航空新材料：具乘数效应，受益新型号放量行业观点.pdf

- 1 - 敬请参阅最后一页特别声明 市场数据 (人民币） 市场优化平均市盈率 18.90 国金军工指数 4930 沪深 300 指数 4001 上证指数 2931 深证成指 11181 中小板综指 10478 相关报告 1.国防军工行业点评 -国防军工：业绩稳健增长，具确定性溢价， 2020.4.16 2.北斗：天地一体筑精准时空，无边界业态显现 -北斗导航行业深度， 2020.2.26 3.国防白皮书发布，装备费支出占比提升至 41%-国防白皮书点评， 2019.7.25 4.南北船筹划战略性重组：新一轮军工资产整合有望启动 -军工行业点 .， 2019.7.2 王华君 分析师 SAC 执业编号： S1130519030002 wanghuajun gjzq 赵 玥 炜 分析师 SAC 执业编号： S1130519070001 zhaoyuewei gjzq 航空新材料： 具乘数效应，受益新型号放量 行业观点 高性能材料是航空工业升级的技术基础， 具备 乘数效应 与高附加值特性 1） 高性能材料 是航空产品更新换代的技术基础 ， 在航空工业发展中占有极其重要的地位与作用 ， 呈现“一代材料，一代飞机” 特点。随着航空工业的发展，包括钛合金、复合材料、高温合金等新材料的应用 正 不断加大。 2） 乘数效应带动航空新材料加速放量。我们认为， 航空新材料 主要有两个增长动力 ：一是 军民机升级过程中，单架飞机新材料结构占比上升；二是我国新一代战机、运输机等重点型号迎来放量。在结构占比与飞机制造量齐升下，航空新材料用量有望迎来快速提升。 3） 相比一般民用级材料，军用级高性能材料的附加值更高，将提高更大的成长弹性。以碳纤维及复合材料制品为例，军用级价格是民用级 的 15 至 20倍，仅 3%用量可贡献 30%的市场价值。 受益航空工业快速发展， 航空新材料 迎来 三年翻倍、 十年 九 倍确定性增长 1） 我国 进入 航空工业加速升级阶段 ， 新一代运输机、新一代战斗机将逐步上量、替代旧型号 ； 民 机 制造进入自主化新时期 ，从而 带来可观的复合材料、钛合金及高温合金等 航空新 材料需求 的 增量市场。 2） 仅考虑可预见的军民机型，我们预计 ， 未来 三 年钛合金、复合材料与高温合金年均用量分别有望达 273 吨、 137 吨与 137 吨；未来 10-20 年钛合金、复合材料与高温合金年均用量为 1968 吨、 2421 吨、 496 吨。 3）从成长潜力看，三种主要新材料的年均用量有望实现三年翻倍、十年九倍增长。 从未来三年看，受益于军机新型号放量， 钛合金增长确定性强，年均用量大于复合材料与高温合金； 从中长期年均用量看，复合材料的成长空间最大（ 18 倍）、 钛合金有 7 倍提升空间，高温合金有 4 倍成长空间 。 军工领域进入壁垒高，格局明朗；优质公司 迈向全球市场， 未来成长空间大 军用新材料具严苛 的 军工配套要求，进入壁垒 较 高。目前，包括光威复材、宝钛股份、钢研高纳、火炬电子、西部超导等优质国内企业供应重点型号材料。此外，随着我国新材料技术不断提升，部分企业具备 “走出去”能力，如宝钛股份、光威复材分别与国际飞机制造商、 风电叶片制造商战略合作 。 投资建议 我们 建议关注国内深耕航空新材料的优质公司： 光威复材 （碳纤维，军品与风电放量 、与 Vestas 合作 ）、 宝钛股份 （钛材龙头， 高端 占比逐步提升 、与国际民机制造商战略合作 ）、 火炬电子 （陶瓷基复合材料）、 钢研高纳 （高温合金）、 西部超导 （高端钛材 +高温合金）。 