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报告出品方/分析师：天风证券研究所/孙潇雅
碳碳热场是一种硅片拉棒耗材，其周围温度在℃以上，在使用一段时间后就需要更换，行业趋势是逐步替代传统石墨热场。碳碳热场行业短期通过替代石墨实现50%+的增速，中期依托耗材的持续性达到35%的复合增速，长期向外延展性强（制动材料等市场空间超千亿）。
一、为什么说碳碳热场行业是优质赛道原因1：替代石墨的高增速+耗材生意的持续性，5年CAGR=35%
原因2：技术延展性强，可打造多个增长极
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；导流筒的作用是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。
为熔化硅料，需要周围温度达到℃以上，因此要求热场材料要有较好的耐热性能。同时，由于温度较高，各材料的寿命均有限，使热场产品需要定期更换。
根据所用原材料及制备方法不同，热场可分为等静压石墨与碳碳热场两种，原材料分别是石墨、碳纤维。
行业短期高增长：碳基复材替代石墨，渗透率从年的10%-提升至年的50%+
年以前，等静压石墨产品是热场系统的主流配置，随着金博、超码等企业突破碳基复材的低成本生产技术，碳基复材已开始替代等静压石墨产品，其在光伏热场中渗透率从年的不足10%提升至年的50%以上，并且未来几年将加速完成替代（包括新增硅片产能里碳碳渗透率提高、存量硅片产能中把石墨热场改造成碳碳热场），主要原因是：碳基复材热场性能好、硅片大尺寸化使碳碳热场相对石墨热场的经济性提升。
高增原因1：碳基复材热场抗折、隔热性能好，适应硅片环节发展趋势
碳基复材热场性能优于石墨热场，将成为未来的更优选择：
（1）碳基复材抗折强度可达MPa以上，远大于石墨的38-60MPa。随着拉棒单炉投料量从年的kg提升至年的kg，坩埚的尺寸也从年前后的16-20英寸提高到现在的32-36英寸，坩埚的承载强度要求更高，碳基复材更能胜任。
（2）碳基复材导热系数低至30W/(m·K)以下，大幅低于石墨的80-W/(m·K)。这一特性使碳基复材导流筒更能加速硅棒生长，保温筒能降低热量损失，进而降低单晶炉运行功率，节省电费。
高增原因2：大尺寸趋势下碳碳热场成本增加远小于石墨，碳碳热场相对经济性提升
碳基复合材料是指以碳纤维为增强体，以C或SiC为基体而制成的复合材料，生产流程是：先将碳纤维丝编织成三维的碳纤维预制体，然后通过化学气相沉积技术将碳原子沉积到预制体上，最后进行机加工。
等静压石墨的生产流程是从石墨的破碎、磨粉开始，然后利用等静压装置做成石墨圆柱，经过石墨化后进行机加工，从整块石墨中挖出坩埚及各种管道设备，挖去的部分都是损耗。
因此，在制备大尺寸热场时，石墨材料损耗会按直径平方增加，而碳基复材成本仅线性增加，成本增幅远小于石墨，相对经济性提升。
高增原因3：高纯等静压石墨依赖进口，而碳基复材国产，更能满足国内N型硅片生产需求
光伏行业发展早期，国内硅片企业主要采用进口的高纯、高强等静压石墨，生产企业主要是德国西格里、日本东洋炭素等，海外企业虽技术实力强，但光伏热场并非其主业，供货周期长，生产成本高，制约了光伏行业的降本、扩规模进程。
年的福岛地震为碳基复材提供了应用机会，年的欧美双反又促使国内企业降本，开始采用大投料量等工艺，进一步拉动了对碳碳热场的需求，年后，随着金博、超码等企业解决了碳基复材的低成本规模化生产问题，硅片企业逐步转向使用国内企业供应的碳基复材热场。
而随着N型电池的发展，N型硅片的需求将增长，关键耗材依赖进口的问题将制约行业发展，因此后续国产碳碳热场将进一步替代进口的等静压石墨产品，碳碳热场渗透率将继续提升。
行业中期持续性：光伏装机↑——硅片生产↑——热场需求↑，预计5年CAGR=24%
作为耗材，随着光伏新增装机增长，下游企业对热场产品的需求也将持续增长。从年以来的数据看，随容配比提升，全球光伏装机从41GW提升至年的GW，而硅片产量则从39GW提升至GW。
假设后续容配比保持不变，年装机增至GW，则对硅片的需求也将增长至GW，5年CAGR=24%。
行业空间测算：预计、年市场规模分别16、71亿元，5年CAGR=35%，超行业增速
