工艺门

北摩高科研究碳碳复合材料技术领先,布局检

发布时间:2024/8/10 15:26:03   

(报告出品方/作者:东北证券,赵丽明、赵宇天)

1.公司概况

公司前身为一家从事机械摩擦材料的集体所有制企业,于年成立。年改制为北京北摩高科摩擦材料有限责任公司并开始开发摩擦材料。年收购汉中力航液压设备公司,并持有其%股权。该子公司主要生产飞机刹车控制系统液压附件。年公司整体变更为股份有限公司,并于年4月在深交所上市。上市后,公司在年9月收购京瀚禹45.9%的股权,该子公司主要负责元器件检测试验,并购后使得北摩高科主营业务增加检测业务,拓宽了其业务领域。年12月再次收购蓝太航空66.6%股份,借助蓝太航空打开民航市场。年首次实现起落架业务,形成产业链条化。并于年启动拆分子公司京瀚禹境内上市筹备工作。

目前,公司控股股东、实际控制人为王淑敏,持股比例为35%,第二大股东陈剑锋持股10%,公司共有3家全资子公司和3家控股子公司。最为主要的两家新并购控股子公司中,京瀚禹主营业务是为客户提供集成电路、分立器件、阻容元件、继电器、晶体元件等器件的筛选、破坏性物理分析、鉴定检测、失效分析等可靠性检测试验。陕西蓝太航空一直致力于民航飞机刹车盘、铁路机车刹车及配件的维修、研制和生产。该子公司是中国首家生产进口飞机用碳刹车盘的民营企业,也是目前我国PMA许可证最多最全的企业(包括A宽体客机)。

公司自成立以来一直深耕刹车制动领域,以刹车盘(副)为基础,逐步向飞机机轮、刹车控制系统、起落架着陆全系统延伸,并朝着集成化和智能化的方向发展。按其上游材料可分为两大类:碳碳复合材料和粉末冶金材料。碳碳复合材料是化学气相沉积炭或树脂炭为基体、以炭纤维为增强体的复合材料。碳碳复合摩擦材料主要生产刹车盘、飞机机轮以及飞机刹车控制系统。并可应用于军用领域中的歼击机、轰炸机、运输机、教练机、军贸机、直升机、航天高空飞行器等重点军工装备,和民用航空领域。年首次实现起落架业务,形成产业链条化。粉末冶金复合材料是以传统的粉末冶金技术为基础,结合先进复合材料技术制备的材料。粉末冶金复合摩擦材料主要生产摩擦片和刹车盘。并可应用于坦克装甲车辆、高速列车等高端装备刹车制动领域。民航业务,年公司收购蓝太航空,借助蓝太航空公司正式进入民航飞机刹车盘市场,开拓碳碳复合材料刹车盘国产替代市场。检测业务,子公司京瀚禹电子元器件筛选、破坏性物理分析等较为成熟的检测业务也为公司贡献了大量的营业收入。

刹车盘是以摩擦材料设计技术和制备工艺技术为核心的刹车制动类产品,用于飞机、坦克装甲车辆和高速列车的刹车制动。刹车盘是该公司的核心业务。飞机刹车控制系统及机轮,主要可应用于军用领域中的歼击机、轰炸机、运输机、教练机、军贸机、直升机、航天高空飞行器等重点军工装备。起落架位于飞机刹车制动系统产业链下游。公司于21年首次开启起落架业务,并于21年实现0.4亿营业收入。检测业务,为客户提供集成电路、分立器件、阻容元件、继电器、晶体元件等器件的筛选、破坏性物理分析、鉴定检测、失效分析等可靠性检测试验。年公司收购京瀚禹来开展,并在年实现5.55亿营业收入,毛利润为4.48亿,为公司净利润做出了大幅贡献。

