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隐身材料行业深度研究报告大幕将启,百舸争 [复制链接]

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(报告出品方/作者:中信建投证券,黎韬扬)

一、隐身材料市场分类:涂层+结构,雷达+红外,高温+常温

1.1市场化分类:涂层+结构,雷达+红外,高温+常温

将隐身材料按照当前市场上主流企业的业务区别进行分类可分为涂层隐身材料和结构隐身材料,雷达隐身和红外隐身,耐高温隐身材料和常温隐身材料,本章将依据该分类进一步将技术进行汇总讲解。

1.2隐身涂层材料:耐高温红外隐身+常温雷达隐身

1.2.1分类

隐身涂层材料根据使用温度范围的不同通常分为常温隐身涂层和耐高温(中/高温)隐身涂层,根据主要隐身需求可分为红外隐身涂层和雷达隐身涂层。由于高温下红外辐射强烈,因此高温部位红外隐身需求最大;常温下红外辐射较弱,但由于常温部件往往占据整个装备大部分面积,因此雷达信号反射强烈,雷达隐身需求最大。故产生了以华秦科技为代表的耐高温红外隐身涂层和以佳驰科技为代表的常温雷达隐身涂层。

1.2.2组成

隐身涂层一般由功能填料和粘结剂组成。功能填料是保证涂层达到隐身性能的重要组成,选用不同的功能填料可以达到不同的隐身效果,比如雷达隐身涂层通常选用能够损耗雷达波的吸收剂作为功能填料,而红外隐身涂层则主要选择低发射率材料作为功能填料制备低发射率涂层,或者是选用相变控温填料来制备控温红外隐身涂层。要达到多频谱兼容隐身效果,则需要选择兼容对应频段隐身性能的功能填料。粘结剂是涂层的基体材料,其作用是使得涂层与基材达到良好的结合力。树脂基粘结剂经常用于常温或低于℃的中温应用环境,由于树脂耐受温度的限制,在高温应用环境下通常选用陶瓷材料作为隐身涂层的粘结剂。

1.2.3制备方法

涂层隐身材料产业化应用较多的为物理涂覆法、物理气相沉积法和热喷涂法,其中常温领域下物理涂覆法一般即可满足要求,而在高温领域下往往需要采用物理气相沉积法和热喷涂法,制备方法一般不存在明显壁垒,主要是成本和适用性的考量,同时不同的制备方法往往对原材料也有不同的要求,如物理涂覆法和热喷涂法适用于粉体,物理气相沉积法适用于靶材。

1.2.4生产销售模式

以华秦科技为例,对于隐身涂层材料,客户将相关零部件发运至公司后,公司运用定制化开发的生产设备及特定的生产工艺将特种功能材料直接制备并涂覆在客户零部件表面,从而在客户零部件表面形成特种功能材料涂层,提升客户零部件的隐身能力或防护能力,在此过程中即完成了公司产品的生产。

1.3结构隐身材料:耐高温(陶瓷基)+中常温(树脂基)

1.3.1分类

结构隐身材料是一种多功能复合材料,具备复合材料质轻、高强的优点,既能承载作结构件,又具有较好的隐身性能,目前国内外研究最多的是结构雷达隐身材料。根据结构隐身材料的类型不同,可以分为树脂基结构隐身材料和陶瓷基结构隐身材料,其中树脂基结构雷达隐身材料的研究比较成熟,在中常温领域应用广泛,以佳驰科技为代表,而陶瓷基结构隐身材料较为少见,主要用于高温领域,以华秦科技为代表。

