本報告pdf版獲取方式見文末
報告出品方/分析師：天風證券研究所/孫瀟雅
碳碳熱場是一種矽片拉棒耗材，其周圍溫度在1600℃以上，在使用一段時間後就需要更換，行業趨勢是逐步替代傳統石墨熱場。碳碳熱場行業短期透過替代石墨實現50%+的增速，中期依託耗材的持續性達到35%的複合增速，長期向外延展性強（制動材料等市場空間超千億）。
一、為什麼說碳碳熱場行業是優質賽道
原因1：替代石墨的高增速+耗材生意的持續性，5年CAGR=35%
原因2：技術延展性強，可打造多個增長極
熱場是用在矽片拉晶過程中的耗材，主要包括位於單晶爐內的坩堝、導流筒、保溫筒、加熱器等部件。
其中坩堝的作用是承載內層的石英坩堝；導流筒的作用是阻止外部熱量傳導至內部，使矽棒生長的速率提升；保溫筒的作用是阻止內部熱量向外傳導，構建熱場空間；加熱器的作用是提供矽料熔化的熱源。
為熔化矽料，需要周圍溫度達到1600℃以上，因此要求熱場材料要有較好的耐熱效能。同時，由於溫度較高，各材料的壽命均有限，使熱場產品需要定期更換。
根據所用原材料及製備方法不同，
熱場可分為等靜壓石墨與碳碳熱場兩種，原材料分別是石墨、碳纖維。
行業短期高增長：碳基復材替代石墨，滲透率從2010年的10%-提升至2020年的50%+
2016年以前，等靜壓石墨產品是熱場系統的主流配置，隨著金博、超碼等企業突破碳基復材的低成本生產技術，碳基復材已開始替代等靜壓石墨產品，
其在光伏熱場中滲透率從2010年的不足10%提升至2020年的50%以上，並且未來幾年將加速完成替代（包括新增矽片產能裡碳碳滲透率提高、存量矽片產能中把石墨熱場改造成碳碳熱場），主要原因是：碳基復材熱場效能好、矽片大尺寸化使碳碳熱場相對石墨熱場的經濟性提升。
高增原因1：碳基復材熱場抗折、隔熱效能好，適應矽片環節發展趨勢
碳基復材熱場效能優於石墨熱場，將成為未來的更優選擇
：
（1）碳基復材抗折強度可達150MPa以上，遠大於石墨的38-60MPa。隨著拉棒單爐投料量從2016年的300kg提升至2020年的1900kg，坩堝的尺寸也從2011年前後的16-20英寸提高到現在的32-36英寸，坩堝的承載強度要求更高，碳基復材更能勝任。
（2）碳基復材導熱係數低至30W/（m·K）以下，大幅低於石墨的80-140W/（m·K）。這一特性使碳基復材導流筒更能加速矽棒生長，保溫筒能降低熱量損失，進而降低單晶爐執行功率，節省電費。
高增原因2：大尺寸趨勢下碳碳熱場成本增加遠小於石墨，碳碳熱場相對經濟性提升
碳基複合材料是指以碳纖維為增強體，以C或SiC為基體而製成的複合材料，生產流程是：先將碳纖維絲編織成三維的碳纖維預製體，然後透過化學氣相沉積技術將碳原子沉積到預製體上，最後進行機加工。
等靜壓石墨的生產流程是從石墨的破碎、磨粉開始，然後利用等靜壓裝置做成石墨圓柱，經過石墨化後進行機加工，從整塊石墨中挖出坩堝及各種管道裝置，挖去的部分都是損耗。
因此，
在製備大尺寸熱場時，石墨材料損耗會按直徑平方增加，而碳基復材成本僅線性增加，成本增幅遠小於石墨，相對經濟性提升。
高增原因3：高純等靜壓石墨依賴進口，而碳基復材國產，更能滿足國內N型矽片生產需求
光伏行業發展早期，國內矽片企業主要採用進口的高純、高強等靜壓石墨，生產企業主要是德國西格里、日本東洋炭素等，海外企業雖技術實力強，但光伏熱場並非其主業，供貨週期長，生產成本高，制約了光伏行業的降本、擴規模程序。
2011年的福島地震為碳基復材提供了應用機會，2012年的歐美雙反又促使國內企業降本，開始採用大投料量等工藝，進一步拉動了對碳碳熱場的需求，2016年後，隨著金博、超碼等企業解決了碳基復材的低成本規模化生產問題，矽片企業逐步轉向使用國內企業供應的碳基復材熱場。