假设：
（1）单GW所需单晶炉从年的约90台，逐年下降5%，至年约66台。
（2）每年耗量：加热器、坩埚2件/年；保温筒2件/年（每套系统需要上、中、下三个保温筒）；导流筒0.67件/年。
（3）渗透率：根据金博股份给出的与年各产品的测算渗透率，结合对未来各产品需求的判断，预计碳基复合材料坩埚在新增产能中的渗透率将于年达到%，导流筒在新增产能中的渗透率将逐年提升至年的91%，保温筒在新增产能中的渗透率提升至年的86%，加热器尚需技术突破，预计年碳基复合材料加热器在新增产能中的渗透率在10%。
根据上述测算假设与逻辑，年热场行业市场规模仅16亿元左右，预计、、年分别将达26、39、71亿元，-年CAGR可达35%，超出光伏行业24%的增速。
行业长期延展性1：随单炉投料量增加，半导体热场将从传统石墨切换到碳基复材热场
碳基复合材料应用领域广阔，除光伏热场外，还可应用于半导体热场、刹车制动、密封耐磨、耐腐蚀等领域应用。
半导体热场：随下游降本需求，半导体硅片的主流尺寸从年前后的4英寸增大到目前的12英寸。目前全球约70%的半导体硅片产能可生产12英寸硅片，大尺寸硅片生产需要更大投料量的单晶炉，随着单炉投料量从kg增加到kg以上，传统的石墨热场的承重能力不足，后续将切换到抗折强度高的碳基复合材料热场。
行业长期延展性1：预计年半导体热场行业市场空间可达20亿+，其中国内市场近10亿元
与光伏热场类似，半导体热场也是与单晶炉数量相关，为测算半导体热场空间，我们假设：
量：未来5年半导体出货量年增速5%，从年的1.34亿片/年增长至年的1.8亿片/年；每台单晶炉月产能保持在12万片/年，产能利用率60%，则每台单晶炉每年可生产7.2万片，要达到、年全球半导体硅片出货量所需要的单晶炉数量分别为台/台，其中25年国内企业产能对应单晶炉为台；
价：假设单台半导体单晶炉热场价格约90万元/年。
市场空间：年半导体单晶炉热场行业市场规模在17.6亿元左右，预计年将达22.5亿元，其中国内市场规模将达9.3亿元。
行业长期延展性2：碳碳/碳陶复材摩擦系数大，相较粉末冶金材料更适用于刹车制动领域
从材料本身属性看，碳碳复合材料的突出特点是耐高温、导热系数低、高温下摩擦系数稳定，碳陶复合材料的突出特点是耐高温、抗氧化、湿态摩擦系数稳定，二者均适合在摩擦制动领域中使用。年代后，碳碳复材首先进入了民用领域，主要用在高温结构部件、摩擦部件和热场部件，近年碳陶的使用量也在增加，主要用于刹车片和热防护系统。
铸铁、粉末冶金材料是当前应用于汽车、高铁等交通工具的主要制动材料，与铸铁相比，碳碳与碳陶复合材料的摩擦系数是其3倍左右，密度是其1/4，磨损率仅为其1%，且在高温下性能不会衰减，因此在刹车制动领域的性能更优。
行业长期延展性2：碳基复材将首先切入OEM市场，年总市场空间在亿元+
汽车刹车盘刹车片市场可分为相对高端的OEM市场和价格敏感的AM市场，在OEM市场上，企业为整车厂的制动系统总成商供货，生产的产品规格、型号由客户指定，客户对产品、交货期要求高，而对价格敏感度低；在AM市场上，企业与经销商合作，按经销商需求进行排产，这一市场对价格敏感度较高。
碳基复材虽产品性能优异，但成本高，未来将先进入高端OEM市场。目前碳碳刹车片样品价格在元/套，普通刹车片价格在元/套，因此未来碳基复材将先进入OEM市场，主要竞争对手是美国辉门、日本日清纺、美国天合、德国泰明顿等海外企业。
对刹车盘刹车片的市场空间进行测算：假设年全球汽车产量达00万辆，其中新能源汽车0万辆，参考博世低金属刹车片和泰明顿高碳刹车盘的产品价格，每辆车上分别需要、0元左右，则预计年刹车盘刹车片的OEM市场空间可达亿以上。
由于新能源汽车的重量约为传统燃油车的2倍，对刹车性能的要求更高，因此预计碳基复材产品在新能源汽车上将有更高的渗透率。
假设年碳基复材刹车件在传统车、新能源车上的渗透率分别在1%、5%，则其市场空间将分别在22、28亿元，合计50亿元。
二、竞争优势来自成本，降本主要通过缩短致密周期原因1：在硅片成本中占比高，不同企业产品差异小，主要比拼成本
原因2：制造费用占比50%+，主要靠缩短致密周期降本；直接材料占比35%，主要靠自制预制体降本，但自制技术壁垒高
原因1：碳碳热场在硅片非硅成本中占近20%，且产品差异不大，成本是主要竞争要素
