合材料产品（坩埚、导流筒、保温筒等）尺寸的不断增大，品类增多，可配搭的不同尺寸产品增多。综上我们认为最终实际投产产能或将一定程度高于规划产能。 图表12：碳/碳热场产能规划情况 22-23年行业供需格局逐步宽松。据我们测算，随着行业内各企业积极扩产，我们预计22-23年行业有效供给（产量）将达6958、9917吨，YoY+76.8%、42.5%，总体供需格局将逐步偏宽松。但考虑到部分产能无法满足大尺寸热场产品生产需求，因此我们认为行业仍将有所分化，具备大尺寸热场部件生产能力的公司更具优势。 图表13：2020-2023年碳碳复材热场供给（产量）测算（吨） 1.3核心竞争力取决于制造费用&原材料成本控制能力 龙头企业毛利率处于行业领先地位。根据工艺流程的不同，碳碳热场行业主要公司可分为自制预制体（金博股份、隆基股份）与外购预制体（西安超码）公司。其中金博股份作为行业龙头，预制体自制、单一碳源快速化学气相沉积技术、自制自研沉积炉与高温炉，2021年金博股份热场系统毛利率保持在57%高位水平，在行业中处于领先地位。 图表14：2021年碳碳热场行业主要公司情况 行业产品性能指标相当，均价接近。根据中天火箭招股书，单晶直拉炉用的坩埚、导流筒、保温筒等产品作为热场系统的结构件，其核心作用为支撑整个高温热场，密度和强度系上述部件的关键指标，而导热系数不属于关键指标。通过金博股份与西安超码的主要产品的抗弯强度、灰分等指标进行对比，两者产品性能指标相当。从产品均价走势来看，2021年金博股份、西安超码产品均价分别为86.1、81.9万元/吨，均价接近。 图表15：金博与西安超码主要产品性能指标相当 图表16：金博与西安超码产品均价相当（万元/吨） 企业间毛利率差异主要来自成本，成本差异主要来自制造费用及直接材料成本。各企业间产品性能指标相当，均价接近，因此在行业走向供过于求阶段，龙头竞争优势主要在于对成本端的控制。2021年金博股份产品单位成本为367.7元/kg，同期西安超码单位成本614.5元/kg。金博股份成本优势主要体现在制造费用和直接材料成本，我们认为金博股份制造费用低的原因主要在于减少工艺步骤的同时，利用快速化学气相沉积大幅缩短沉积时间以摊薄折旧成本等；而直接材料成本优势在于金博股份自制预制体，直接材料主要碳纤维，而同行企业则通过外购预制体制备成品，直接材料主要是预制体。 图表17：金博股份、西安超码碳碳热场产品单位成本对比（元/kg） 制造费用差异主要来自辅料及折旧等成本。在辅料环节，金博股份采用气相沉积工艺仅需使用天然气作为辅料