碳陶刹车盘∶电动智能化执行终端，蓝海市场辽阔

时间：2022-08-02 浏览量：字号：

碳陶刹车盘性能优势显着、 生长远景辽阔

１、刹车盘是刹车系统焦点部件，质料对性能影响较大

汽本制动系统是汽车的要害部件，制车片与制率度规成一对摩擦副，通过刹车片对偶件制动抵达制动动能。

汽车制动系统是指为了在手艺上包管汽车的清静行驶，提高汽车的平均速率等，而在汽车上装置制动装置专门的制念头构，因此汽车制动系统是汽车的要害部件之一。

以盘式制动器为例，主要制动装置由制动盘、制动钳、摩擦片、分泵、油管等部分组成，制动盘是盘式制动器的摩擦偶件，在汽车在行驶历程中，制动盘会随着轮胎一起转动，通过制动卡钳来夹住制动盘，起到减速或者停车的作用。而刹车片是则是装置在制动卡钳内的摩擦片，车主在举行急刹车时，刹车片就会被挤压到制动盘上，制造出摩擦力，从抵达而使车辆减速的目的。

刹车制动部件是无邪装备与车辆最主要的清静部件之一，汽车刹车系统的优劣，直接决议着汽车驾乘职员的清静系数，提高清静性能、镌汰情形污染和噪音污染、延伸使用寿命是刹车质料生长的大趋势。

汽车和高速列车等现代交通工具的刹车质料履历了从石棉质料、半金属质料、粉末冶金质推测碳碳复合质料和碳陶复合质料的生长。

在种种刹车质料中，优良导热性、稳固摩擦系数、耐高温抗攻击、耐磨减磨、质量轻即是制动闸片的主要生长偏向，是抢占未来生长制高点的重点。

碳陶复合刹车质料是20世纪90年月生长起来的一种以高强度碳纤维为增强体，以热解碳、碳化硅（SiC）等为基体的多相复合刹车质料，是在碳/碳复合刹车质料的基础上，引入具有优异抗氧化性能的碳化硅（SiC）陶瓷硬质质料作为基体的一种刹车质料，既坚持了碳/碳复合刹车质料密度低、耐高温的优点，又战胜了碳/碳刹车质料静摩擦系数低、湿态衰减大、摩擦寿命缺乏及情形顺应性差等弱点，成为新一代刹车质料，在汽车和高速列车等现代交通工具的刹车制动领域具有辽阔的应用远景。

主流刹车质料主要有三类：金属基刹车盘、碳碳质料刹车盘和碳陶刹车盘。现在普遍用于高速列车、汽车和飞机上的刹车质料主要是粉末冶金和碳碳复合质料。

然而，粉末冶金刹车质料保存高温容易粘结、摩擦性能易衰退、高温强度下降显著、抗热震能力差、使用寿命短等弱点；而碳碳刹车质料保存静态和湿态摩擦系数低（湿态相对干态衰减约50%）、热库体积大、生产周期长（约1200h）及生产本钱高等问题，制约了其进一步生长及应用。

碳陶刹车盘团结了碳纤维和多晶碳化硅这两者的物理特征。同时由于较轻的重量、优异的硬度、高压和高温条件下的稳固性、抗热攻击性和同韧性剪切断裂特征等特点不但延伸了刹车盘的使用寿命，并且阻止了因负载而爆发的所有问题。

碳陶刹车盘性能显着优于通俗灰铸铁刹车盘，但本钱为其短板。现在普遍使用的制动盘质料主要有通俗铸铁、低合金铸铁、通俗铸钢、特殊合金铸钢、低合金锻钢及铸铁一铸钢(锻钢)复合质料等，铸铁质料的使用较为普遍。

铸铁质料保存者制造周期长、导热性差和易爆发热裂纹等缺乏，因此碳碳和碳陶复合质料为刹车质料的生长偏向。

碳碳复合质料由于本钱高，现在主要用于飞机制动器，随着近年来高速铁路的生长，海内外科技事情者最先研制开发用于高速铁路的碳陶复合质料摩擦副，碳陶复合质料是一种国际上重点开发的摩擦副质料，我国也已经处于起步阶段，碳陶刹车盘未来降本空间较大，有望成为刹车产品的主要生长偏向。

