2016年是碳碳热场替代石墨的关键分水岭:此前单晶炉热场以等静压石墨为主,2016年前后金博、超码等企业突破低成本碳基复材生产工艺,碳碳热场由此逐步成为主流。从部件渗透节奏看,坩埚的替代最快,碳基复材占比从2010年不足10%升至2016年超过50%、2020年超过95%;导流筒、保温筒等部件随后跟进,而加热器至今仍以等静压石墨为主,碳基占比长期处于较低水平。

关键拐点:从"石墨为主"到"碳基主流"

替代并非在所有部件上齐头并进,而是按承重与隔热要求的高低依次展开。坩埚作为承载硅料的核心部件,对强度要求最高,成为碳基复材最先突破的环节;导流筒、保温筒的碳基占比在2016年后持续提升,2020年分别超过60%和55%;加热器因对材料导电与纯度要求特殊,等静压石墨占比仍保持在95%以上。

碳基复材之所以能推动这一替代,源于性能与工艺两方面:抗折强度≥150 MPa(等静压石墨为38-60 MPa),导热系数<30 W/(m·K)(等静压石墨为80-140 W/(m·K)),前者意味着更强的承重能力,契合大硅片趋势下硅料重量提升的要求,后者意味着更好的隔热效果。工艺上,碳基路线先制预制体再沉积成型,类似"3D打印",部件体积越大成本边际变动越小;石墨路线则从整块材料中挖出部件,损耗随体积上升。

替代节奏与供给格局

替代进程也带动了供给端变化。从碳碳复材热场材料供给测算看,金博股份产能规模居前,天宜上佳上产能较快,硅片龙头隆基亦有热场产能、主要一体化自供以平衡供应链。头部企业多同时布局预制体环节,从而覆盖更多利润环节;金博在预制体制备上积累了成网、布网复合针刺、自动送料针刺等技术。

需要注意的是,碳碳热场对碳纤维价格敏感度相对较低,原因之一是纵向替代石墨、横向替代海外供应商,成本本身具备一定优势;但随着国产渗透推进,价格压力也会逐步显现。

常见问题

碳碳热场替代石墨是从哪个时间点开始的?

2016年以前热场主要材料是石墨,2016年之后金博、超码等企业突破低成本碳基复材生产,碳碳热场逐渐成为主流。这一替代在坩埚环节最先完成,随后向其他部件扩散。

为什么加热器至今仍以等静压石墨为主?

加热器对材料性能要求有其特殊性,碳基复材占比从2010年不足1%到2020年仍不足5%,等静压石墨占比长期保持在95%以上。各部件替代节奏不同,是碳碳热场渗透的结构性特征。

碳基复材相比等静压石墨的优势体现在哪里?

主要看两项指标:抗折强度≥150 MPa,高于等静压石墨的38-60 MPa,承重能力更强;导热系数<30 W/(m·K),低于等静压石墨的80-140 W/(m·K),隔热性更好。这两点契合大硅片趋势下对承重与保温的要求。