炭炭复合材料产品产业化项目可行性研究报告.docx

1、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. 40. 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500600小时，加之中间各工序之间停留时间，一批产品一般23个月左右可完成。二、 项目背景本项目属先进复合

2、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

3、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

4、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

5、、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

6、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

7、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

8、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0.21.85 g/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，

9、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

10、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

11、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

12、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700800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

13、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23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

14、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

15、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、SGL CARBON、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

16、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持太阳能光伏产业的应用，这一产业的发展需要大量的炭炭复合材料作热场材料，现这种热场材料大部分还是依靠进口，在航空、航天、军事领域使用也在不断扩大，在医疗配件、体育器材、工程机械、汽车配件等领域不断有炭炭复合材料应用，国内炭炭复合材料保守估计每年也有几十亿的产值，市场越来越大，故该材料具有广阔发展前景。三、主要竞争对手情

17、况1、国外主要是日本的东洋炭素，东海，吴羽化工等、欧美有：英国、法国、德国、美国等几个国家。进口炭炭材料价格贵、周期长，只要我们的产品能够达到技术要求，应该还是有竞争优势的。2、国内主要生产厂家：西安超码、博云新材、南方博云等。3、项目的市场优势炭炭复合材料，技术含量与保密性很高。与国外同类产品相比较，本项目通过十几年前期的产品研究开发，我们的生产工艺和技术要求已相当成熟，并掌握了材料制备的全部关键技术参数，已先一步生产出了满足工业应用要求的合格产品，通过充分发挥本土资源和人才优势，努力达到或超过进口同类产品质量，并运用科学合理的管理方法控制生产成本，在价格上也更具有国际市场竞争优势。另外，我

18、们通过大量的、多方位的工业性试验，以及对各应用领域的市场需求和使用要求的掌握，避免盲目性生产，降低投资风险，同时通过产品试验和试用与广大客户建立了良好的合作关系，所以我们非常有信心在不久的将来做成国内最强最大的、在国际上有重要影响的炭炭复合材料生产企业与产业基地。四、本项目能够提供的产品1、磨擦材料(1)、飞机刹车材料。国内有几千架军用和民用飞机，仅仅是制动材料的需求，每年至少就有上10亿元的需求量，而我们是掌握该生产技术的唯数不少的几家之一，今后可考虑与飞机制造厂商合作开发生产新机种的刹车材料。(2)、铁路闸瓦。随着近来年铁路运输的快速发展，特别是高速铁路的发展，对刹车材料要求也越来越高，需

19、求量也将随之增大。(3)、工程机械用刹车材料，如制动器、偶合器等。2、军事和航空航天领域提供轻质高强度结构件，热防护件，如过渡环、喉衬、高温喷管、太空望远镜外壳、飞行器骨架等，现国内每年有好几个亿的产值，航空航天产品利润高，关键是市场开拓问题。3、高温炉用结构材料炭炭复合材料在高温使用情况下有其独特优势，可用于3000以下工作场合，如高温炉用保温筒、发热体、坩埚、热压模具、高温下各种连接件与结构件等，我国每年热场零部件至少有上10亿元产值，现部分国内生产，大部分需要进口。4、 医疗领域炭材料与人体相溶、强度高、易成型、可长期在人体内存在，是制造人造骨骼的理想材料，现正与几家大医院合作开发人造骨

20、骼产品，产品前景广阔。5、 汽车领域炭炭复合材料可用作汽车刹车材料和结构件材料，如汽车刹车片、主轴、壳体、离合器、制动器等。6、 机械设备结构材料如轴、壳体及其它结构件，建筑用塔吊结构件，工程机械设备的轻质高强度结构件等。7、 休闲体育器材赛车、游艇、飞行器、钓鱼杆、网球拍、自行车架、滑板及其它体育器材料，体育器材市场开发前景相当广阔。第三章 炭炭复合材料产业化发展战略目标及营销策略一、产业化发展战略目标战略意义：成为一个具有一定规模的、技术含量高、盈利能力强、能充分参与国内国际竞争与合作的高新炭材料集团公司。发展战略：实施可持续性发展战略。要实现可持续发展必须处理好二个层次之间的关系，也就是