股票 代码 公司名称 市值 （亿元） 19EPS 20EPS（ E） 21EPS（ E） 19PE 20PE 21PE PB 300699 光威复材 300 1.01 1.24 1.56 57 47 37 9 600456 宝钛股份 * 108 0.56 0.87 1.01 45 29 25 3 603678 火炬电子 121 0.84 1.14 1.43 32 23 19 4 300034 钢研高纳 78 0.33 0.40 0.51 51 42 33 4 688122 西部超导 * 161 0.36 0.46 0.51 101 79 71 6 来源： Wind，国金证券研究所（带 *为国金研究所预测 ，其他标的取 Wind 一致预期 ；市值取于 2020.06.05） 风险提示 航空新型号上量不及预期；原材料涨价；其他材料替代；应收周转风险。 4002422944554682490951365362190610190910191210200310国金行业 沪深 300 2020年 06月 07 日 高端装备制造与新材料研究中心 军工 行业研究 买入 （ 维持评级 ） ) 行业深度研究 证券研究报告 行业深度研究 - 2 - 敬请参阅最后一页特别声明 内容目录 一、乘数效应：航空工业升级下，新材料量与占比齐升 .4 1.1 高性能材料是航空工业迭代的技术基础 .4 1.2 复合材料、高端钛合金是需求增长最快的两类航空新材料 .6 1.3 航发是国产替代重要方向，高温合金、陶瓷基复材是核心材料 .8 1.4 高性能材料在新兴领域应用广泛，长期空间有望打开 . 11 二、确定性增长：航空新材料将受益我国航空工业快速发展 .13 2.1 军机：装备升级需求加大，新老机型加速更替是大势所趋 .13 2.2 民机：处于发展初期，将成为全球民用航空最大市场 .15 2.3 需求量测算：航空发展将带来航空新材料三年翻倍、十年九倍增长 .16 三、高附加值：高端航空新材料将提供高成长弹性 .19 四、竞争格局：军工领域进入壁垒高，逐步打开海外市场 .21 五、投资建议：关注深耕航空新材料的优质标的 .23 六、风险提示：航空新型号上量不及预期、应收周转较差等风险 .24 图表目录 图表 1：航空材料可分为结构材料与功能材料 .4 图表 2：材料是航空工业更新换代的技术基础 .4 图表 3： B787 相比上一代 B777 机体结构材料改变较大 .4 图表 4：飞机机身与发动机的材料应用区别 .5 图表 5：现阶段航空工业主要应 用的高性能结构材料梳理 .5 图表 6：典型航空航天复合材料与金属材料性能对比 .6 图表 7：飞行器结构减重的直接经济效益 .6 图表 8： 2-4 代战机机体材料结构质量分数变化趋势 .7 图表 9： F22 各项机体材料结构质量分数 .7 图表 10： F-22 飞机机身构件用钛情况 .7 图表 11：单架新型战机钛合金与复合材料用量是上一代的 4.4 倍、 3.0 倍 .7 图表 12：复合材料在民机中结构质量分数提升最快 .8 图表 13： A350XWB 结构材料质量占比情况 .8 图表 14：主要飞机型号单价飞机钛合金、复合材料用量测算 .8 图表 15：耐高温材料是航空发动机性能提高的重要因素 .9 图表 16：航空发动机用材的趋势 .9 图表 17：高温合金与陶瓷基复材是航空发动机主要结构材料 .10 图表 18：发动机材料用量占比情况 .10 图表 19： 2019 年中国碳纤维需求分布（千吨） . 11 图表 20：碳纤维及其复合材料的应用 . 11 图表 21：钛及钛合金在军工相关领域的应用 .12 图表 22：钛合金在高端民用新兴领域的应用实例 .12 行业深度研究 - 3 - 敬请参阅最后一页特别声明 图表 23：未来 3 年、未来 10-20 年三种主要新材料年均用量、成长空间对比 13 图表 24：我国历年国防预算及同比增速 .13 图表 25： 2017 年 我国装备费占国防费比例 为 41% .13 图表 26：装备费用于新型列装与装备升级等 .14 图表 27： 2019 年中、美、俄空军实力对比 .14 图表 28：中美军用航空发动机发展差距对比 .15 图表 29：波音、空客历年飞机交付量 .15 图表 30：中国 2020-2038 年民用飞机预测值 .15 图表 31：国产大飞机 C919 结构材料占比情况 .16 图表 32： CR929 