2.碳碳复合材料

2.1.碳碳复合材料前景广阔

2.1.1.碳碳复合材料概况

炭/炭复合材料是以粉末冶金技术为基础,是结构-功能一体化的新型材料,具有密度低、比强度大、摩擦特性优良、耐高温、耐热冲击等一系列优异性能,广泛应用于航空、航天等领域。飞机刹车副是炭/炭复合材料最主要的应用领域之一,目前,世界上有60余型飞机使用炭/炭复合材料飞机刹车副,其用量占炭/炭复合材料年消耗量的60%左右;航空发动机的喷嘴等热构件是其在航空领域的另一应用。在航天领域,炭/炭复合材料广泛应用于航天飞机的机翼前缘、火箭发动机尾喷管等超高温部位。此外,炭/炭复合材料在机械制造、交通运输和化工等领域也具有广阔的应用前景,如用作热压模具、真空炉和单(多)晶硅炉发热体、隔热体以及紧固件、汽车与火车刹车片、热交换器、人造骨等。

2.1.2.碳碳复合材料制备方法

目前,碳/碳复合材料的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、液相浸渍法以及这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。化学气相沉积法利用甲烷、丙烯等碳氢化合物在高温下热解产生的碳沉积在碳纤维预制体孔隙内,实现碳纤维预制体的致密化,从而得到碳/碳复合材料。液相浸渍法将碳纤维预制体浸入液态浸渍剂中,通过真空、加压等措施使浸渍剂渗入预制体的孔隙,再经固化、碳化、石墨化等一系列处理过程,最终得到碳/碳复合材料。

2.1.3.碳/碳复合材料工艺制备流程

步骤一:碳纤维经过织布、成网、准三维成型、复合针刺等技术,形成碳纤维预制体(毛坯)。步骤二:甲烷经过高温裂解,分解出碳和氢。步骤三:碳沉积附着于预制体中的碳纤维上,形成碳/碳复合材料,该工艺过程需要重复多个沉积周期。步骤四:把经过重复多次化学气相沉积的碳/碳复合材料在2,度以上的高温中纯化和石墨化,使产品性能达到使用要求。

2.2.碳/碳复合材料产品已形成产业链条化

2.2.1.碳/碳刹车盘技术领先

2.2.1.1.刹车盘产品及工艺

刹车盘是以摩擦材料设计技术和制备工艺技术为核心的刹车制动类产品,用于飞机、坦克装甲车辆和高速列车的刹车制动。刹车盘(副)主要包含粉末冶金刹车盘、炭/炭复合材料刹车盘、C/C/SiC复合材料刹车盘(副)等。粉末冶金刹车盘主要由钢骨架和粉末冶金摩擦片组成,炭/炭复合材料刹车盘(副)是化学气相沉积炭或树脂炭为基体、以炭纤维炭为增强体的复合材料;C/C/SiC复合材料是在炭/炭复合材料的基础上引入Si等陶瓷类元素形成的复合材料。刹车盘产品具有刹车力矩平稳、耐磨损、热稳定性好和重量轻等特点。主要用于歼击机、轰炸机、运输机、教练机、军贸机、直升机及坦克装甲车辆等重点军工装备;以及民用民航飞机、高速列车、工程车辆等。

刹车盘副的工艺流程分为炭复合材料刹车盘(副)工艺流程和粉末冶金刹车盘(副)的工艺流程。其中炭复合材料刹车盘(副)又分为等温化学气相沉积和热梯度化学气相沉积。

2.2.1.2.刹车盘行业竞争激烈,公司占据市场一席之地

国内市场,较大型飞机刹车控制系统及机轮、刹车盘(副)生产商除发行人以外,有航空工业西安航空制动科技有限公司、湖南博云新材料股份有限公司、北京优材百慕航空器材有限公司、西安超码科技有限公司等。我国航空刹车制动领域的主要参与者是西安制动和北摩高科两家。西安制动隶属于中航西飞,主要业务为军、民用飞机研制、生产航空机轮、刹车控制系统、防滑刹车系列产品,年在我国军品航空制动领域占比39%,相比于年下降了9%。北摩高科也占据军航刹车制动龙头地位,年占比达到四分之一,年增加至32%。博云新材主要研制刹车盘,西安超码主要针对摩擦材料以及热场的科研生产。二者占比10%左右,优材百慕作为中航高科旗下子公司占比较小,但也是我国飞机刹车盘制造领军企业之一。