2、碳陶刹车盘优势较为显着，最早应用于豪华汽车

碳陶复合质料是由碳纤维的三维毡体或编织体作为增强骨架，碳与碳化硅陶瓷一连基体的一类新型复合质料。碳纤维的作用是提高质料的机械强度并为质料提供手艺应用中所需的断裂韧度，主要基体因素碳化硅决议着复合质料的硬度，陶瓷复合质料的同韧性剪切断裂特征为其抗高热负载和机械负载性能提供了包管。

因此，碳纤维增强碳化硅质料完善团结了碳纤维增强碳(C/C)和多晶碳化硅陶瓷这两者的物理特征。碳陶复合质料的拉断伸长率从0.1%~0.3%不等，这关于陶瓷质料而言是极高的数值。正由于具有这些特征，碳纤维增强碳化硅才成为高性能刹车制动系统的首选质料。尤其是较轻的重量、优异的硬度、高压和高温条件下的稳固性、抗热攻击性和同韧性剪切断裂特征等特点延伸了碳陶刹车片的使用寿命，并阻止了古板灰铸铁刹车片因负载而爆发的所有问题。

碳陶刹车很是适适用于对刹车性能要求较高的交通工具，最早应用于超跑轿车。由于具有高温稳固性、高导热性、高比热等特点，相关于钢制刹车，碳陶刹车的优势显着：例如更长的使用寿命（长达30W公里）、更强的制动性能（耐高温）、更轻的重量（一律尺寸下重量比古板刹车碟要轻一半以上）等。

这种复合质料的刹车自1970年降生代以来一直用于航空航天，最早应用于F16战机，以镌汰在航母上下降的刹车热衰退问题，厥后十九世纪八十年月最先，碳陶刹车也在赛车项目中生长起来。

直到2001年，碳陶刹车才被用于量产民用上跑车，第一款接纳了碳陶瓷刹车的量产车保时捷911 GT2，其在干湿路面的性能以及重量、恬静性、耐侵蚀性、使用寿命和赛道性能等方面都具有很是多的优势。其他着名品牌汽车也陆续最先通过接纳这一立异型刹车手艺来提高车辆清静性并改善踏板恬静度，其中包括Mercedes-Benz的CL55AMG、奥迪W12&S8、宾利、布加迪和兰博基尼等跑车与豪华汽车。

碳/陶复合质料的主要基体因素碳化硅具有耐高温、高强度、抗氧化、耐侵蚀、耐攻击的优点，碳陶盘相关于通俗刹车盘优势显着。 首先，更轻的刹车盘就意味着底盘下质量减轻，这令悬挂系统的反应更为迅速，因而能够提升车辆整体的操控水平。第二，通俗的刹车碟容易在全力制动下因高热爆发热衰退，而陶瓷刹车盘能有用而稳固的对抗热衰退，其耐热效果比通俗刹车盘横跨许多倍，第三，陶瓷碟在制动最初阶段就连忙能爆发最大的刹车力，因此甚至无需刹车辅助增添系统，而整体制动比古板刹车系统更快、距离更短。第四，为了对抗高热，在制动活塞与刹车衬块之间有陶瓷来隔热，陶瓷刹车碟有特殊的耐用性。最后，只管陶瓷刹车盘的刹车性能十分优异，可是它的价钱却十分腾贵，如保时捷和奥迪的高性能跑车上的选装价钱都在10万元以上。

碳陶制动盘与碳陶刹车片组成的制动对偶较有生长远景。 凭证国际、海内研究希望，动车组碳陶摩擦副最优的匹配形式为：“碳陶复合质料制动盘+粉末冶金闸片”。这种匹配形式在制动速率提升、减重、延伸摩擦副寿命方面具有较好效果。

山东大学一研究团队通过实验来筛选最优的刹车盘和刹车片组合，通过实验发明碳陶盘和碳陶刹车片、粉末冶金刹车片配副均显示出较好的效果，其中，碳陶制动盘与碳陶刹车片组成的制动对偶，摩擦系数较高，摩擦磨损情形较其它组合好，碳陶质料作为汽车刹车副具有辽阔的生长远景。