而隨著N型電池的發展，N型矽片的需求將增長，關鍵耗材依賴進口的問題將制約行業發展，因此後續國產碳碳熱場將進一步替代進口的等靜壓石墨產品，碳碳熱場滲透率將繼續提升。
行業中期持續性：光伏裝機↑——矽片生產↑——熱場需求↑，預計5年CAGR=24%
作為耗材，隨著光伏新增裝機增長，下游企業對熱場產品的需求也將持續增長。從2013年以來的資料看，隨容配比提升，全球光伏裝機從41GW提升至2020年的130GW，而矽片產量則從39GW提升至168GW。
假設後續容配比保持不變，2025年裝機增至380GW，則對矽片的需求也將增長至428GW，5年CAGR=24%。
行業空間測算：預計2020、2025年市場規模分別16、71億元，5年CAGR=35%，超行業增速
假設：
（1）單GW所需單晶爐從2019年的約90臺，逐年下降5%，至2025年約66臺。
（2）每年耗量：加熱器、坩堝2件/年；保溫筒2件/年（每套系統需要上、中、下三個保溫筒）；導流筒0。67件/年。
（3）滲透率：根據金博股份給出的2019與2020年各產品的測算滲透率，結合對未來各產品需求的判斷，預計碳基複合材料坩堝在新增產能中的滲透率將於2021年達到100%，導流筒在新增產能中的滲透率將逐年提升至2025年的91%， 保溫筒在新增產能中的滲透率提升至2025年的86%，加熱器尚需技術突破，預計2025年碳基複合材料加熱器在新增產能中的滲透率在10%。
根據上述測算假設與邏輯，
2020年熱場行業市場規模僅16億元左右，預計2021、2022、2025年分別將達26、39、71億元，2020-2025年CAGR可達35%，超出光伏行業24%的增速。
行業長期延展性1：隨單爐投料量增加，半導體熱場將從傳統石墨切換到碳基復材熱場
碳基複合材料應用領域廣闊，除光伏熱場外，還可應用於半導體熱場、剎車制動、密封耐磨、耐腐蝕等領域應用。
半導體熱場：隨下游降本需求，半導體矽片的主流尺寸從1975年前後的4英寸增大到目前的12英寸。目前全球約70%的半導體矽片產能可生產12英寸矽片，大尺寸矽片生產需要更大投料量的單晶爐，
隨著單爐投料量從120kg增加到650kg以上，傳統的石墨熱場的承重能力不足，後續將切換到抗折強度高的碳基複合材料熱場。
行業長期延展性1：預計2025年半導體熱場行業市場空間可達20億+，其中國內市場近10億元
與光伏熱場類似，半導體熱場也是與單晶爐數量相關，為測算半導體熱場空間，我們假設：
量：
未來5年半導體出貨量年增速5%，從2019年的1。34億片/年增長至2025年的1。8億片/年；每臺單晶爐月產能保持在12萬片/年，產能利用率60%，則每臺單晶爐每年可生產7。2萬片，要達到2020、2025年全球半導體矽片出貨量所需要的單晶爐數量分別為1960臺/2500臺，其中25年國內企業產能對應單晶爐為1035臺；
價：
假設單臺半導體單晶爐熱場價格約90萬元/年。
市場空間：
2020年半導體單晶爐熱場行業市場規模在17。6億元左右，預計2025年將達22。5億元，其中國內市場規模將達9。3億元。
行業長期延展性2：碳碳/碳陶復材摩擦係數大，相較粉末冶金材料更適用於剎車制動領域
從材料本身屬性看，碳碳複合材料的突出特點是耐高溫、導熱係數低、高溫下摩擦係數穩定，碳陶複合材料的突出特點是耐高溫、抗氧化、溼態摩擦係數穩定，二者均適合在摩擦制動領域中使用。1990年代後，碳碳復材首先進入了民用領域，主要用在高溫結構部件、摩擦部件和熱場部件，近年碳陶的使用量也在增加，主要用於剎車片和熱防護系統。