结构材料占比 .16 图表 33：单架飞机航材（钛合金、复合材料、高温合金）用量测算 .16 图表 34：我国四种核心机型所需材料用量空间预测 .17 图表 35：军用级高端碳纤维用量需求有望实现三年翻倍 .18 图表 36： 2017 年军用级碳纤维仅占总用量的 3% .19 图表 37： 2017 年军用机碳纤维贡献了约 30%市场价值 .19 图表 38：不同工业领域碳纤维、预浸料和制品的单价对比（元 /kg） .19 图表 39：高性能航材毛利率水平维持较高位 .20 图表 40：中国航空航天钛材占比相比全球、美国情况 .20 图表 41：中国航空航天复合材料占比相比全球情况 .20 图表 42：形成军工批量供货能力需要经过至少 6-7 年 .21 图表 43：国内能够批量生产军用新材料公司梳理（不完全统计） .21 图表 44：宝钛股份、光威复材进入国际市场 /与国际大客户展开实质性合作 .22 图表 45：核心航空新材料公司估值表 .23 行业深度研究 - 4 - 敬请参阅最后一页特别声明 一、乘数效应：航空工业升级下，新材料量与占比齐升 1.1 高性能材料是航空工业迭代的技术基础 航空材料是推动材料科学与工程不断发展的主要动力之一，既是研制、生产航空产品的物质保障，又是航空产品更新换代的技术基础 。 1其中，结构材料是航空材料的重要组成部分，在航空工业发展中占有极其重要的地位与作用。 结构材料是航空工业发展的重要推动力。相比功能材料，结构材料的需求量、应用面更广，能够广泛应用于军工、航天航空、船舶、风电等领域。就航空工业而言，结构材料主要应用于飞机机体、发动机壳体等，且考虑到飞机不同部分的重量、温度等情况，采用的材料强度、硬度、韧性及塑性均有所区别。 图表 1：航空材料可分为结构材料与功能材料 分类 定义 主要种类 应用飞机部位与应用 结构材料 指工程上要求强度、硬度、韧性、塑性等以 力学性能为主 的材料 ，同时需 考虑环境的特殊要求 （ 高温、低温、腐蚀介质、放射性独照等 ）必须有优 良 可加工性（形状配合与精度要求） 铝合金、钛合金、纤维复合材料和高温结构材料 结构部件 ，如飞机的机体、发动机壳体等， 其作用主要是承受各种载荷，包括由自重造成的静态载荷和飞行中产生的各种动态载荷。 功能材料 具有优良的 电学、磁学、光学、热学、声学、力学、化学、生物学功能 及其相互转化的功能，被用于非结构目的的高技术材料 透波材料、吸波材料、红外敏感材料、激光晶体及低膨胀微晶玻璃等 测控系统所涉及的 电子信息材料 等（包括用于微电子、光电子和传感器件的功能材料） 来源： 新型功能材料 ， 航空航天材料发展现状及前景全面解析 ， 航空金属材料结构 ，国金证券研究所 在航空制造百余年发展的过程中，飞机材料的更新换代呈现出高速迭代的状态，呈现“一代材料，一代飞机”。截至目前，航空工业已经历了三代典型材料的更新换代 木布、金属、复合材料，以空客、波音为代表的飞机制造商均推出以高性能材料为主的民机（复合材料、钛合金结构质量分数分别超过 50%、 15%），以使飞机在维持原强度的前提下减轻重量。 图表 2：材料是航空工业更新换代的技术基础 图表 3： B787 相比上一代 B777 机体结构材料改变较大 来源： 中国民航报，国金证券研究所整理、绘制 来源： 国内外碳纤维复合材料及结构供应与制造现状， 国金证券研究所 航空材料正朝高性能化、多功能化、低成本化与结构功能一体化方向发展，现阶段主要包括复合材料、高性能合金与高温材料等。 根据材料特性，我们粗略地将高性能材料的应用面归纳为机身与发动机，其中，机身材料更注重轻质与高强度，降低结构重量以提高经济效益，诸如 碳纤维 复合材料、钛合金与新型铝锂合金是较好的材料选择；发动机材料最重要的指标是耐高温，高温合金、陶瓷基复合材料1 航空金属材料结构（中国航空工业集团洪都培训基地）（ max.book118/html/2017/1026/137923992.shtm） 行业深度研究 - 5 - 敬请参阅最后一页特别声明 等在热端部分的加大应用可以提高发动机推力，从而提高整架飞机性能。