碳/碳复合材料，碳纤维的应用下一风口

近年来，随着太阳能光伏发电稳步发展，作为直拉单晶硅热场材料的碳/碳复合材料需求大增。2022年太阳能发电可实现平价上网，更进一步刺激碳/碳复合材料的需求。碳/碳复合材料目前处于供不应求状态，毛利率不低于60%，将成为继风电之后又一碳纤维应用风口。

文/苏格拉伟（微信号：zahawe）

2013年5月，我离开了济南工作的公司，赴杭州读博士后。在济南，这是一家做太阳能光伏热场材料的高新技术企业，主要做碳/碳复合材料、碳纤维保温毡（固化碳毡）、石墨材料部件的生产，主要应用领域是太阳能光伏产业链中的直拉单晶硅炉和多晶硅铸锭炉内部件。

这完全是计划之外的安排，在此之前重来没考虑过离开这个行业，也没想过离开济南这座城市和这家公司。

因为，在这半年之前，2012年12月，我刚博士毕业，从硕士到博士的课题，一直都是直拉单晶硅炉用热场材料的研究。涉及碳纤维保温毡、固化碳毡、碳/碳复合材料、碳材料高纯化处理、防护涂层等等。我的课题和公司业务高度吻合，所以从2009年开始，我的课题研究都是在企业做的。也得以和吴羽化学、西格里、东海炭素等先进碳材料企业，学到很多。

但是2012年下半年之后，太阳能光伏市场经历欧美的“双反”打击，反垄断反倾销，打的中国光伏热场材料情势急转直下。

当时，中国光伏产业链处于两头在外的状态，先进技术被欧美企业控制，市场也在欧美国家。作为依靠补贴生存的太阳能光伏行业，面对这样的打击，似乎没有任何招架之力。而且，中国光伏产业经历过2007和2010年飞速发展，已经是产能过剩状态，更是加剧了行业洗牌。

2013年的太阳能光伏行业处于单晶硅和多晶硅同时发展的格局，当时多晶硅光伏转换效率虽然没有单晶硅高，但是成本有很大的优势。单晶硅工艺采用的是直拉单晶硅工艺，成本高，但是光伏转换效率有优势。

直拉单晶硅炉内已经采用了大量碳素热场材料，包括石墨加热器、石墨坩埚、石墨保温桶、碳/碳复合材料螺栓螺母、碳/碳复合材料的保温桶、固化碳毡保温材料、硅蒸汽腐蚀等等。

这些碳素材料是其他材料无法替代的。以直拉单晶硅炉内的坩埚为例，高纯硅料要在1500℃左右熔融，需要用石英坩埚承载，但是石英坩埚高温强度太低，不足以承载200-300公斤的硅料，所以外边必须套一个石墨坩埚，作为承载部件。这里就完全发挥出碳材料的优势了，因为碳材料是唯一一种在高温下力学性能不降反升的材料。

2013年的直拉单晶硅炉坩埚直径只有24-28寸，装载硅料少，石墨材料可以完全承受这个载荷。石墨材料主要就是等静压石墨。

到了2021年，情况发生了翻天覆地的变化。

2021年的直拉单晶硅炉坩埚直径达到了36寸，装载硅料更多了，一次可以装在700-800公斤硅料。要求碳素坩埚尺寸变大了、强度也要提高。这时候等静压石墨成本就急剧升高了，逐步被碳/碳复合材料代替。

等静压石墨被碳/碳取代还有更重要的原因。因为等静压石墨是脆性材料，它的断裂是没有先兆的，所以，万一发生坩埚损坏，熔融的硅料会把炉底烧穿。而碳/碳复合材料，是碳纤维增强碳基体复合材料，不会发生脆断的事故，安全性大大提高。

大尺寸等静压石墨成本升高，慢慢接近碳/碳复合材料成本，安全性又低，被取代就理所当然了。所以，目前直拉单晶硅炉内碳素结构材料，还剩加热器还在采用导电率高的石墨材料，其他的逐步被碳碳复合材料替代。

除了石墨方面的原因，碳/碳复合材料能够替代石墨材料另一个原因，就是碳/碳这几年技术飞速发展。关于碳/碳复合材料的制造技术，我们以后再说，单说市场价格，以前一公斤碳/碳复合材料市场价格在2000-3000元，现在已经降到1100-1200元每公斤了。极大地降低了太阳能光伏发电组件每瓦成本。

现在，全球太阳能光伏市场，中国占了70%以上。核心技术也掌握在中国企业手里。十年前两头在外的格局不复存在了，取而代之的是中国的领导地位。而且原来高能耗、低价值的企业，经历了2012-2013年的洗牌，逐渐集中在隆基系、晶科系、中环系、晶澳系、协鑫系、京运通系等几大企业。

其中隆基系主要包括隆基绿能科技股份有限公司、银川隆基硅材料有限公司、丽江隆基硅材料有限公司、宁夏隆基硅材料有限公司、保山隆基硅材料有限公司、隆基（古晋）有限公司、宁夏隆基半导体材料有限公司；晶科系主要包括晶科能源有限公司、新疆晶科能源有限公司；

中环系主要包括天津鑫天和电子科技有限公司、天津环欧国际硅材料有限公司等；

晶澳系主要包括晶澳太阳能有限公司、包头晶澳太阳能科技有限公司、邢台晶龙新能源有限责任公司、邢台晶龙电子材料有限公司、宁晋晶兴电子材料有限公司、河北晶龙阳光设备有限公司、北京晶澳太阳能光伏科技有限公司、宁晋松宫电子材料有限公司、河北宁通电子材料有限公司、河北宁晋松宫半导体有限公司等；

协鑫系主要包括宁夏协鑫晶体科技发展有限公司、江苏协鑫硅材料科技发展有限公司、江苏协鑫软控设备科技发展有限公司、河南协鑫光伏科技有限公司等；

京运通系主要包括乌海市京运通新材料科技有限公司、北京京运通科技股份有限公司等。

2022年，中国太阳能光伏发电可以实现平价上网。这是巨大的进步，因为靠政府补贴的时代已经结束了，太阳能这种清洁能源能够自给自足的可持续发展了。

这也是为什么中国提出2060年实现碳中和目标很大的原因。因为，太阳能发电能够脱离补贴，可持续发展之后，迎来的将会是指数级别的增长。

单晶硅在与多晶硅竞争多年后，逐渐淘汰多晶硅的市场。

作为生产单晶硅的直拉单晶硅工艺，已经成为主流。而碳/碳复合材料，是直拉单晶硅炉内的重要材料，而且是一种耗材，每1-2年就要更换的，将迎来更快速的发展。

碳/碳复合材料，是以碳纤维增强碳基体的材料，碳纤维用量逐年快速增长。目前的碳/碳复合材料处于供不应求状态，毛利率不低于60%，正是处于风口趋势的初始状态。

研究了这么多年光伏热场材料，非常欣喜看到这个市场走出阴霾，走向光明，颇有守得云开见月明的心情。

以后，再对碳碳复合材料、碳纤维保温毡、石墨材料这些热场材料展开来讨论。

关于成本、关于制造工艺、关于发展趋势、关于市场、关于核心技术问题，有太多话想说了。