鑄鐵、粉末冶金材料是當前應用於汽車、高鐵等交通工具的主要制動材料，與鑄鐵相比，碳碳與碳陶複合材料的摩擦係數是其3倍左右，密度是其1/4，磨損率僅為其1%，且在高溫下效能不會衰減，因此在剎車制動領域的效能更優。
行業長期延展性2：碳基復材將首先切入OEM市場，2025年總市場空間在2500億元+
汽車剎車盤&剎車片市場可分為相對高階的OEM市場和價格敏感的AM市場
，在OEM市場上，企業為整車廠的制動系統總成商供貨，生產的產品規格、型號由客戶指定，客戶對產品、交貨期要求高，而對價格敏感度低；在AM市場上，企業與經銷商合作，按經銷商需求進行排產，這一市場對價格敏感度較高。
碳基復材雖產品效能優異，但成本高
，
未來將先進入高階OEM市場。
目前碳碳剎車片樣品價格在6000元/套，普通剎車片價格在200元/套，因此未來碳基復材將先進入OEM市場，主要競爭對手是美國輝門、日本日清紡、美國天合、德國泰明頓等海外企業。
對剎車盤&剎車片的市場空間進行測算：假設2025年全球汽車產量達10000萬輛，其中新能源汽車2000萬輛，參考博世低金屬剎車片和泰明頓高碳剎車盤的產品價格，每輛車上分別需要800、2000元左右，則
預計2025年剎車盤&剎車片的OEM市場空間可達2500億以上。
由於新能源汽車的重量約為傳統燃油車的2倍，對剎車效能的要求更高，因此預計碳基復材產品在新能源汽車上將有更高的滲透率。
假設2025年碳基復材剎車件在傳統車、新能源車上的滲透率分別在1%、5%，則其市場空間將分別在22、28億元，合計50億元。
二、
競爭優勢來自成本，降本主要透過縮短緻密週期
原因1：在矽片成本中佔比高，不同企業產品差異小，主要比拼成本
原因2：製造費用佔比50%+，主要靠縮短緻密週期降本；直接材料佔比35%，主要靠自制預製體降本，但自制技術壁壘高
原因1：碳碳熱場在矽片非矽成本中佔近20%，且產品差異不大，成本是主要競爭要素
由於碳碳熱場在矽片非矽成本中佔比較高，達18%，且各企業產品差異不大，因此這一行業的主要競爭要素為成本。
據2020年資料測算，M6矽片價格在2。6元/片，毛利率30%左右，按6。1W/片折算，對應矽片生產成本在0。26元/W。而每臺單晶爐每年對應的碳碳熱場需求為30萬元，假設每GW矽片需要80臺單晶爐，則單W矽片的熱場成本在0。024元，在矽片生產成本中佔9%，在非矽成本中佔比18%，相對較高。
而不同企業所生產的碳碳熱場差異不大，如金博與中天火箭的產品抗折強度均在150MPa以上，灰分均在200ppm以下。
原因2：成本中製造費用佔比54%，技術是主要降低手段
從碳碳熱場的成本構成來看，製造費用佔比高達54%
，主要包括反應輔材、電力、折舊等。2019年龍頭公司金博製造費用僅179元/kg，遠低於同業的337元/kg，差異明顯。
在製造費用中，折舊是最大的部分，佔比約60%，龍頭公司與其他公司的主要差異來自折舊，
降低折舊的方式是提高單位時間裝置產出、自主研發與生產裝置，而這些主要依託各公司的技術研發實力
。
電力在製造費用中佔比16%（不同工藝有所差別），主要降低方式是在低電價地區建廠。
技術1：定製預製體、調節溫度與氣流、降雜與新增催化劑，可將緻密週期縮短50%+
提高單位時間產出方面
，主要可透過以下三種方式：
首先，透過調整預製體各位置的密度與孔隙大小，可使不同的熱場部件具有不同的強度、導熱係數，縮短沉積週期；
其次，透過調節溫度與氣流，使天然氣的擴散運動匹配其熱解反應的速度，從而在特定位置按照從內層孔隙到外層孔隙的順序實現沉積，減少閉孔現象；