21、近期和长期目标的关系，即建立成为近期经济增长点的第一层面业务，拓展和守卫当前核心业务：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，炭炭U型发热体，炭炭螺杆螺帽，隔热屏，导流筒，高温模具等产品；建立成为长期经济增长点的第二层面业务：炭炭喉衬，炭炭扩散段，炭炭喷管等产品。具体的发展规划如下，公司发展规划示意图如图1： 在第一层面上的当前的核心技术与产品，开发和扩大炭炭复合材料民用产品市场，加大炭炭复合材料民用产品的研发，跟踪炭炭复合材料领域的前沿技术； 在第二层面上的新的利润增长点的技术与产品，加快发展航天用炭炭复合材料喉衬、扩散段、喷管等产品，逐步占领国内大多数军用市场份额，

22、成为国内行业的龙头。 二、营销策略根据产品的目标市场定位，产品定位及竞争力的研究结论，在市场营销战略上，应注意的两个方面：一是建立完善的国际国内销售及售后服务网络，由销售工程师针对部同应用领域客户的使用和信息进行调研，以满足客户向高附加值产品发展和特殊应用功能的要求。二是在产品质量无较大差距的情况下，价格就成为高度敏感的因素，为了提高产品竞争力，要发挥低成本策略的作用，充分利用自身规模与销售网络优势，发展稳定而灵活的销售机制，本项目的产品价格的制定，原则上以国外同等质量的相同产品的价格为基础，较之低30%左右。树立国际化市场营销理念，采取内、外贸两条腿走路的市场策略，充分发挥我们C/C复合材料

23、生产工艺和技术的国际优势和中国碳谷网平台，与国际客户建立战略合作伙伴关系，努力将公司打造为国际一流的新型炭材料的企业。第四章 生产场地要求一、场址所在位置现状l、交通要求：本项目的原材料、产品价格昂贵、运输量不大，但有一定的辅助材料，要求交通方便快捷、畅通无阻。因汽罐车标准载重为30吨，为有效地保证了各种原辅材料的入厂和各种产品的外运，要求到达生产厂区的公路标准为保障35吨以上的货车畅通。2、用电要求：本项目耗电量较大，要求保障正常平稳供电，不能无故停电，电价越低越好，这直接影响生产成本，装机容量第一期40006000KVA，第二期增加20003000KVA。3、本项目拟选址要求周围产业基础雄

24、厚并且离城区不远，但不能在主城区内，这主要是为了既方便员工生活生厂，又不会对当地居民的生活环境造成太大影响。4、生产基地有自来水供应即可，日常生产无工业废水排出。二、建设规模1、 生产区要求，生产区各建筑占地面积如下表所示：序号项目名称结构面积（平方米）1车间钢结构80002仓库钢结构20003气站砖混结构40004水池砖混结构10005配电房砖混结构5006制氮机房砖混结构5007办公楼砖混结构20008其他辅助设施砖混结构15000合计33000表3：各主要建筑占地情况2、 由于该项目不将考虑环保、绿化、道路等情况，生产区估计需占地100亩左右。第五章 技术与设备方案一、技术方案l、生产方

25、法材料的制备主要采用化学气相沉积(CVD)的增密的方法及热处理（石墨化）方法。2、工艺流程图1：炭炭复合材料的制备工艺流程3、工艺技术来源由于该材料是重要的战略材料，发达国家对其生产设备和工艺均实行严密封锁，项目的工艺技术主要靠自主研究和开发。二、设备方案1、主要设备选型该项目的设备有材料的生产设备和加工设备，根据炭炭复合材料的特点及产品的特定要求，材料的生产设备有坯体制备设备，材料浸渍固化设备，炭化炉、石墨化炉、化学气相沉积炉等。加工设备则有大型车床，中型车床，锯床，刨床等。2、主要设备来源项目的主要生产设备为大型、非标、专用设备，其中主要的大型、专用设备在国内有几家单位生产，且设备工作性能