由于碳碳热场在硅片非硅成本中占比较高，达18%，且各企业产品差异不大，因此这一行业的主要竞争要素为成本。
据年数据测算，M6硅片价格在2.6元/片，毛利率30%左右，按6.1W/片折算，对应硅片生产成本在0.26元/W。而每台单晶炉每年对应的碳碳热场需求为30万元，假设每GW硅片需要80台单晶炉，则单W硅片的热场成本在0.元，在硅片生产成本中占9%，在非硅成本中占比18%，相对较高。
而不同企业所生产的碳碳热场差异不大，如金博与中天火箭的产品抗折强度均在MPa以上，灰分均在ppm以下。
原因2：成本中制造费用占比54%，技术是主要降低手段
从碳碳热场的成本构成来看，制造费用占比高达54%，主要包括反应辅材、电力、折旧等。年龙头公司金博制造费用仅元/kg，远低于同业的元/kg，差异明显。
在制造费用中，折旧是最大的部分，占比约60%，龙头公司与其他公司的主要差异来自折旧，降低折旧的方式是提高单位时间设备产出、自主研发与生产设备，而这些主要依托各公司的技术研发实力。
电力在制造费用中占比16%（不同工艺有所差别），主要降低方式是在低电价地区建厂。
技术1：定制预制体、调节温度与气流、降杂与添加催化剂，可将致密周期缩短50%+
提高单位时间产出方面，主要可通过以下三种方式：
首先，通过调整预制体各位置的密度与孔隙大小，可使不同的热场部件具有不同的强度、导热系数，缩短沉积周期；
其次，通过调节温度与气流，使天然气的扩散运动匹配其热解反应的速度，从而在特定位置按照从内层孔隙到外层孔隙的顺序实现沉积，减少闭孔现象；
最后，通过降低杂质气体密度（抽真空、单一碳源等）、添加催化剂加速天然气热解反应。
经上述改进，金博的致密周期仅h以内，低于同业的一半。
技术2：自研沉积设备自制高温炉，叠加快速沉积技术，可提升毛利率16pct
自主研发、生产设备方面，由于碳基复材的生产技术含量较高，没有现成的设备可用，也很难从国外引进，大部分是企业根据自身的生产需求设计，多数生产企业使用的设备是高耗能、低产出的设备，而技术、研发实力强的金博自研了沉积设备，并自制了真空度良好的高温炉，不仅降低了设备初始投资，还提高了沉积、高温处理效率。
正是得益于自研沉积设备并自制高温炉，以及前述快速沉积技术，使金博的折旧与其他成本仅64元/kg，相较同业的元/kg优势明显，可提升毛利率16pct。
原因2：直接材料占比35%，自制可带来9pct+的毛利率提升，但制备预制体技术壁垒高
在材料成本中，碳纤维预制体是最大的部分，占比达80%+，据中天火箭招股书，其外购预制体的价格为元/kg，而金博自制成本是元/kg，按每kg碳碳材料消耗0.51kg预制体来计算，自制预制体可降低成本约82元/kg，对应毛利率提升约9pct。
预制体的制备技术壁垒较高，且主要用在航空航天领域，国外对这一技术进行封锁，目前国内具有预制体制备技术的除科研院所、航空航天单位外，主要有金博股份、江苏天鸟与龙头。
三、成本决定竞争格局当前碳碳热场厂商扩产较多，预计23年前后将产能过剩，但具有成本优势的龙头可在价格战时保持高盈利，价格战后市占率迅速提升。
目前制作碳基复材热场的国内上市公司有金博股份、中天火箭以及隆基股份：
金博是行业龙头，客户至少涵盖了行业前六家硅片厂，年坩埚市占率达33%，年热场销量达吨。得益于碳纤维预制体自制+定向气流快速化学气相沉积技术+沉积与高温炉自制三大优势，金博的毛利率保持在60%+的高位，遥遥领先于同业的30%左右。
中天火箭子公司西安超码，客户至少涵盖了行业前四家硅片厂，原来主要面向航天场景，产品强度、密度要求较高，因此用同种技术制备光伏产品时，产品密度高于同业，但生产成本更高，年公司热场销量吨，测算市占率约17%。
隆基年突破了碳纤维预制体自制技术，但目前制备成本仍较高，主要为保障内部供应稳定，规划年产能为20GW（约占其总产能的20%）。
类比：金刚线行业产能过剩致盈利下降，但行业龙头保持高盈利并提高了市占率
复盘同为硅片耗材的金刚线盈利、格局变化趋势，可对后续热场行业格局变化提供参考。
-年上半年，金刚线渗透率快速提升，对金刚线的需求也大幅增加，多个企业大幅扩张产能，如美畅、高测产能分别从年的、11km大幅扩张至年的、km，行业毛利率均处在40%+的高位，美畅则在70%。
