炭炭复合材料产品产业化项目可行性研究报告.docx

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炭炭复合材料产品产业化项目可行性研究报告

炭/炭复合材料产品产业化项目可行性研究报告

第一章炭／炭复合材料项目介绍

一、炭／炭复合材料形成的原理

炭／炭复合材料坯体是炭纤维网状组织结构，根据需要用炭纤维组成各种所需的形状。

坯体密度和纤维的布局根据使用要求的不同而不同，坯体组成后，密度约0.4～0.5g/m3，然后通过增密工艺使坯体密度增大，从而达到产品所需要的各种要求。

产品在高温、真空状态下通入炭源气丙稀（C3H6）、丙烷（C3H8）或天然气（CH4）和氮气（N2）混合气体进行增密，一般增密时间500～600小时，加之中间各工序之间停留时间，一批产品一般2～3个月左右可完成。

二、项目背景

本项目属先进复合材料制造行业，是国家发展和改革委员会、科学技术部、商务部和国家知识产权局四部委认定的当前优先发展的高技术产业重点领域项目。

本项目也属于湖南省政府大力发展的新型战略产业，项目性质是高科技新材料产业项目。

1、项目名称

炭／炭复合材料产品产业化项目。

2、项目概论

本项目是由“湖南省江南石墨制品有限公司”通过招商引资合作建立高科技新材料生产基地，项目首期需占地200亩，建花园式工业区，主要从事新材料的开发及生产。

本项目的技术支持主要由中南大学、湖南大学的教授与专家作指导，通过整合人才、技术与市场优势，构筑碳炭新材料专业产业基地，该项目首期计划投资1亿元（不含土地成本），实现工业年产值2亿元以上，财政税收每年可达二千万元以上。

通过五到十年的努力，整合炭、石墨材料制品上下游产业链，在炭／炭复合材料和石墨烯领域达到国际先进水平，并建成国内高端炭材料研发、生产和出口基地，年产值达百亿元以上。

3、项目提出的理由与过程

随着科学技术的发展，对材料的要求越来越多样性，为了满足不同的使用要求，新材料的发展也日新月异，炭／炭复合材料以其优良的使用特性，使用在航空、航天、军事及民用等领域，如飞机刹车材料，使用炭／炭复合材料刹车盘比原金属刹车盘重量轻80%，而且使用性能和使用寿命也有了极大提高，当今世界各国的军用、民用飞机大部分采用炭／炭复合材料作刹车盘，航天、军事上用的喉衬、过渡环、火箭喷管等都提高了使用性能。

在民用方面也得到广泛应用，特别是高温炉用的保温筒、发热体、热结构件、连接件都采用炭／炭复合材料替代原来高纯石墨材料，使用性能也是石墨材料不可比拟的，在高温使用热场材料市场是相当大的。

在医学、工程机械、汽车、体育器材等领域同样有广阔的应用前景。

综上所述，开发炭炭复合材料民用产品完全是有市场基础，并大有发展前景的。

三、江南石墨概况

江南石墨位于湖南省省会、国务院批准设立长株潭实验区的长沙大河西先导区内。

创立于一九九八年底，是我国规模最大的专业研发与生产高端石墨制品的新型股份制企业，作为岳麓山国家大学科技园孵化的系科、工、贸一体化的高科技企业。

已经成立我国重要的碳石墨科研、教学、制造和出口基地。

与湖南大学、中南大学、国防科技大学等多所高等院校进行科研合作，承担并完成了国家“861”、“863”等重点科研攻关项目，获得国家多项目科研成果与发明专利。

重点开发绝化石墨、超细微晶石墨、同向性石墨、碳／碳复合材料、高能锂电池材料、燃料电池双极板、抗氧化高温涂料和超大规格的特种石墨新型制品。

主要品种有铜、铝材、腐蚀箔、太阳能光伏、工业炉用设备配套石墨材料；单晶硅、硬质合金、粉末冶金、稀贵金属冶炼用舟器、坩埚：

机械、电子半导体用碳、电火花（EDM）模具、石墨制化工防腐设备和高温抗氧化涂料，产品广泛应用于有色冶金、机械电子、石油化工、航空航天、原子能等领域，远销欧美、东南亚和中东等多个国家和地区。