此外，特种工程塑料等材料在飞机零部件上应用较多。 图表 4：飞机机身与发动机的材料应用区别 来源： 十三五新材料技术发展报告 ， 航空航天材料发展现状及前景全面解析 ，国金证券研究所绘制 图表 5：现阶段航空工业主要应用的高性能结构材料梳理 分类 定义 使用特性 目前 主要应用部位 具体部位 复合材料 碳纤维及复合材料 碳纤维是含碳量高于95% 的无机高分子纤维 低密度、高强度、耐高温、高化学稳定性、抗疲劳、耐磨擦等优异的基本物理及化学性能，并有高振动衰减性、良好的导电导热性能、电磁屏蔽性能以及较低的热膨胀系数等。 主承力结构、次承力结构 飞行控制舵面、起落架舱门、机翼和安定面的前后缘面板、内舱设备、飞机尾部和客舱地板梁、机翼、机身和飞机尾部 金属基复合材料 以金属为基体，无机非金属的纤维、晶须、颗粒或纳米颗粒等为增强体，经过人工复合而成的新材料 具有高比强度、高比模量、良好的导电及导热性能、热膨胀系数小、尺寸稳定性好、耐磨性好、良好的断裂韧性和抗疲劳性能 结构件 主舱体龙骨桁架与支柱 陶瓷基复合材料 陶瓷基复合材料是以陶瓷为基体与各种纤维复合的一类复合材料 低密度（仅为高温合金的 1/4-1/3 ）、高硬度、耐高温(1650 )、耐腐蚀、抗氧化等 航空发动机热端部位 发动机燃烧室内衬、燃烧室筒、喷口导流叶片、涡轮叶片和涡轮罩环等部位。 合金 高温合金 高温合金是以金属镍、镍 - 铁及钴为基，在高温下能够承受一定应力且具有抗氧化、耐腐蚀能力的先进结构材料 在 600以上的高温及一定应力作用下长期工作的一类金属材料，具有优异的高温强度，良好的抗氧化和抗热腐蚀性能，良好的疲劳性能、断裂韧性等 航空发动机热端部位 高温合金约占先进航空发动机总重量的 50%， 主要应用在燃烧室、导向器、涡轮叶片以及涡轮盘四大热端部件。 钛合金 钛合金是以钛为基础加入其他元素组成的合金 1）机身：在 300以下，比强度高 2）发动机：在 500以下具有高的屈服强度 /密度比和疲劳强度 /密度比，良好的热稳定性，优异的抗大气腐蚀性能，可减轻结构质量 主承力结构、次承力结构 & 发动机500以下部位 1）飞机主要结构： 防火壁、蒙皮、大梁、起落架、翼肋、隔框、紧固件、导管、舱门、拉杆 2）航空发动机：压气盘、静叶片、动叶片、机壳、燃烧室外壳、排气机构外壳、中心体、喷气管等 新型铝锂合金 在铝合金中加入金属元素锂，可在降低合金密度的同事提高弹性模量 密度低、弹性模量高、比强度和比刚度高、疲劳性能好、耐腐蚀及焊接性能好 主承力结构、次承力结构 蒙皮、长桁、地板梁、滑轨、边界 梁 、 地 板支 撑 结构 等 部件（ C919） 特种工程塑料 特种工程塑料是指综合性能较高，长期使 综合性能较高，长期使用温度在150以上 零部件 飞机零部件：货舱排水系统、低压液体处理系统、电缆管道和保行业深度研究 - 6 - 敬请参阅最后一页特别声明 用温度在 150以上的一类工程塑料 护外套等 来源：十三五新材料技术发展报告， 从钛矿到钛材产业链 ， 铝锂合金在国产大飞机 C919 铝合金机身上的应用 等，国金证券研究所总结、整理 1.2 复合材料、高端钛合金是需求增长最快的两类航空 新 材料 在航空工业发展的过程中， 航空器对重量的要求 一直 十分严苛，有“一克重量换一克黄金”的说法 ，结构减重不仅能加强飞机性能，也是提高经济效益的关键。 结构轻量化和与之相关的“低油耗”是目前航空制造领域的竞争焦点之一，油耗多少直接体现了飞机及其发动机服役寿命期的经济性和环保性的优劣。 复合材料与钛合金以其比强度高的优异性能，能够帮助飞机实现有效减重，提高经济效益，在航空用材市场取得了广泛应用。 