碳碳热场坩埚中碳基复合材料的占比已超过95%,这一高渗透率背后是碳基复合材料在抗折强度、隔热性能和工艺适配性上的显著优势,以及企业在预制体编织和CVD沉积工艺上构筑的核心技术壁垒。
碳基复合材料替代石墨的技术路线
碳碳热场是单晶炉内的坩埚、导流筒、保温筒、加热器等六个部件的总称。2016年之前,热场主要使用等静压石墨材料;之后,以金博、超码为代表的企业突破了低成本生产碳基复合材料的技术,碳基复材逐渐成为主流。以坩埚为例,碳基复合材料占比从2010年的不到10%增长到2020年的超过95%,而等静压石墨的占比则降至5%以下。
碳基复合材料在关键性能上明显优于石墨:抗折强度可达150 MPa以上(等静压石墨为38-60 MPa),能承载更大重量,适应大硅片趋势;导热系数低于30 W/(m·K)(等静压石墨为80-140 W/(m·K)),隔热性能更佳;密度更低(1.6 g/cm³ vs 1.8 g/cm³),制成的部件更轻。
核心工艺壁垒:预制体编织与CVD沉积
碳基复合材料的制备分为两步:先将碳纤维编织成产品形状的预制体,再通过化学气相沉积(CVD)将碳沉积到预制体上,形成最终产品。这一工艺类似“3D打印”,相比从整块石墨中“挖出”部件的传统方式,材料利用率更高,且随着部件体积增大,成本边际增加更小。
在预制体环节,头部企业拥有多项特有技术。例如,碳纤维成网技术实现了铺网的连续生产,出网CV值小于4%;布网复合针刺技术突破了形状复杂、厚度大的热场部件复合难题;自动送料针刺技术实现了连续化生产,生产效率提高2倍以上。这些技术构成了先发企业的核心壁垒。
常见问题
碳碳热场对碳纤维价格敏感吗?
价格敏感度相对较低。碳基热场主要替代的是原先的石墨材料和海外供应商,在成本上本身就有一定优势,因此对碳纤维价格的容忍度更高。
热场公司的竞争优势主要体现在哪里?
除了热场产品本身,具备预制体自产能力的企业能赚取两个环节的利润。此外,热场公司可横向拓展至储氢瓶、碳陶制动盘、碳纸等领域,这些产品在预制体工艺上相通,形成第二增长曲线。
碳基复合材料在热场其他部件中的渗透率如何?
除坩埚外,导流筒中碳基复合材料占比超过60%,保温筒超过55%,而加热器目前仍以等静压石墨为主,碳基复合材料占比低于5%。