2.2.1.3.军机存量替换与新机列装并肩同行,刹车盘前景广阔

军用市场在数量方面,根据《WorldAirForces》,全球军用飞机总量为架,其中美国军用飞机共架,占全球的25%。而我国军用飞机共架,占全球的6%。并且相较于美国军机数量,我国仅为对方的24.7%。在结构方面,我国战斗机共架,而美国共架,我国仅是美国的57%。在特种飞机、加油机、运输机、武装直升机、教练机方面更是相距甚远。

在战斗机方面,由于“十三五”机型也基本完善,“十四五”期间将是我国军机结构性升级的重要时期,计划完成三、四代机对二代机的替代。但据《WorldAirForces》,我国二代机(J-7/8)共架,美国当前并没有二代机。三代机中J系列和苏系列(J-10/11/15/16,Su-27/30/33/35)占三代机总数的31%,美国的F-15/16共有架,占三代机总数的69%。四代机我国共有19架J-20,而美国的F-22/35共有架,占四代机总数的95%。可以看出中国主要为二代机、三代机。而美国已为三代机、四代机。并且三代机数量上较于美国仍有大量差距。在其他机型方面,我国从-年的机型变化数量并不大,所以想要完成“十四五”仍需大量的投入。综上可以看出,我国军方市场新机列装和存量替换都存在着大量的产品需求。

在存量替换方面,按照军用飞机主机轮一般装配数量,战斗机4个/架,特种飞机10个/架,加油机3个/架,输送机12个/架,武装直升机4个/架,教练机3个/架。根据《WorldAirForces》可知,年我国军用飞机总数为架,其中战斗机架、特种飞机架、加油机3架、运输机架、武装直升机架、教练机架。按照一个主机轮配置4个碳/碳刹车盘。且存量飞机刹车盘1:1配置,未来我国刹车盘市场需求接近个。由于刹车盘平均使用寿命为0次起落(3年),且一套刹车盘为30万元(4个刹车片),因此年我国刹车盘存量替换市场空间约为15.55亿元。

在新机列装方面,根据《WorldAirForces》和北摩高科招股说明书预测直至年我国新增战斗机架、特种飞机80架、加油机30架、运输机架、武装直升机30架、教练机架,总计-年共增加架。一个主机轮配置4个刹车盘,且新飞机刹车机轮壁纸为1:1.5。预计我国到年增加刹车盘需求个。且一套刹车盘为30万元(4个刹车片),因此-年我国刹车盘新机列装市场空间约为22.41亿元。

2.2.2.飞机机轮加速替换与列装,开拓市场空间

飞机刹车机轮是在刹车控制系统的控制下实现对飞机减速制动,使飞机机轮的刹车盘(副)压紧摩擦,产生刹车力矩,保证飞机的减速并在规定的距离内刹停。飞机机轮是以承载能力、结构强度、刚度、冲击等设计为主导的机载产品,具有高精度、高强度、耐疲劳、耐腐蚀、抗冲击、高寿命等特点。主机轮中的刹车装置是以液压传动技术、气压传动技术、摩擦材料技术为核心的刹车制动类产品,与机轮组件配合产生刹车力矩,具有重量轻、刹车性能优良、使用寿命长等特点。

在存量替换方面,根据北摩高科招股书军用飞机机轮配比,以及存量飞机刹车机轮比例为1:1计算,我国军用飞机主机轮存量替换共0个。由于刹车机轮为半寿命周期产品,平均使用寿命为次起落(5年),且单套机轮为60万元,可知我国年机轮存量替换市场空间为18.85亿元。

在新机列装方面,按照新机新机列装刹车机轮比例为1:1.5计算,-年增加的架飞机预计新机列装市场容量有望达到个,以主机轮每套60万元计,我国-年机轮新机列装市场空间为44.82亿元。

2.2.3.飞机刹车控制系统就新机列装持续发力

飞机刹车控制系统是以防滑控制算法技术、伺服阀控制技术、传感器控制技术等为核心的高技术产品,用于飞机起飞、滑跑、着陆、转弯、脱离跑道、起飞线刹车和停放刹车的控制。飞机刹车控制系统接受飞行员的刹车指令,提供匹配的刹车制动力,以缩短刹车距离。飞机一般采用机械惯性液压刹车控制系统、数字防滑刹车控制系统,近年来全电刹车控制系统开始投入使用。