从实验详细历程来看： 由现在轿车接纳的半金属型、低金属型、陶瓷型刹车片以及碳纤与钢纤混杂纤维刹车片与碳陶瓷盘对偶，均保存磨损较大的征象，并且陶瓷型刹车片与碳陶对偶制动时的摩擦系数太低，均不可与碳陶盘组成优异对偶；碳陶片与铸铁盘组成对偶时，碳陶片对铸铁盘有攻击，造成铸铁盘划伤，该组合需要刷新；炭陶盘与粉末冶金片组成对偶时，摩擦系数尚可，但由于选用的刹车片尺寸较小，刹车结构也保存较多不对理，可是粉末冶金片体现出可以与炭陶盘组成对偶的潜质。

在噪音方面，受制动器的制动结构影响，制动时有时泛起摩擦声音较大，并且后盘对偶摩擦系数偏高；前盘刹车片尺寸较大，盘与片的接触面积大，制动较为平稳，摩擦系数适中，无制动噪声。

3、主要的智能化执行器件，切合电动车“增配、高配”趋势

使用碳陶刹车片能够显著提高响应速率，缩短制动距离，是线控制动的最佳执行器件。 当驾驶员将车辆的驾驶操控完全移交给自动驾驶车辆的车载盘算机系统后，偏向盘、油门和刹车，就都完全由电子信号控制了（之前是通过机械液压的方法），这就是所谓的“线控执行”。由于电信号转达快于机械毗连，线控可为自动驾驶提供更高级别的清静守护。如通例制动系统响应时间为300-500毫秒，博世ibooster的响应时间为120-150毫秒，布雷博的线控制动系统响应时间只有90毫秒，线控制动距离响应缩短。大陆宣称在30km/h时启动行人�；な�，MKC1刹车距离能从6.8米镌汰为4.1米。因此使用碳陶刹车能够更显著提升智能汽车制动效率，提高智能驾驶清静性。

轻量化手艺是未来汽车的重点生长偏向。汽车零部件轻量化已经成为汽车节能减排最直接的解决要领之一。实验证实，汽车整车重量降低10%，燃油效率可提高6%—8%；汽车整车质量每镌汰100公斤，百公里油耗可降低0.3—0.6升。别的，陪同着新能源汽车的迅速普及，电动汽车关于续航里程的要求也越发迫切，在智能化网联化的趋势下，电动车增配了大宗智能化装备，芯片、雷达、高清摄像头以及数据传输的线束等，都给电动车的“体重”增添了不小的肩负，运用轻量化质料可以降低自身车重，在提升电动汽车性能的同时，实现节能减排。

电动化及轻量化趋势下，碳陶盘能够抵达减重效果，降低里程焦虑。新能源车与燃油车相比，虽然没有了发念头和变速箱，可是增添了电池组，重量相关于燃油车更重，因此新能源车减重任重道远，碳陶刹车能有用降低悬挂系统以下重量，能更好的地适配新能源车，降低里程焦虑。

2021年11月，特斯拉宣布将在2022年中期，为旗下最快量产车ModelSPlaid车型提供碳陶瓷刹车套件，该套装的本钱已达2万美元，约合人民币12.78万元。超高的车速，加上电车自己较大的质量，通俗的制动系统在极限状态下确实尴尬重任，以是特斯拉准备给这款车换上尺寸更大的碳陶瓷刹车盘、铸造的对向六活塞卡钳以及高性能制动片，并且四个轮子均接纳碳陶盘，以实现最强的制动效果。特斯拉体现：ModelSPlaid碳陶瓷刹车套件专为最终赛道体验而设计，是一个完整的硬件套件，可在高性能驾驶时代提供最大、可重复的制动力。

减轻悬架系统以下质量事半功倍，碳陶刹车盘为减主要害部件。 悬挂系统以下每减轻1kg，相当于悬挂系统以上镌汰5kg的效果。一对380mm尺寸的碳陶盘同比灰铸铁制动盘的重量轻约20kg，相当于在汽车悬挂系统抵达了减重100kg的效果。别的，丰田高端跑车雷克萨斯RCF曾通过CFRP质料和碳陶制动盘举行多方面减重70kg，其中22kg由碳陶刹车盘孝顺，因此碳陶刹车盘为汽车减重的要害零部件。

