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2024.02.19山东
军工材料在国防工业中占据着举足轻重的地位，是高端武器装备发展的先决要素。在“十四五”装备快速放量的环境下，军工材料作为基础也迎来了“黄金时代”。进入“十四五”我国武器装备加速建设，新型号军机的快速列装，以及导弹大量消耗等都对上游材料形成了强劲的需求。叠加“自主可控”增量以及新型号装备中高端高性能材料应用比例增加，目前军工产业链中，上游材料呈现出较为强烈的“供不应求”，同时也表现出相较于下游更高的业绩增加弹性。
下面我们从发展军工材料的必要性出发，了解军工材料的特点及应用，按照大的分类框架梳理各个军工材料的用途及特点了解其未来发展空间及应用前景，以期理解军工行业未来的发展走向。
01
军工材料概述
1.定义
军工材料是按材料用途分类的重要应用领域。由于军工装备工作环境的苛刻性，军工材料多需要在极端条件下能够正常工作，尤其是航空航天对结构材料要求更高，因此这些军工材料一般需要具有高强度、耐高温、耐腐蚀、低密度等多种性能特点。对于此类具有优异特性和功能，能满足军用高性能需求的材料，我们称为军工材料或军工高端材料。
2.发展军工材料的必要性
（1）军工新材料是高端武器装备发展的先决要素
在各个时代，最先进的技术最早往往为军事用途服务。电子技术的发展依赖于半导体材料的发展；战略导弹、战术导弹和卫星的发展依赖于先进复合材料技术的发展；新型的复合装甲材料技术（即抗弹陶瓷和树脂基复合材料技术等），使坦克的防护迎来了新的发展机遇；工程塑料在枪械上的应用，使世界枪械研究徘徊不前的局面得以打破；发动机性能的改进一半靠材料。因此军工新材料是新一代武器装备的物质基础，也是当今世界军事领域的关键技术。世界各国对军用新材料技术的发展给予了高度重视，加速发展军用新材料技术是保持军事领先的重要前提。
军工新材料技术是决定武器装备性能与水平的重要因素。高效低成本树脂基弹箭复合材料研制成功及其在战略和战术弹箭上的应用，显著改进了武器装备战技指标，大大地增加了战略导弹的射程；轻型反坦克导弹的增程，主要依赖于碳纤维/玻纤混杂增强环氧复合材料发动机壳体、有机硅耐烧蚀涂料和橡胶基复合材料防护层的成功研制及应用；四代战斗机的“4S”性能特点，十分依赖新材料技术的发展与应用。
（2）军工新材料引领技术发展，奠定我国整体材料基础
军工新装备的牵引是我国的高端新材料技术快速发展的动力源之一，尤其是在国外封锁的环境下，军工材料是我国新材料技术的突破口，通过近几年的发展，可以看到我国正逐渐打破西方列强的围剿封锁。以“碳纤维”为例，以往国际碳纤维行业主要市场被美日等国垄断，但随着我国国家的重点扶持，以及如光威复材、中简科技等企业的不懈努力，通过军品的研发供应，我国在高性能碳纤维方面取得了十足的进步，为未来高端民用市场奠定了基础。
（3）供不应求：“十四五”军工材料迎来快速扩张
进入“十四五”我国军工装备加速建设，新型号军机的快速列装，以及导弹“数量级”增量建设等都对上游材料形成了强劲的需求。叠加“自主可控”增量以及新型号装备中高端高性能材料应用比例增加，目前军工产业链中，上游材料呈现出较为强烈的“供不应求”，同时也表现出相较于下游更高的业绩增加弹性。
企业积极扩产，“十四五”军工材料产能至少翻番增长。在军工上游材料整体供不应求的环境下，近年军工材料公司相继出台了扩产计划，我们统计了主要军工材料领域上市公司的扩产计划，预计到“十四五”末期产能至少实现翻番增长，高温合金产能增长157%、碳纤维产能增加210%、钛合金产能增加138%。再考虑到新产能爬坡的情况，我们预计军工材料“十四五”期间景气度整体无忧。公众号《投研锋向》