在新机列装方面,按照刹车控制系统1:1配置,截止年,我国刹车系统新增个,且刹车系统随飞机全寿命使用,所以近几年不需考虑存量替换问题。按照每套刹车系统万元计算,我国-年飞机刹车控制系统新机列装市场空间为19亿元。

2.2.4.起落架业务突破,产业链条化明显

起落架为新增系统级产品。完整的飞机刹车制动系统产业链包含上游原材料、预制体、电子元器件等,中游刹车盘(副)、刹车控制系统及机轮等,以及下游的起落架等机电系统。年,公司实现某型飞机起落架业务收入,完成从零部件供应商、材料供应商向系统供应商、整体方案解决商的跨越式转变。未来公司将继续努力,在十四五期间持续推进更多型号飞机起落架产品的定型、批产及列装,并通过完善国际领先的飞机着陆系统试验中心进一步提升产品集成度和附加值,从而增加市场占有率。

在新机列装方面,按照起落架1:1配置,截止年,我国刹车系统新增个。按照战斗机、教练机起落架价值0万元;运输机、特种机、加油机0万计算,我国-年起落架新机列装市场空间为.5亿元。

3.粉末冶金材料

3.1.粉末冶金材料概况

粉末冶金复合材料是以传统的粉末冶金技术为基础,结合先进的复合材料技术制备的材料。该制备技术既具有粉末冶金技术的少加工、低成本、材料利用率高等优势,同时也可赋予材料高性能、多功能、高强高韧等特性,是传统粉末冶金技术的提升和发展。目前,粉末冶金复合材料产业已经成为新型材料加工领域最具发展前景的新兴产业之一,其产品广泛应用于航空、航天、交通运输(汽车、火车、船舶等)、石油、化工、能源和工程机械等领域。

3.2.粉末冶金产品及工艺

3.2.1.粉末冶金刹车盘

粉末冶金刹车盘主要由钢骨架和粉末冶金摩擦片组成,大多应用于飞机、坦克装甲车辆和高速列车的刹车制动。铁基、铜基粉末冶金摩擦材料,采用独特的配方及工艺,进一步提高了摩擦材料的热稳定性和力学强度,得到了合理的摩擦系数,保护了对偶盘并稳定摩擦系数。铁基粉末冶金摩擦材料热稳定性比铜基粉末冶金摩擦材料高,但它与对偶盘(铸铁或钢)具有亲和性,容易产生粘着胶合,摩擦系数波动较大、异常磨损、噪声等情况。铜基粉末冶金摩擦材料根据使用工况的不同,分为湿式摩擦材料和干式摩擦材料。湿式摩擦材料一般由铜、锡、锌、石墨和二氧化硅等数种比较简单的组元组成,并在粒度、颗粒形貌上进行优化,以适应在油中工作的环境;干式摩擦材料,由于使用环境、使用条件广泛,组成组元也相对复杂。

3.2.2.粉末冶金摩擦片

冶金摩擦片安装于制动器中,同制动片配合使用,用于装甲战车及高速列车的减速、制动,是制动系统的关键零部件。按制动器结构的不同,高速列车选用单片式制动器摩擦片,装甲战车选用多片式制动器摩擦片。摩擦片主要由钢骨架和摩擦材料组成,钢骨架采用高强度合金钢材料,用于摩擦片与制动器的连接,并为摩擦材料提供必要的支撑。摩擦材料选用铜粉或铁粉作为基体,通过加入多种金属、非金属的摩擦剂、润滑剂来提高基体强度、调整摩擦特性,采用粉末冶金烧结技术制备而成,具有明显优越的物理力学性能和摩擦磨损性能。