江南石墨以引导材料新科技为己任，致力于搭建我国碳技术、投资、贸易的国际化专业平台。

引导我国高端炭产业发展方向，采用最先进的现代企业管理运营模式，产、学、研结合，正加速推进“碳谷研究院、中国碳谷网平台和燃料电池双极板、石墨烯新型储能材料、碳碳复合材料产业基地”为主体的现代化碳材料工业园建设。

将成为我国新型碳应用领域研发能力最强、生产规模最大、产品科技含量最高的现代化、国际化高科技上市企业。

四、产品介绍

1、炭／炭复合材料所处行业和性质

炭基（炭／炭）复合材料是炭纤维增强炭基体复合材料，具有高强高模、密度低、热膨胀系数小、耐烧蚀、耐疲劳、化学惰性、抗热冲击、尺寸稳定性高、断裂韧性大、导电性极高一系列优点。

炭／炭复合材料不仅是一种无与伦比的耐烧蚀材料，而且也是一种最高使用温度的热结构材料。

因此炭／炭复合材料作为新型的耐高温结构功能一体化工程材料，得到了迅速的发展，使其在航空航天领域中成为难以替代材料。

目前，广泛应用于固体发动机喷管、导弹比锥、航天飞机耐烧蚀材料和隔热材料、民用、军用飞机和赛车的摩擦制动材料以及生物工程结构材料。

近年来，随着炭纤维原材料及生产制造成本的降低，炭／炭复合材料的应用正在由航空航天领域逐渐进入其它工业和民用领域，广泛取代其它材料。

炭／炭复合材料制造技术的提高及高科技产业的需求使它在并导体工业、冶金、化工、机械、汽车、原子能工业和生物工程等领域特别是在太阳能和信息产业制造应用中需求量越来越大。

2、炭／炭复合材料的优点

3、炭／炭复合材料的运用领域

炭／炭复合材料主要运用于三个方面领域：

耐热材料领域、摩擦材料领域、高机械性能领域。

炭／炭复合材料主要产品是用高纯度，中、高密度的结构材料、低密度的炭．炭固态毡等在高温炉热场零件，取代进口的相关产品，包括高纯固化隔热炭毡及高纯中、高密度结构材料。

由于用途的特殊性，材料纯度高，有较高的抗压强度，有好的形状和尺寸保持性，可以按照客户的图纸及技术要求，提供异形如圆筒、截头锥形、盆状、U型等零部件，根据零件的使用条件不同，炭／炭结构材料的密度可控制在0.2～1.85g/cm3左右。

现生产的炭／炭复合材料民用制品，主要应用于提炼太阳能，半导体用硅的单晶生长炉，多晶铸造炉，高纯硅氢化炉配件。

专业生产炉用固化保温毡（保温筒，保温盖板，保温底盘），炭／炭坩埚，炭／炭加热器，隔热屏，导流筒等产品，质量达到国家先进水平，可完全替代进口同类产品。

该产品具有密度均匀，导热系数低的特点，隔热效率极佳，使用寿命长，表面平整光滑，几乎没有坑点，碳含量高，灰份低，提高成晶率以及成品质量。

该产品无需支撑物即可安装，提高炉体有效空间，拆装简便。

可广泛应用在高度真空预惰性气体炼矿熔炉，晶体生长妒，使用温度高达3000度。

产品有平版型，碟型，圆柱形及其他许多形状，可根据客户要求制作。

炭／炭复合材料产品用途见表l：

3.1炭/炭复合材料运用于耐热材料领域

（1）、炉内材料：

炉床风扇垫片

加热体

炉体

辊棒高温炉运输用连接板

L型U型异形板h型

螺母螺栓

（2）炉外材料：

料架

料盒

弹簧

（3）炭炭复合材料主产品：

发热体喷管高温模具

U型发热体坩埚隔热屏

端头帽扩散段喉衬

料架异型件

3.2、炭/炭复合材料运用于耐摩擦材料领域

螺旋浆翼、叶片、滑板、轴承等应用于工业用离合器、工业用制动器。

3.3、炭/炭复合材料运用于高机械性能领域

液晶制造装置用耐热盘

液晶制造装置用运送托盘液晶制造装置用机械臂

液晶制造装置用吸附平台

操作手辊棒半导体制造设备用豹纹筒

电极板耐热电板

第二章市场情况和分析

一、国内外发展现状

1、国内发展现状

中国国内石墨生产厂家多达数百家，却只能制造化工、冶金工业电极、炭刷、保温筒等小尺寸、低纯度、粗结构的石墨制品，很难生产半导体、太阳能硅晶体生长炉用大尺寸、高纯度、细结构、高强度的产品。