（4）高端材料“民用”市场给企业带来第二增长动力
3.军工材料特点及应用
（1）特点
军工材料作为武器装备发展的物质基础，须将军工装备的工作环境纳入军工材料的选取、制造及应用各环节，需要保证在超高温、超低温、高真空、高应力、强腐蚀介质等极端条件下正常工作。尤其在航空航天方面，例如航空飞行器要经受起飞和降落、发动机振动、转动件的高速旋转、机动飞行、突风等因素导致的冲击载荷和交变载荷；发动机燃气以及太阳辐照导致航空器处于高温环境，随着飞行速度提高，气动加热效应凸显，产生“热障”等服役环境影响，会导致零件、构件、仪器、装置、系统等出现功能衰退或失败，使飞行器失去可靠性和安全性。因此，军工材料的性能要求会更高、更全。
由于武器装备工作环境的苛刻性，军工结构材料多需要在极端条件下能够正常工作，因此这些材料一般需要具有高强度、耐高温、耐腐蚀、低密度等多种特点。
综合性是国防军工行业的特性之一，集成了空气动力学、燃烧学、材料科学、控制、冶金等众多学科。
（2）分类
对材料种类的需求也更加多样，大致可分为金属材料、高性能纤维及复合材料、其他功能性新材料。下面的章节里我们将具体展开论述。
（3）应用
02
金属材料
常用的军工金属新材料包括钛合金、高温合金、铝合金以及镁合金等。新型、高端金属材料在军工产业中有着难以替代的地位。
1.钛合金：新型武器装备的明星金属
钛合金凭借其密度低、比强度高、耐蚀性好、导热率低等特点，在航空航天、船舶军舰等领域中广泛应用。目前，我国钛行业结构性调整已初见成效，已由过去的中低端化工、冶金和制盐等行业需求，正快速转向中高端的军工、高端化工(PTA装备)和海洋工程等行业发展，行业利润由上述中低端领域正逐步快速向以军工为主要需求的高端领域转移。伴随着“十四五”的到来，高端军用钛合金在下游需求旺盛的环境下，供不应求，行业迎来高端产能快速扩张的窗口期。
从全球市场需求结构来看，钛合金主要应用于航空工业、国防军工以及其他工业。其中，在航空工业的应用需求最大，约占50%，主要是用于飞机和发动机的制造。但是对比国内来看，钛制品需求结构存在明显差异，在拥有发达的航空航天和军工国防工业的北美和欧盟地区，尤其是美国，50%以上的钛制品需求来自于航空航天和军工国防领域。我国虽然是全球最大的钛金属生产国和消费国之一，但是我国钛制品需求大部分来自化工领域，应用主要为抗腐蚀材料，技术含量相对不高，航空航天领域高端需求，虽然近两年占比有所提升，但仍只占18.4%（1万吨）左右，远不及国际平均水平。
随着我国大飞机自主建设和军机迎来快速换代窗口期，军民两方面的飞机需求将会持续放量。预计高端钛合金“十四五”期间市场需求的复合增速在20%，假设价格为35万元/吨，到2025年预计高端钛合金市场需求有望达到3万吨，市场规模将突破100亿元。
2.高温合金：现代物理冶金学和冶金工艺的集大成材料
高温合金是以金属镍、铁、钴元素为基体，能在600℃以上的高温下承受一定应力长期工作，并具有优异抗氧化、抗腐蚀能力的一类先进结构材料。高温合金的最大特点不是其绝对熔点很高，而是在高温下仍然具有良好的特性；高温合金在材料工业中主要是为航空航天产业服务，尤其是航空发动机方面，高温合金决定发动机整机性能、可靠性和安全性的关键热端部件，如涡轮盘、叶片、燃烧室等均主要采用高温合金制造。此外，由于其优良的耐高温、耐腐蚀、抗疲劳等性能，已经应用到石油化工、电力、汽车、冶金、玻璃制造、原子能等工业领域，从而大大扩展了高温合金的市场空间。