3.3.粉末冶金高铁刹车盘国外垄断,国内悄然待发

刹车闸片是高速列车制动系统的关键零部件,相对于传统的粉末冶金摩擦材料,闸片制动材料具有高的力学性能,在工作温度下,能适应拉、弯、剪等不同性质的载荷;高的使用温度,基体金属熔点高,材料在较高的温度下使用仍能保持稳定的强度和摩擦磨损性能;大的热容量,材料的比热容和密度大,单位体积内可以吸收较多的摩擦热量,有利于提高摩擦面的性能;优良的导热性能,摩擦面的热量容易快速传导散发;高的抗蚀能力,较高的抗大气腐蚀能力;优良的抗磨损能力。基体耐磨,镶嵌物中有抗磨、减摩组分,整体材料耐磨、寿命长;稳定的摩擦特性,由于材料的稳定性好,当摩擦面温度升高时,摩擦系数和耐磨性不会明显下降。所以刹车闸片的技术要求较高。近几年粉末冶金刹车盘(副)由军品装备、民航飞机刹车片配套拓展为高速列车闸片的研制生产,迈向了更为广阔的高速列车制动产品领域。但目前仍是国外长期垄断。目前国际上只有德国、法国和日本等少数几个国家能够生产高速列车制动片,其中德国克诺尔公司垄断全球80%以上高铁刹车片的市场。

3.4.粉末冶金刹车盘立足于高铁,受益于国产替代

目前国外长期垄断,国企企业试图破局,进行国产替代。我国高铁列车自开通以来,制动系统的刹车片长期依靠进口。而进口刹车片普遍存在价格高、供货周期长、备品备件供应不及时和售后服务差等问题。高铁刹车片在年前一直全部引进国外产品,近几年国内以天宜上佳、浦然、博深工具、北摩高科等为代表的国内企业逐步进入高铁刹车片领域,并成功实现进口替代。根据《年铁道统计公报》数据显示,年中国铁路总理达到15万公里,高铁总里程达到4万公里,占比上升26.7%、从-年中一直在加大对高铁的支持力度。在高铁车辆装备方面,拥有动车组标准组、辆,到年,按照每公里1辆动车组的密度来估算,动车组保有量有望达到辆。

年我国动车组保有量预计达到3.5万辆,每辆动车装有16片刹车片,每辆拖车包含32片刹车片,按照标准动车组(4动车4拖车)来估算,则未来刹车片装机总数超过84万片。同时,高铁刹车片属于耗材,一列动车组一年需更换刹车片3-4次,每片单价约5,元,据此计算,年高铁刹车片市场有望超过亿元,存在很大的进口替代空间。

4.蓝太航空

4.1.蓝太航空资质较全,为打开民航领域提供契机

陕西蓝太主要从事民航飞机碳刹车盘的研制、生产和维修,成立于年,年成为中国首家获得民用飞机碳刹车盘维修许可证的单位,目前也是我国取得民航飞机碳刹车盘PMA许可证最多最全的企业。公司成立后相继取得了空客A、A、A、A、A、A、波音B、B等十多个机种的碳刹车盘的维修许可项目,并在碳盘的研制和生产上取得了可喜成果,拥有多个飞机刹车盘PMA资质。公司于年1月正式收购陕西蓝太,陕西蓝太是目前为止我国取得民航飞机炭刹车PMA许可证最多最全的企业,同时国内相关政策对于民航刹车产品国产化的支持力度也在不断加大。公司已于年1月公告,正式进入民航飞机刹车盘后市场,开创碳碳复合材料刹车盘国产替代先河。公司将继续整合北摩高科和陕西蓝太多个飞机刹车盘PMA资质,努力叩开各航空公司的航材配套大门,民航业务有望成为公司未来重要的利润增长点。

4.2.国际把控民航,国内跃跃欲试

目前在飞机刹车控制系统及机轮相关领域,欧美发达国家在技术上具有先发优势,其产品相对比较成熟,并应用较为广泛,具有较强的竞争力。国际市场,主导者是美国的Honeywell、B.F.Goodrich、法国的Messier-Bugatti、英国的Dunlop四家企业。

4.3.开拓民航维护市场蓝图

公司打破国外巨头垄断市场,以海航为突破口逐渐进行国产替代。我国公司在民航总局和各航空公司的大力支持下,经过多年的投入和积累,在产品技术方面不断取得突破的同时,凭借高质量、相对优惠的价格正在逐渐替代国外同类产品。根据中国民航维修协会

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