4、手艺、规模降本空间大，本钱下降曲线险要

现在阶段，碳/陶复合质料在刹车制动领域大规模应用的主要障碍为生产本钱较高、大批量生产工艺重大、难度大、周期长等。随着碳/陶复合质料制备手艺的提升、规模效益的展现，预计碳/陶复合质料将在摩擦制动领域获得普遍的应用。

乘用车碳陶制动盘依据碳纤维状态可以分为两大类，划分是短纤盘和长纤盘。短纤盘外洋居多，较量有代表性的是布雷博和西格里的CCM盘和CCB盘，其中CCB盘摩擦外貌有一层耐磨的陶瓷涂层。长纤盘海内外均有，外洋现在最顶级长纤盘是布雷博和西格里CCM-R盘，可以知足通俗使用和赛道使用。海内长纤盘，包括两种，一种是不带耐磨涂层的C/C-SiC盘，另外一种是带耐磨涂层的P-C/C-SiC盘。

短纤盘的制备工艺主要是分为混料、模压成型、碳化、陶瓷化、去重装配。它的优点是制备周期较量短，仅需要一个月。由于是模压成型，以是原质料使用率很是高，综合本钱较量低。但弱点也较量显着，即强度较量低，韧性较量差，在使用历程容易泛起掉块、断裂和崩边的危害。

长纤盘的制备首先是将一连碳纤维用针刺法做成碳纤维预制件，然后用化学气相渗透法增碳做成碳碳多孔体，再通过熔融渗硅举行陶瓷化做成碳陶复合质料，最后经机加工成碳陶制动盘。特点是所制备出来的碳陶制动盘综合性能很好，弱点是制备周期较量长，整个工艺下来长达2个月，本钱较高。

高本钱限制了乘用车碳陶盘的推广和应用，现在国产碳陶盘应用主要集中在改装车这个领域。实现碳陶盘的低本钱制备一样平常从以下5个维度着手：

1）原质料，碳陶盘原质料本钱大部分源自碳纤维，可以通过优化碳纤维的牌号和含量来实现原质料本钱的降低。

2）制备工艺，长纤盘制备周期长主要受限于热工艺，热工艺这块又包括CVI增碳工艺和反应熔渗陶瓷化工艺，可以通过开发多料柱限域CVI工艺和快速熔融工艺来实现生产周期的大幅度降低至一个月以内。

3）智能化，碳陶盘的加工差别于古板金属盘，陶瓷组分的保存使其加工难度大和加工效率低。现在海内碳陶盘的机械加工多为非智能化生产，通过智能化在线检测和生产可以大幅度提高生产效率，进一步降低本钱。

4）新工艺上和新要领，目今长纤盘预制体是从方板上面切割下来，这样会形成中心和四个角五块余料，导致整个原质料的使用率很是低。可开发近尺寸预制体成型工艺，该工艺可以直接制备出环形坯体和透风散热结构，就可以大大提高原质料的使用率同时还可以镌汰制动盘的机械加工量，大幅度降低制备本钱。

5）能源价钱，由于制备碳陶盘热工艺所需的温度高且时间长，用电量是很是大的，以是若是能够争取到优惠的能源专项价钱，关于碳陶盘的本钱降低是很是有资助。

产品直接质料本钱占较量低，保存较大手艺、规模降本空间。以金博股份为例（公司所有产品系碳碳复合质料，本钱结构代表性较强）。2021年公司热场系列产品单吨本钱为37万元/吨，较2017年的46万元/吨下降了20%，2021年单吨制造用度为11.40万元，较2017年的24.68万元下降了53.8%，手艺降本显著，2021年原质料本钱占比为52%，随着规模扩大、手艺升级、自动化水平提升和碳纤维价钱下降，产品的降本空间重大。目今碳陶刹车片单片价钱约2500-3500元，对用C级及以上乘用车市场，我们预计2025年单片价值有望下降到1000-1200元左右，将下探到B级及以上乘用车市场。