高温合金是整个特钢行业或者说是整个军工材料领域盈利能力最强的品种之一。高温合金因其原材料成本高、制备工艺复杂等原因，售价普遍较高。高温合金售价一般在数万元至百万元之间，常见品种预计平均价格在15-30万元左右。
高温合金凭借其耐高温、高强度、耐腐蚀、抗疲劳等特点，在航空航天、船舶军舰等领域应用广泛，是动力装置向更高性能发展的重要物质基础。现阶段我国高温合金产业整体呈现出供不应求的态势，目前全球高温合金技术集中在老牌军事强国美、欧、俄手中，我国高温合金产业在近些年加速追赶。随着我国在高性能航空航天发动机的研发力度不断加大，技术经验稳步积累，高温合金产业已经进入快速发展阶段。高温合金“十四五”持续扩产：抚顺特钢、钢研高纳、图南股份、西部超导、广大特材等高温合金企业纷纷出台扩产计划，预计到十四五末期高温合金的产能较2020年增长157%。
据观研天下数据，2015-2020年我国高温合金市场规模由78亿元增长至187亿元，5年增长3倍。未来随着军用航空发动机内生的巨大需求规模释放，预计到2025年我国高温合金行业市场规模将达856亿元，CAGR为35.56%。
3.铝合金：军事工业中应用最广泛的金属结构材料
铝合金凭借其低密度、高强度、高模量、耐腐蚀等特点，在航空航天、船舶军舰等领域应用广泛，是整机设备向更轻质化发展的重要途径。目前，我国航天航空领域和船舶制造领域的高端铝合金已经可以实现自主生产，不过由于技术积累薄弱、生产工艺控制不够等原因，产品性能均匀性较差或者合格率偏低，相较于国外成本控制还存在差距。但随着经验积累、关键技术的逐步突破，产业链正不断向高端领域深化发展。
03
高性能纤维及复合材料
复合材料的完整定义是由不同材料（包括金属、无机非金属和有机高分子材料）互为基体或增强体，用物理和化学方法在宏观尺度上复合而成的新型材料。而纤维增强复合材料是目前高性能复合材料的重要结构。这种复合材料的增强材料主要是一些高性能纤维。目前三大高性能纤维分别为碳纤维、芳纶纤维、以及超高分子量聚乙烯纤维。相对于一些传统金属材料，这些高性能纤维材料更“年轻”，未来性能指标有望持续提升。
1.碳纤维及其复合材料：国防战略性先进材料
碳纤维及其复合材料凭借其低密度、高强度、高模量、高稳定性的特点，在航空航天、汽车船舶等领域应用广泛，引领着轻质化材料的浪潮。
碳纤维产业的发展受到国家政策的大力扶持，碳纤维在中国制造中被列为关键战略材料之一。目前我国已经从上游碳纤维本身打破了国外的封锁，尽管在成本控制上仍然存在差距，但随着高性能碳纤维在武器装备上规模化应用，有望进一步拉动整个产业的良性发展。目前国内航空航天领域对高性能碳纤维的需求持续快速增长。国内高性能碳纤维产能严重不足，进口替代空间大。随着国产碳纤维产业高性能化和规模化、低成本化进程的深入快速发展，行业有望充分受益于市场需求拉动。
国内碳纤维需求国产替代空间巨大。国内市场方面，2020年国内碳纤维市场总需求为4.89万吨，同比增长了29%，增速远超全球。约占全球46%的市场。但可以发现进口量为3.04万吨（占总需求62%），国产纤维供应为1.85吨（占总需求38%），总体仍然呈现出国内产能存在巨大的供不应求。但随着近几年的发展，我国国产碳纤维比重在不断提升，增长速度也持续加速，给予国内碳纤维需求增速25%，国产碳纤维增速35%，预计到2025年我国碳纤维需求将达到14.9万吨，国产碳纤维占比有望超过55%。
2.芳纶纤维及其复合材料：防弹装甲的优质材料
芳纶纤维具有优异的阻燃耐高温和高强高模特性，一直是国防军工领域的关键基础材料，主要用于军警作战服、蜂窝结构材料，防弹衣、防弹装甲等。