但是“”后国内需求受到较大影响，供需关系反转，金刚线价格从年的元/km暴跌60%+至年的60元/km，部分企业毛利率下探至个位数，并开始退出这一行业，而具有成本优势的美畅、高测等企业的市占率则快速从21%提升至49%。
未来：随行业产能过剩，热场价格将下行，但头部企业仍可保持高盈利且市占率提升
与金刚线年格局类似，当前碳碳热场处于供不应求状态，行业盈利均较高，但年1-7月仅金博、超码两家产能增幅就达到88%，分别从50、35台沉积炉增长至60、台沉积炉，再加上各类中小企业以及正进入热场行业的原军工企业，预计行业总产能将在年前后出现过剩并引发价格战。
但由于热场行业不同企业的毛利率差距较大，龙头金博毛利率常年保持60%+，而中天火箭仅30%左右，因此即使价格快速下行，预计龙头依旧可保持较高盈利水平，价格战后成本较高的公司将逐步出局，此后行业格局将快速集中到龙头。
四、行业头部企业金博股份：技术积淀深厚，研发人员待遇好，得以持续积累工艺优势
公司作为行业龙头，领先优势的主要来源是技术。
目前公司高管大多具有专业技术背景，重视技术研发，研发费用率常年在10%左右，持续高于可比公司，年公司研发投入0.35亿元，同增20%，研发人员薪酬较同业高出50%，且年上市后2次对核心技术人员进行股权激励，并设有员工持股平台，保障了技术人员的稳定性，进而得以持续积累工艺优势。
自制预制体9%+快速沉积自制设备16%+沉积路线6%=高出同业30pct的毛利率
受益于前述预制体自制技术、快速化学气相沉积技术以及自制或自研设备，公司年毛利率相较同业高出31pct，除前述预制体自制带来的9pct、快速沉积自制设备带来的16pct外，公司采用单一天然气沉积路线，中天火箭采用传统丙烯+氮气再浸渍、固化、炭化的路线，沉积路线的不同带来了辅材方面6pct的差距。
其他盈利指标方面，公司ROE也逐年提升至近30%（年下降主要是上市融资后资产规模大增导致周转率下降所致）。
专利先行，技术降本，不断突破民用碳基复材的蓝海市场
公司创立之初，主要专利方向在预制体的制作工艺与设备，如针刺机的自动送料装置，随着预制体制备技术的成熟，逐步转向下游热场应用，并在逐步改进之后降低成本，打开了光伏用碳碳热场这一市场，并逐步替代传统等静压石墨热场。
同时，公司先是开发了适用于半导体应用场景的热场，主要是增加了碳化硅层的碳碳热场，目前已成为神工半导体、有研半导体的供应商，再通过改进碳陶预制体的制备方法，做出了适用于汽车刹车用的碳陶刹车盘产品，后续有望从高端整车厂开始突破，逐步扩大市场份额。两块市场目前主流产品均不是碳基复材，但经过技术改进降本后，有望成为公司新的增长极。
天宜上佳：高铁粉末冶金闸片龙头，向碳基复材领域拓展
公司是高铁粉末冶金闸片龙头供应商，近年粉末冶金闸片在收入中占比均在95%+，毛利率70%+，净利率40%+，均领先同业。
目前公司持有CRCC（中铁检验认证中心有限公司）证书10个，覆盖33款高铁车型，在取得证书的所有企业中位居第一。
年，公司开始向碳碳、碳陶产品方向拓展，并逐步建成了中试线；年成立天力九陶、天力新陶，专门负责在航空航天、轨道交通、汽车及光伏等领域碳碳、碳陶产品的研发、生产与销售。
技术团队实力雄厚，碳陶刹车盘进展顺利，t热场产能已投产
公司创始人吴佩芳从事材料行业工作40年，积累了丰富的研究与产业经验；碳基复材技术带头人周绍建，为中国航天科技集团材料专家组成员，从事碳基复材研究与生产管理26年，与航天研究所、超码、中南大学等机构进行多次合作。
公司碳基复材研发团队有16人（硕士以上12人），成员来自西北工大、北航、哈工大、北科等材料名校。
凭借在摩擦制动领域的积淀，公司自年以来已申请了5项碳陶材料的发明专利，并且碳陶刹车盘已与顶尖车企合作，首款产品性能验证结果优良，预计年内完成实车考核；而在光伏热场领域，公司在四川江油建设的吨热场产能已于8月初投产，后续或将继续扩产。
看好碳碳热场行业，一方面碳碳热场对等静压石墨热场会加速替代，行业本身相较光伏具有更高增速，另一方面龙头公司技术领先，阿尔法属性明显，且工艺的可迁移性好，后续可向半导体、汽车刹车件、耐腐蚀等领域拓展，这方面有两个头部企业：碳碳热场行业龙头金博股份、轨交制动龙头天宜上佳。
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