300亿的刹车盘市场，碳碳or碳陶，谁主沉浮？

互推小编 2024-01-15

高速运转的物体，要想停下来，就需要“刹车”系统。1897年，Herbert Rood发明了第一块刹车片。早期刹车片采用棉花、棉布、皮革作为刹车材料，耐热性差。随着车辆速度和载重的增加，制动温度要求的提高，这种摩擦材料很快被淘汰。后来人们又发明了石棉的刹车片，石棉摩擦材料具有成本低、比重小、不易损伤对偶材料，机械强度高、耐热性和耐磨性良好等独特优点，故获得极为广泛的应用，但人们逐渐发现石棉纤维对人体具有致癌作用。上个世纪70年代，世界性的能源危机、汽车速度的提高促使制动系统由鼓式制动向盘式制动转化。摩擦材料专注于对石棉纤维的替代。而这又大体分为两个发展方向，一种为用金属纤维替代石棉纤维，这种摩擦材料后来演变为用途十分广泛的半金属刹车片；另外一种方向为用非金属纤维等对石棉进行替代，这种刹车片即为早期的NAO型刹车片。

1958年，美国Chance vought 航空公司在研究碳纤维/酚醛树脂复合材料时，发生了一些失误，使树脂基体未被氧化而发生了热解形成基体碳，这是世界上首次发现碳/碳复合材料。从此人们开始了对碳碳复合材料的研究，而随着碳纤维技术的成熟，碳纤维基的刹车片的应用越来越多。特别是在飞机、高铁、高档跑车等领域，碳纤维基的刹车盘优势更加明显。以飞机为例，当飞机制动时，刹车片表面温度能达到2000℃以上，碳基复合材料既不会熔融粘结，也不会翘曲变形，冷却以后可继续使用；而金属基复合材料的温度超过660℃以上就会产生翘曲变形，导致熔融粘结，需要对刹车组件进行大修。此外碳纤维基刹车片的密度小、强度高、摩擦系数稳定，寿命长等特点，特别适合作为飞机刹车材料使用，所以自上世纪九十年代以来，碳刹车已成为新型飞机的标准配置而广泛应用。

目前碳纤维基刹车片，有碳碳复合材料和碳陶复合材料两种。在两种类型的碳基刹车片中，在高载荷的条件下，碳陶刹车片的摩擦系数更稳定，但碳陶刹车片更昂贵些！

从1972年起，中航工业制动就开始在国内进行国内首家碳刹车材料研究，在非常困难的情况下，进行各项技术攻坚。5年后，国内第一套扇形片结构碳/碳刹车盘大样惯性台模拟刹车试验取得成功。这在中国碳/碳刹车材料研究的进程中具有重要意义。1983年，国内第一代碳/碳复合材料刹车盘研制成功，成功打破了国外对碳刹车技术的垄断，填补了国内空白。虽然碳/碳复合材料刹车盘的工程研制起步比较早，但是在相当长的一段时间，我国在碳/碳复合材料刹车盘工程化应用领域仍落后发达国家20年以上时间，而且实际应用一直不尽如人意。

1988年，黄伯云在美国完成硕士、博士、博士后学习回国，随后投入到炭/炭航空制动材料即飞机刹车材料的研制。当时在市场上，中国航空刹车片长期依赖进口，受制于人。2003年9月，他主持研制的炭炭刹车片在飞机试飞试验中获得成功，中国飞机依赖进口刹车片才能“落地”的历史也从此改写，2004年，他率领科研团队完成的“高性能炭/炭航空制动材料制备技术”课题，获国家技术发明一等奖，结束该奖项连续6年空缺的历史。

西北工业大学的张立同院士一直从事高温陶瓷的研究，2004年她率领的团队“耐高温长寿命抗氧化陶瓷基复合材料及其应用技术”获得了国家技术发明一等奖，张立同院士团队完成的“碳陶飞机刹车功能复合材料的研制与应用”再度获国家技术发明奖二等奖。据介绍：“与上一代刹车盘相比，碳陶刹车盘静摩擦系数提高了 1 ～ 2 倍，湿态摩擦性能衰减降低了 60% 以上，磨损率降低了 50% 以上，使用寿命提高 1 ～ 2 倍。不仅生产周期降低 2/3，生产成本也降低了 1/3，但价格仅相当于国外同类产品的 50% ～ 60%，是目前国际上发现唯一能在 1500℃高温环境下，各项物理性能不发生衰减的材料。”目前，使用该技术的碳陶刹车盘产品已成批量装备部队 7 个飞机机型，使我国成为国际上第一个率先使用碳陶刹车盘的国家，标志着中国飞机刹车技术跻身于世界领先水平。

根据北摩高科招股说明书，军用飞机主机轮装配数量约为战斗机4个/架，加油机3个/架，运输机12个/架，武装直升机4个/架，教练机3个/架。根据《WorldAir Forces 2021》，我国目前有维修价值的二代、三代战机和各类通用机型保有量约为3365架，按照北摩高科招股说明书的主机轮装配数量测算，2020年军机刹车主机轮需求约为21272套。由于国内该产品单价涉及国家机密暂无公开披露，参考国外航空设备采购网站skygee的刹车系统（Aircraft Braking Systems 5011809-3 Carbon Brake）标价为15万美元，约合90万人民币。国内产品价格按照国外的2/3估算为60万人民币。那么2020年飞机刹车系统的规模将达到120亿。

根据华泰证券预计2021-2030 年中国新增军机4940 架左右，预计2030 年国内军机刹车系统主机轮市场规模有望达到290 亿元。再加上民机、高铁、高档汽车等刹车系统，到2030年刹车系统市场规模有望超过300亿元！智研咨询对我国军机2021-2030增量的预测，2030年新装机主机轮市场总容量有望达到48332余个，按每个刹车系统60万计算，也要解决300亿！

综上所述，到2030年能够使用碳纤维基的刹车盘系统肯定要达到甚至超过300亿，到那时碳碳or碳陶刹车系统，谁主沉浮？我们拭目以待...

来源：严说一点编辑：HOHO

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