芳纶纤维产品主要有间位芳纶和对位芳纶两种，国内对位芳纶国产自给率仅有23%，存在巨大的替代空间，而间位芳纶，我国虽然产能充足，但从产品形态来看都是低端的工业过滤材料，急需向高端发展。
目前从全球竞争来看，行业基本被国外巨头所垄断，但国内厂商经过自主发展，目前已经可以实现产业化，未来有望在国际舞台上进行竞争。随着芳纶在国防军工、安全环保等领域应用的不断扩大，国内芳纶市场需求将迎来快速增长。公众号《投研锋向》
3.超高分子量聚乙烯纤维：个体防弹防护领域的首选纤维
超高分子量聚乙烯（UHMWPE）纤维，又称高强高模聚乙烯纤维，是继碳纤维、芳纶纤维之后的第三代高性能纤维。是目前世界上比强度和比模量最高的纤维，其分子量在100万～500万的聚乙烯所纺出的纤维。超高分子量聚乙烯（UHMWPE）纤维是目前世界上比强度和比模量最高的纤维，被广泛应用于军事装备、海洋产业、安全防护、体育器械等领域。
在国际市场上，荷兰帝斯曼公司、美国霍尼韦尔公司等是代表性龙头企业。由于我国科研水平的落后以及国外技术的保护，我国超高分子量聚乙烯纤维的发展起步相对较晚。可以说我国是UHMWPE纤维的大国，但不是强国。目前国内UHMWPE纤维的生产厂家主要有同益中、宁波大成、山东爱地、湖南中泰等。
04
其他功能性材料
对于一些具有优异功能的先进材料，往往并没有办法以具体某种成分、类别属性进行区分，因此下面重点介绍一些应用前景较好的重点结构及功能材料，如隐身材料、先进陶瓷材料等。
1.隐身材料：武器装备隐身的物质基础
在技术与工艺不断进步的条件下，航电、机电系统也实现了不断更新，第三代战斗机的信息化作战能力在不断向四代机靠近，但二者最重要的区别在于隐身技术的实现，隐身能力是新一代作战装备的重要技术特征，隐身已成为飞行器等重要武器装备发展的必然趋势。由于各国在隐身技术领域存在严密的技术封锁，针对当前新型国际形势，隐身技术是国家国防建设的重大需求。军用飞机隐身的实现离不开隐身材料，隐身材料技术的应用可最大限度降低探测系统发现和识别目标能力，而提高现代武器装备的生产能力和突击能力，达到克敌制胜的效果。
隐身技术是一类技术的统称，并非专门针对某种探测器或某种专门的技术的应用，隐身技术又称为“低可探测技术”，是指通过弱化呈现目标存在的雷达、红外、声波和光学等信号特征，最大限度地降低探测系统发现和识别目标能力的技术，其目的是提高武器平台的生存力，是一种防御性军事技术。
根据探测器的种类不同，隐身技术可分为雷达隐身、红外隐身、声波隐身、可见光隐身和磁隐身等技术。其中雷达隐身和红外隐身是主要的两大隐身技术，多频谱兼容隐身是隐身材料的重要发展方向。目前主流隐身材料以隐身涂层和结构隐身复合材料为主。
隐身技术是未来信息化战争中实现信息获取与反获取、夺取战争主动权的重要技术手段，是攻防对抗双方获得战略、战役、战术和技术优势的重要内容，也是新一代武器装备的显著技术特征。隐身性能已成为现代主战武器装备的重要战技指标之一，是军队战斗力生成的重要增长点之一。随着信息技术的飞速发展和战场环境的复杂变化，隐身武器的出现对战争模式已经带来了重要影响。
从全球隐身材料的市场规模来看，据统计，2017年全球隐身超材料在武器装备中的应用市场规模大约在1.3亿美元，到2025年有望达到11.7亿美元左右，年均复合增长率在30%以上。根据GlobalMarketInsights的研究报告，到2026年，隐形涂料市场规模预计将超过8.34亿美元。
2.陶瓷材料：军工结构和电子信息的关键材料