碳陶刹车盘未来市场空间大，增速高

碳/陶复合质料刹车盘供应商主要包括意大利Brembo、英国SurfaceTransformsPlc、美国Fusionbrakes等，海内掌握高性能碳/陶复合质料刹车盘制备手艺的企业较少，国产替换的空间较大。 我们以为，以下因素可能推动碳陶推广：

1、新能源车的生长，包括新势力在内的车企，在推出新能源车时，更起劲地使用一些新手艺。现在特斯拉和海内头部企业接纳碳陶刹车盘手艺，后续其他企业有望跟进。随着新能源车销量的提升，碳陶刹车盘手艺有望获得推广。

2、我们以为在碳陶的本钱在初期较高，基本上用于性能车和高端车，随着碳陶本钱的下降，未来有望向30~40万的价钱带渗透，若是碳陶的单车本钱可以降到5000元左右，有望向20~30万元的价钱带渗透。一经在豪车上使用的产品和手艺，近年来一直向更亲民的价钱带渗透，包括空气悬架、HUD等。

3、消耗升级和产品升级，从现在海内推出的新车来看，价钱带普遍上移，我们以为，汽车价钱结构向上迁徙，有助于提高碳陶刹车盘的应用规模。

4、碳陶刹车盘有助于在更短的距离内和和更短的时间内实现刹车，提高了自动驾驶执行端的响应能力。随着更多高自动驾驶级别的车辆推出，碳陶刹车盘有望获得更普遍的应用。

现在碳陶刹车盘应用规模极小，2023年有望是碳陶刹车盘推广的元年。我们测算2025年海内市场有望抵达78亿元，2030年海内市场规模有望凌驾200亿。取代原有的粉末冶金刹车盘，是这个行业的一定趋势：第一，碳纤维价钱将逐步下降发动产品自身直接本钱的下降；第二，随着产销规模的上升，工艺环节的优化，规�；媒刺继丈渤蹬瘫厩南陆�；第三，最求更清静的的驾驶体验将推动汽车行业产品的升级。

简朴测算，至2025年，古板粉末冶金刹车盘凭证单车1000元价钱、全球凭证年销售9000万辆汽车盘算，市场规模为900亿元，海内靠近300亿元市场。随着电动化历程加速，碳陶刹车盘的渗透率提升速率将有可能大幅度凌驾我们的预期。

这是一个全新的市场，契合电动智能生长的大趋势，是0-1的突破。而关于汽车清静的思量，一旦突破将成为汽车清静的卖点，生长速率有望凌驾我们预期，未来的整体市场销售收入将有望靠近2000-3000亿元，而汽车零部件是中国汽车分工环节中优势所在，未来海内企业将有望这个领域取得更大的市场份额。

外洋企业应用早，国产替换空间较大

行业属于蓝海市场，国产替换空间较大。 受制于工艺重大、生产难度大、生产周期长等多个壁垒，海内能够量产碳陶盘的企业较少。

碳陶复合质料刹车盘供应商主要包括意大利Brembo、英国SurfaceTransformsPlc、美国Fusionbrakes等，海内掌握高性能碳/陶复合质料刹车盘制备手艺的企业较少，国产替换的空间较大。

外洋头部碳陶制动盘生产企业主要客户为高端跑车生产商，产品单价更高，以外洋头部企业布雷博为例，单个碳陶盘的产品价钱凌驾10万元人民币，而国产碳陶盘单车价值量约为0.8-1.2万元左右，具有极高性价比。

随着国产企业在该领域手艺一直突破，以及新能源车“增配、高配、智能化”趋势的一直演进，国产新能源汽车碳陶盘的渗透率有望一直提高。

我国制动质料行业取得较大生长，国产碳陶刹车盘更具性价比优势。 我国的制动质料行业在国际中一直处于相对落伍的职位，主要是由于以前海内汽车行业产量少、车型品种简单，使得汽车行业生长缓慢，导致制动系统并无太大的刷新。

近年来，我国汽车制动质料行业已取得了较大的生长，正着力生长新型制动质料，大部分制动质料生产企业科研能力、研发水平、生产装备和工艺都在一直增强，使得制动质料产品质量逐渐提升，产品性能趋于稳固。

文章泉源 | 招商证券

汪刘胜，杨献宇

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