最後，透過降低雜質氣體密度（抽真空、單一碳源等）、新增催化劑加速天然氣熱解反應。
經上述改進，金博的緻密週期僅300h以內，低於同業的一半。
技術2：自研沉積裝置&自制高溫爐，疊加快速沉積技術，可提升毛利率16pct
自主研發、生產裝置方面
，由於碳基復材的生產技術含量較高，沒有現成的裝置可用，也很難從國外引進，大部分是企業根據自身的生產需求設計，多數生產企業使用的裝置是高耗能、低產出的裝置，而技術、研發實力強的金博自研了沉積裝置，並自制了真空度良好的高溫爐，不僅降低了裝置初始投資，還提高了沉積、高溫處理效率。
正是得益於自研沉積裝置並自制高溫爐，以及前述快速沉積技術，使金博的折舊與其他成本僅64元/kg，相較同業的215元/kg優勢明顯，可提升毛利率16pct。
原因2：直接材料佔比35%，自制可帶來9pct+的毛利率提升，但製備預製體技術壁壘高
在材料成本中
，
碳纖維預製體是最大的部分，佔比達80%+
，據中天火箭招股書，其外購預製體的價格為351元/kg，而金博自制成本是191元/kg，按每kg碳碳材料消耗0。51kg預製體來計算，自制預製體可降低成本約82元/kg，對應毛利率提升約9pct。
預製體的製備技術壁壘較高
，且主要用在航空航天領域，國外對這一技術進行封鎖，目前國內具有預製體制備技術的除科研院所、航空航天單位外，主要有金博股份、江蘇天鳥與龍頭。
三、成本決定競爭格局
當前碳碳熱場廠商擴產較多，預計23年前後將產能過剩，但具有成本優勢的龍頭可在價格戰時保持高盈利，價格戰後市佔率迅速提升。
目前製作碳基復材熱場的國內上市公司有金博股份、中天火箭以及隆基股份：
金博
是行業龍頭，客戶至少涵蓋了行業前六家矽片廠，
2018年坩堝市佔率達33%，2020年熱場銷量達448噸。
得益於碳纖維預製體自制+定向氣流快速化學氣相沉積技術+沉積與高溫爐自制三大優勢，金博的毛利率保持在60%+的高位，遙遙領先於同業的30%左右。
中天火箭子公司西安超碼
，客戶至少涵蓋了行業前四家矽片廠，原來主要面向航天場景，產品強度、密度要求較高，因此用同種技術製備光伏產品時，
產品密度高於同業，但生產成本更高，2020年公司熱場銷量265噸，測算市佔率約17%
。
隆基
2019年突破了碳纖維預製體自制技術，但目前製備成本仍較高，主要為保障內部供應穩定，規劃年產能為20GW（約佔其總產能的20%）。
類比：金剛線行業產能過剩致盈利下降，但行業龍頭保持高盈利並提高了市佔率
覆盤同為矽片耗材的金剛線盈利、格局變化趨勢
，可對後續熱場行業格局變化提供參考。
2017-2018年上半年，金剛線滲透率快速提升，對金剛線的需求也大幅增加，多個企業大幅擴張產能，如美暢、高測產能分別從2016年的130、11km大幅擴張至2018年的2136、280km，行業毛利率均處在40%+的高位，美暢則在70%。
但是“531”後國內需求受到較大影響，供需關係反轉，金剛線價格從2017年的170元/km暴跌60%+至2019年的60元/km，部分企業毛利率下探至個位數，並開始退出這一行業，而具有成本優勢的美暢、高測等企業的市佔率則快速從21%提升至49%。
未來：隨行業產能過剩，熱場價格將下行，但頭部企業仍可保持高盈利且市佔率提升
與金剛線2017年格局類似，當前碳碳熱場處於供不應求狀態，行業盈利均較高，但2021年1-7月僅金博、超碼兩家產能增幅就達到88%，分別從50、35臺沉積爐增長至60、100臺沉積爐，再加上各類中小企業以及正進入熱場行業的原軍工企業，預計行業總產能將在2023年前後出現過剩並引發價格戰。
但由於熱場行業不同企業的毛利率差距較大，龍頭金博毛利率常年保持60%+，而中天火箭僅30%左右，因此