陶瓷材料（特指先进陶瓷材料）由于其耐高温以及独特的电学特性广泛被应用于结构材料以及电子领域。作为结构材料，可成熟应用于战略导弹、火箭发动机热结构件以及各类卫星天线窗的保护框等方面，在电子陶瓷方面，随着武器装备信息化的加速，我国陶瓷电容器在军工领域的需求不断增大，随着技术的成熟未来有望带动军转民的发展。总体而言国内先进陶瓷总体水平与国外相比还存在一定的差距。但当前国家正不断为战略新兴产业的发展配置资源和政策，作为基础原材料和核心部件的先进陶瓷必将迎来快速发展。
05
发展方向
军工材料正向着“轻量化、高性能化、多功能化、复合化、低成本化以及智能化”等方向发展。
1.轻量化
在航空航天领域，轻量化意味着飞行器在节省燃油的同时扩大了作战半径，提高了战场生存力和战斗力，因此发展趋势是采用轻质、高强、高模材料，从而提高结构效率。
2.高性能化
高性能化是军工新材料从始至终贯穿的要求，这种性能体现在多方面，既可以是力学强度、韧性方面，也可以是耐高温性能方面等，此外，由于武器装备对可靠性的高要求，军工材料具有性能高于经济性的特点。新型号、新装备放量，对高性能材料需求明显增加。目前在新型武器装备的应用中，钛合金、高温合金、以及复合材料（碳纤维等）等脱颖而出，市场空间不断增长。以航空领域对材料需求来看，在100多年来经历了四个阶段的发展，目前正在跨入第五阶段，这一阶段的特点是：机体结构材料大量使用复合材料、钛合金用量不断创新高。
06
市场规模
1.企业积极扩产，“十四五”期间军工材料产能至少翻番增长
在目前军工上游材料整体供不应求的环境下，目前军工材料公司相继出台了扩产计划，我们统计了主要军工材料领域上市公司的扩产计划，预计到“十四五”末期产能至少实现翻番增长，高温合金产能增长138%、碳纤维产能增加210%、钛合金产能增加138%。在考虑到新产能爬坡的情况，预计军工材料“十四五”期间景气度整体无忧。
2.钛合金、高温合金、碳纤维有望维持稳定高速增长，市场空间逐渐打开
预计高端钛合金、碳纤维、高温合金三种材料“十四五”期间市场需求的复合增速分别为20%、25%以及16%，假设三者价格分别为35万元/吨、15万元/吨以及30万元/吨来估算，到2025年三种材料市场规模将分别突破100亿元、200亿元以及300亿元。
07
未来预期
1.下游列装加速，上游材料供不应求
进入“十四五”我国军工装备加速建设，新型号军机的快速列装，以及导弹“数量级”增量建设等都对上游材料形成了强劲的需求。叠加“自主可控”增量以及新型号装备中高端高性能材料应用比例增加，目前军工产业链中，上游材料呈现出较为强烈的“供不应求”，同时也表现出相较于下游更高的业绩增加弹性。公众号《投研锋向》
2.企业积极扩产，“十四五”军工材料产能至少翻番增长
在军工上游材料整体供不应求的环境下，近年军工材料公司相继出台了扩产计划，我们统计了主要军工材料领域_上市公司的扩产计划，预计到“十四五”末期产能至少实现翻番增长，高温合金产能增长157%、碳纤维产能增加210%、钛合金产能增加138%。再考虑到新产能爬坡的情况，我们预计军工材料“十四五”期间景气度整体无忧。
3.高端材料“民用”市场给企业带来第二增长动力
4.“大飞机”蓄势待发，民机市场方兴未艾
在第十三届中国航展上，商飞公布了最新的《中国商飞公司市场预测年报(2021-2040)》，同时波音也发布了最新的中国民航市场展望报告，都上调了中国民机的市场空间，预计未来20年，民机市场空间在9-9.5万亿之间。那么随着C919的问世，将推动全球民机市场格局由原来的“AB”向“ABC”发展。在自主化要求的环境下，对于这些给航空军机配套的上游材料企业来说，将提供新的市场增量。