碳碳热场与石墨热场代表两条截然不同的工艺路线:碳碳热场采用“预制体编织+气相沉积”,类似3D打印;石墨热场则从整块等静压石墨中机加工“挖”出部件,类似做木雕。中国产业在碳碳热场路线上已实现大规模应用并主导全球光伏热场供给,而石墨机加工路线在半导体等高端领域仍由日本、德国等传统强手把持。 中国在碳碳路线上的领先地位能否延伸至半导体高端热场,取决于工艺积累与高端市场验证,目前尚无定论。
两条工艺路线的本质差异
碳碳热场与石墨热场的核心区别在于制备方法。碳碳热场以碳纤维为原料,先编织成产品形状的预制体,再通过气相沉积将碳沉积到预制体上,最终形成热场部件。石墨热场则以石墨为原料,经等静压、石墨化处理后,从整块材料中机加工挖出所需形状,挖空部分均为损耗。
从性能看,碳基复合材料抗折强度更高(≥150 MPa,石墨为38-60 MPa),能承载更大重量,契合大硅片趋势;导热系数更低(<30 W/(m·K),石墨为80-140 W/(m·K)),隔热性更好。随着部件体积变大,碳碳热场在成本上的边际变动更小,而石墨热场的材料损耗则随体积增大而放大。
中国在碳碳路线上的主导地位
中国热场产业在碳碳路线上的崛起是明确的产业事实。 在2016年以前,热场的主要材料是石墨,此后金博、超码等企业突破低成本生产碳基复材后,碳碳热场逐渐成为主流。从坩埚产品看,碳基复合材料占比从2010年的不足10%提升至2020年的超过95%,等静压石墨则从超过90%降至不足5%;导流筒、保温筒等部件的碳基占比也均超过55%。
在供给端,中国企业的产能扩张显著。以金博股份、天宜上佳、中天火箭(西安超码)、陕西美兰德、楚江新材(天乌高新)等为代表的企业构成了全球碳碳热场的主要供给方,其中头部企业均自行制备预制体,赚取两个环节的利润。中国碳纤维厂商在碳碳热场方面的价格压力并不大,因其替代的是原先海外供应商,成本上具有天然优势。
石墨路线的传统强手与高端壁垒
石墨热场机加工路线在半导体等高端领域仍由日本、德国等传统强手主导。等静压石墨热场在加热器部件中仍保持绝对优势——碳基复合材料在加热器中的占比即使在2020年也不足5%,等静压石墨占比超过95%。这说明在部分对材料特性要求严苛的部件上,石墨路线仍不可替代。
中国碳碳热场企业能否将光伏领域的领先优势延伸至半导体高端热场,需关注其在高端部件上的工艺突破与客户验证进展,目前尚无公开数据支持明确结论。
常见问题
为什么说碳碳热场工艺“类似3D打印”?
碳碳热场是先制得碳纤维预制体,再用气相法把碳沉积到预制体上,最终形成热场部件,属于增材制造逻辑;而石墨热场是从整块石墨中挖出所需部件,属于减材制造。因此碳碳热场在制作大型部件时成本边际变动更小。
中国碳碳热场企业的产能格局如何?
金博股份产能最多,天宜上佳上产能最快,隆基股份作为硅片龙头也拥有热场产能,主要用于一体化自供。头部企业均自行制备预制体,在成本与技术上具备较强竞争力。
碳碳热场企业还能拓展哪些领域?
由于碳碳热场本质是把碳纤维做成物品,造物能力可横向衍生。热场公司已拓展至储氢瓶、碳陶制动盘、碳纸(燃料电池气体扩散层)等领域,这些业务在工艺上与预制体制备相通,成为热场公司的第二增长曲线。