更不能满足用于刹车材料和高强度的结构材料性能要求，现国内用于高端炭材料大部分依赖进口。

中国用高纯石墨炭素材料，主要来自于日本。

如日本东洋炭素，日本东海、吴羽化学，日本特殊炭素新日铁公司等。

日本的石墨出口限制很严。

2005年以前，企业每年办理一次一般许可证就能正常进口石墨料，后来要求一个月办一次一般许可证；2005年4月份开始要求办特别许可证。

每月一审批，而且严格限制进口石墨的数量、规格。

特别是硅单晶炉加热器、保温筒的IG-58石墨料，是国际原子能协会认定的核反应堆的专用材料，控制的更为严格。

除日本外，给中国供应石墨炭素制品的还有德国西格里公司、法国罗兰公司等。

罗兰公司进军中国市场，在重庆投资建设高纯度石墨生产厂，2007年底开始生产，2008年开始正常供货，每年可生产700～800吨石墨产品。

由于硅材料产业发展迅速，石墨供应紧张情况一直很难缓解。

由于需求旺盛祁石墨生产周期等原因，国外订货周期长达8个月以上；国外限制向中国出口高质量石墨，同时控制石墨加工技术市场。

中国高纯石墨炭素材料的进口高依存度，存在着极大的风险。

大量需求使国外高纯度石墨的售价从5年前的10美元／公斤提高到现在的23美元／公斤。

一套拉制6英寸硅单晶的热场售价达30万元，可拉制8英寸或12英寸硅棒的28英寸热系统，进口价要200万元／套；投料450公斤左右的定向硅结晶炉的热场售价高达100万元／套。

我国2005年进口高纯石墨耗资1亿美元；06、07、08年分别耗资为1.5亿、2亿、4亿美元。

预计2011年进口这类材料需要耗资20亿美元。

炭／炭复合材料的比重轻，纯度高、耐高温，抗热震，机械强度可达石墨的5至10倍以上。

例如高700mm直径700mm的加热器，用炭，炭复合材料制造，净重只有47kg。

消耗的材料重量只有用石墨棒材加工同样一个加热器的13分之一。

炭/炭复合材料从制品投料到出产品，生产周期是2～3个月左右。

与石墨制品比较，生产炭，炭复合材料制品的节能节材效果明显。

2、国外发展现状

美国、德国、日本、法国等国家，C/C复合材料发展领先于我国，炭材料应用也比较普及，特别在航空、航天领域中领先中国10年左右；在民用产品领域也比较普及，如：

体育器材方面用炭材料作网球拍、钓鱼杆、高尔夫球杆等；另外，在很多其他领域广泛使用炭材料代替金属材料，特别在太阳能光伏方面的应用同样领先我国很多年。

1993年东芝陶瓷申请的美国专利介绍用二维C纤维织物绕制作成了硅单晶生长炉坩埚坯体，浸渍树脂后碳化制成坩埚。

随后在1997年美国Walsh等用三维C/C复合材料制造的硅单晶生长炉用坩埚帮、埚托、发热体、隔热屏及支撑等，Metter等人制备的高纯C/C复合材料，制造的硅单晶生长炉的热场零部件，通过一系列的高温处理，金属杂质含量控制到很低的程度，1999年kawashina等采用C/C复合材料在硅单晶生长炉的底部设置一个容积等于坩埚的容积的环槽，在硅单晶生长炉出现意外漏硅时，可以防止其他热场零件受到损伤。

东洋碳素、SGLCARBON、COMPOSITES、INC等国外厂商在其产品介绍中，也提到C/C复合材料制造单晶硅生长炉的坩埚，发热体等产品，其中提到的个别产品已经投入使用，大多数则仍处于研究阶段。

3、市场供给情况

国内无生产大尺寸的高纯、高强石墨的能力，日本、德国各有一家公司生产，供不应求。

高纯固体化炭毡的供应商主要有日本的吴羽化学、东海炭素，德国的SGL等几个公司，中国国内目前有几家规模较小的企业在生产该产品，技术和市场份额较好和较大的分别为陕西西安超码、湖南长沙博云新材、湖南长沙南方博云新材料有限公司。

二、炭／炭复合材料产品市场分析和发展前景

炭／炭复合材料应用在我国才开始起步，市场的前景无疑是广阔的，应用领域也在不断扩大，特别是最近温家宝总理主持召开的关于支