26、稳定、价格实惠，可直接定购即可；而非标设备主要靠本项目研制开发。3、方案的主要设备清单、自主开发大型和超大型的电阻加热炉，实现大型C/C复合材料工件的化学气相沉积，炭化、高温热处理等工艺过程。、为加速增密过程或能够制造尺寸大于设备能力的零件，需要制造大型浸渍树脂和沥青的设备。、为了保证最终产品的纯度、材料制备过程中需要多次提纯，需要开发提纯工艺和完善提纯处理装置。、材料需要进行机械加工，获得零件的最终几何形状和尺寸。公司需要增加多种机械加工设备，如数控车床、普通车床、大型卧式车床、立式车床等等。、为达到精密的几何形状和尺寸精度，还需要精密磨床和机械加工中心。第六章 主要原材料与能源供应一、主要

27、原材料供应l、主要原材料品种该项目的原材料主要是炭纤维及炭纤维织物制品：炭布、炭纤维毡体。2、主要辅助材料品种辅助材料有树脂、炭源气体：丙稀(C3H6)、丙烷(C3H8)或天然气(CH4)、氮气(N2)等。3、原材料、辅助材料来源与运输方式、炭纤维及其制品是委托其它单位加工，国内制造这种坯体或织物的厂家基本能够满足供应，同时公司将努力与厂家建立良好关系，寻找多处材料供应商，保证原材料的供应。后续随着产业规模的扩大，可考虑在园区内进行产业链的延伸，自建或合作建立炭纤维生产基地。、炭源气丙稀(C3H6)、丙烷(C3H8)、靠汽罐车运输，每车标准30吨，氮气(N2)自己制造。二、能源供应该产品生产过

28、程主要消耗电能，第一期装机容量为5000KVA，第二期增加20003000KVA。第七章 投资分析与收益分析一、投资分析l、基建投资2000万元（不包括土地费用）(1)、生产用厂房80m22m12m三栋，配5吨吊车，吊高8米，每台炉子需要挖5 m5 m5 m深坑，需考虑厂房地基。(2)、电容量3600KVA。(3)、自来水压0.15MPa。(4)、循环水系统一套用于冷却电炉的循环水，用200吨小时冷却水塔1台或2台。(5)、应急用水、高位水箱，容量6080吨水，高度6米，要求至少高出炉盖。、应急水源驱动水泵抽水。(6)、气站丙烯(C3H6)或丙烷C3H8、氮气(N2)站。(7)、天然气(CH4

29、)管道安装。2、基本设备投资如表4序号设备名称数量单价（万元/台）总价（万元）备注1CVD炉3016048002石墨化炉61509003浸渍炉2801604机加设备若干4005气站13206生产配套设备2007水电设备3508其它开支3009流动资金60010合计8030表4：基本设备投资情况二、收益分析1、市场分析(1)、大型工业炉、真空烧结炉热场系统：目前国内市场在此领域的碳、石墨材料消耗量达15亿元，如果改用炭/炭材料的话，尽管成本会提高3倍左右，但其使用寿命可延长3-5倍，且大大降低停机时间、维护成本及能源消耗成本。然而目前市场上真正用到炭/炭材料的不到5%，可见未来的市场空间还很大。

30、 (2)、光伏行业发热材料：目前国内多晶硅铸锭炉保守估计4000台，真正运行使用约点一半为2000台，其年消耗碳、石墨热场材料为80万元/台，市场规模达16亿元。而其80%均由国外供货商提供，如改由国内厂家供货，其采购成本可下降30%-40%。另单晶硅生长炉国内保守估计15000台，如按20%的运行使用率也有3000台，其年消耗碳、石墨热场材料为100万元/台，市场规模达30亿元。按2011年投入运行10000台炉，热场材料需求规模近100亿元，而国内炭/炭材料供应只有不到5亿元的供应量，可预见其未来还存在具大的市场空间。总之，目前炭/炭材料在国际上都属于高端战略材料，其生产技术相对集中，因此基本形成了卖方市场格局，各生产商基本是以产定销，产品供不应求。2、成本费用分析以投资l亿元，年产值2亿元计算，现分析各项目所需费用及支出情况如表5：序号项目比例总计（万元）备注1原材料费用占产值30%60002水电气费用占产