1.3.2组成

传统的隐身结构件是在先进复合材料的基础上,将吸收剂分散在特种复合材料中,但由于单一的吸收剂散布型吸波材料吸收频带较窄,当前应用较少。为了有效的拓宽吸收频带,目前主流的雷达隐身复合材料从结构上可分为层板型、夹芯型,其主要构成材料包括雷达吸波剂、树脂基体(环氧树脂、聚氨酯、不饱和聚酯树脂、乙烯基树脂等)、纤维增强体(玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维等)、夹芯材料(泡沫结构、蜂窝结构)和新型人工结构材料等。吸收剂散布型是由热固性树脂作为基体,吸收剂作为功能填料,纤维作为增强体,常用的吸收剂主要是高电导率的碳纳米吸收剂(炭黑、碳纳米管、石墨烯和碳纳米线等),一方面是由于碳纳米吸收剂具有高电导率、低密度的优点,雷达吸波性能较好;另外一方面是由于纳米吸收剂填充到复合材料中可以起到增强作用,提高复合材料的力学性能。层板结构雷达隐身材料是可承载的宽频吸波复合材料,最常见的是双层和三层板型复合材料。两层板型结构吸波材料通常是由低损耗层(面层)和高损耗层(底层)构成。三层板型结构吸波材料,通常是由透波层(面层)、损耗层(中间层)和反射层(底层)三个不同结构层次组成。面层通常采用低介电常数的高强度玻璃纤维或芳纶纤维增强树脂基体系制备,中间层通常选用高损耗电介质或磁介质材料,反射层一般选用金属基底或呈反射特性的碳纤维复合材料。

夹芯结构吸波材料具有刚度和强度高、重量较轻、导热系数较低等优点,该类材料是由两层蒙皮和一层中间芯层构成,表面蒙皮采纤维/树脂复合材料,具有良好的透波性,为阻抗层。夹芯层为吸波层,夹芯结构设计成各种结构或者填充纤维状、泡沫状、絮状、球状等各种吸波材料,以实现雷达隐身性能。

而由于树脂天然的不耐高温,因为在中温领域下往往会采用改性的树脂来增强其耐温性,但在高温领域只能适用陶瓷基体如碳化硅替换树脂基体。

1.3.3制备方法

由于结构隐身材料主要应用场景均为雷达吸波材料,因此技术路线较少,但相比涂层隐身材料,结构隐身材料的制备方法是存在一定壁垒的。

1.3.4生产销售模式

以华秦科技为例,对于隐身结构材料,一般由客户提供设计图纸、技术指标等要求,公司直接进行零部件生产并交付客户。

1.4隐身超材料:可实现频率选择,未来发展潜力巨大

1.4.1简介

超材料是一种特种复合材料或结构,通过对周期单元的结构、尺寸和排布进行有序结构设计,使其获得常规材料所不具备的超常物理性质,在电学、磁学和光学等方面具备天然材料所不具备的特殊性质。目前研究较多的超材料有光子晶体、电超材料、磁超材料和左手材料等。

从原材料和宏观结构上看,超材料和结构隐身材料区别并不大,且主要应用于常温领域,超材料与结构隐身材料的区别在于材料设计的方法论。超材料着眼于材料基本功能基元的人工设计与构筑,结构隐身材料着眼于通过多组分材料在不同层次上混合、协同、耦合等获得新的性能,即结构隐身材料为天然材料,通过搭配组成不同材料兼容各种频率,而超材料为人工材料,通过微结构的改变兼容不同频率。因此超材料的技术壁垒并非材料配方,而是不同微结构对应频率的数据库。超材料技术是当前国际上应用于现代高端装备领域最热门的新兴技术之一。美国国防部把超材料列为“六大颠覆性基础研究领域”之一,美国*方确立超材料技术率先应用于最先进的*事装备;日本和俄罗斯将超材料技术列为下一代隐身装备的核心关键技术。当前国际形势风云变幻,地缘*治局势日益紧张,加速超材料在国防装备上的应用,对于推动我国国防高端装备跨代转型,维护国家安全具有重要意义。同时,超材料技术在复杂环境下的电磁防护领域中也具有重要的应用价值,推动超材料技术在该等领域的应用亦具有重要的社会和经济效益。

1.4.2制备方法

由于超材料分类众多,且技术区别较大,因此当前制备方法较多,部分方法仅适用于实验室制备。

1.4.3生产销售模式

超材料的生产销售模式和结构隐身材料相似,均为生产后直接交付下游主机厂等客户,超材料类似结构隐身材料的吸波剂,往往生产后再和复合材料进行组合,合格后交付。

二、竞争格局:产业壁垒较高,

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