即使價格快速下行，預計龍頭依舊可保持較高盈利水平，價格戰後成本較高的公司將逐步出局，此後行業格局將快速集中到龍頭。
四、行業頭部企業
金博股份：技術積澱深厚，研發人員待遇好，得以持續積累工藝優勢
公司作為行業龍頭，領先優勢的主要來源是技術。
目前公司高管大多具有專業技術背景，重視技術研發，研發費用率常年在10%左右，持續高於可比公司，2020年公司研發投入0。35億元，同增20%，研發人員薪酬較同業高出50%，且2020年上市後2次對核心技術人員進行股權激勵，並設有員工持股平臺，保障了技術人員的穩定性，進而得以持續積累工藝優勢。
自制預製體9%+快速沉積&自制裝置16%+沉積路線6%=高出同業30pct的毛利率
受益於前述預製體自制技術、快速化學氣相沉積技術以及自制或自研裝置，公司2020年毛利率相較同業高出31pct，除前述預製體自制帶來的9pct、快速沉積&自制裝置帶來的16pct外，公司採用單一天然氣沉積路線，中天火箭採用傳統丙烯+氮氣再浸漬、固化、炭化的路線，沉積路線的不同帶來了輔材方面6pct的差距。
其他盈利指標方面，公司ROE也逐年提升至近30%（2020年下降主要是上市融資後資產規模大增導致週轉率下降所致）。
專利先行，技術降本，不斷突破民用碳基復材的藍海市場
公司創立之初，主要專利方向在預製體的製作工藝與裝置，如針刺機的自動送料裝置，隨著預製體制備技術的成熟，逐步轉向下游熱場應用，並在逐步改進之後降低成本，打開了光伏用碳碳熱場這一市場，並逐步替代傳統等靜壓石墨熱場。
同時，公司先是開發了適用於半導體應用場景的熱場，主要是增加了碳化矽層的碳碳熱場，目前
已成為神工半導體、有研半導體的供應商
，再透過改進碳陶預製體的製備方法，
做出了適用於汽車剎車用的碳陶剎車盤產品
，後續有望從高階整車廠開始突破，逐步擴大市場份額。兩塊市場目前主流產品均不是碳基復材，但經過技術改進降本後，有望成為公司新的增長極。
天宜上佳：高鐵粉末冶金閘片龍頭，向碳基復材領域拓展
公司是高鐵粉末冶金閘片龍頭供應商
，近年粉末冶金閘片在收入中佔比均在95%+，毛利率70%+，淨利率40%+，均領先同業。
目前公司持有CRCC（中鐵檢驗認證中心有限公司）證書10個，覆蓋33款高鐵車型，在取得證書的所有企業中位居第一。
2017年，公司開始向碳碳、碳陶產品方向拓展
，並逐步建成了中試線；2021年成立天力九陶、天力新陶，專門負責在航空航天、軌道交通、汽車及光伏等領域碳碳、碳陶產品的研發、生產與銷售。
技術團隊實力雄厚，碳陶剎車盤進展順利，100t熱場產能已投產
公司創始人吳佩芳從事材料行業工作40年，積累了豐富的研究與產業經驗；
碳基復材技術帶頭人周紹建，為中國航天科技集團材料專家組成員，從事碳基復材研究與生產管理26年，與航天研究所、超碼、中南大學等機構進行多次合作
。
公司碳基復材研發團隊有16人（碩士以上12人），成員來自西北工大、北航、哈工大、北科等材料名校。
憑藉在摩擦制動領域的積澱，
公司自2018年以來已申請了5項碳陶材料的發明專利，並且碳陶剎車盤已與頂尖車企合作，首款產品效能驗證結果優良，預計年內完成實車考核
；而在光伏熱場領域，公司在四川江油建設的100噸熱場產能已於8月初投產，後續或將繼續擴產。
看好碳碳熱場行業，一方面碳碳熱場對等靜壓石墨熱場會加速替代，行業本身相較光伏具有更高增速，另一方面龍頭公司技術領先，阿爾法屬性明顯，且工藝的可遷移性好，後續可向半導體、汽車剎車件、耐腐蝕等領域拓展，
這方面有兩個頭部企業：碳碳熱場行業龍頭金博股份、軌交制動龍頭天宜上佳
。
獲取本報告pdf版請登入【遠瞻智庫官網】