图表 6：典型航空航天复合材料与金属材料性能对比 性能 材料 碳纤维 /环氧树脂 芳纶纤维 /环氧树脂 碳化硅纤维 /环氧树脂 钢 铝合金 钛合金 密度 (g/cm3) 1.6 1.4 2.0 7.8 2.8 4.5 拉伸强度 (Mpa) 1800 1500 1500 1400 500 1000 比强度 (x107mm) 11.3 10.7 7.5 1.8 1.7 2.2 拉伸模量 (Gpa) 128 80 130 2.7 2.8 2.4 比模量 (x109mm) 8.0 5.7 6.5 2.7 2.8 2.4 冲击强度 (kgxcm/cm2) 76 200 260 线膨胀系数 (x10-6C -1) 0.2 1.8 2.6 12 23 9.0 来源： 先进纤维增强树脂基复合材料在航空航天工业中的应用 _赵云峰 、国金证券研究所 图表 7：飞行器结构减重的直接经济效益 机种 减重经济效益 机种 减重经济效益 小型民机 50 万美元 /磅 商用运输机 800 万美元 /磅 直升机 300 万美元 /磅 超声速运输机 3000 万美元 /磅 战斗机 400 万美元 /磅 航天飞机 30000 万美元 /磅 来源： 航空航天材料发展现状及前景全面解析 ，国金证券研究所 从典型的军机来看，美国新型战机复合材料、高端钛合金结构质量分数约为 24%、 39%，相比上一代提升 12pct、 26pct，粗略估计，单架新型战机复合材料与高端钛合金用量是上一代的 2.7 倍与 4.0 倍。 新型战机中复合材料与高端钛合金用量占比大幅提升。根据洪都培训基地航空金属材料结构所述，以美国、俄国等为代表的战机结构材料迭代快速，树脂基复合材料、钛合金质量分数提升最快，替代原来使用占比最大的铝合金与钢材。以美国生产型 F22 为例，树脂基复合材料、钛合金的质量分数分别为 24%、 39%，相比第三代战机提升12pct、 26pct，用量占比大幅提升。 行业深度研究 - 7 - 敬请参阅最后一页特别声明 图表 8： 2-4 代战机机体材料结构质量分数变化趋势 图表 9： F22 各项机 体材料 结构质量分数 来源： 航空金属材料结构，国金证券研究所 来源： 航空金属材料结构，国金证券研究所 图表 10： F-22 飞机机身构件用钛情况 来源： 关于先进战斗机结构制造用钛概述 ，国金证券研究所 单架新型战机 的机体 复合材料与高端钛合金用量是上一代的 2.7 倍与4.0 倍 。战机结构重量一般占空机质量的 30%2，我们以此与材料结构质量分数为基础假设，谨慎估计，一架四代战机的钛合金机体结构用量是三代战机的 4.4 倍，提升约 2.9 吨；树脂基复合材料机体结构用量是三代战机的 3.0 倍，提升约 1.6 吨。 图表 11：单架新型战机钛合金与复合材料用量是上一代的 4.4 倍、 3.0 倍 项目 第二代 第三代 第四代 空重（吨） 9.8 13.4 19.7 结构系数 50% 50% 50% 结构重量（吨） 4.9 6.7 9.9 钛合金质量分数 2% 13% 39% 钛合金用量（吨） 0.1 0.9 3.8 复合材料质量分数 2% 12% 24% 复合材料用量（吨） 0.1 0.8 2.4 来源： 先进战斗机结构选材与制造工艺需求分析（北京航空技术工程研究中心）， 国金证券研究所测算 2 先进战斗机结构选材与制造工艺需求分析 （ 北京航空技术工程研究中心 ， 李航航 、 高宏建 ） 0%10%20%30%40%50%60%第二代 第三代 第四代 铝合金 钛合金 钢 树脂基复合材料 15% 39% 8% 24% 14% 铝合金 钛合金 钢 树脂基复合材料 其他 行业深度研究 - 8 - 敬请参阅最后一页特别声明 不仅在军机领域，复合材料与钛合金在民机的不断迭代中也扮演重要角色。在空客与波音最新一代的客机中，复合材料与钛合金机体质量分数占比约为 50%与 15%。 以飞机制造商空中客车为例，在最新的 A350XWB 大型民机中，复合材料的用量提升最快，在机身、机翼与尾翼上均有大量应用，全机结构质量分数为 53%，相比上一代民机 A380 大幅提升 31pct；同时，钛合金结构质量分数为 14%，相比 A380 提升 4pct。 图表 12：复合材料在民机中结构质量分数提升最快 图表 13： A350XWB 结构材料质量占比情况 来源： 大飞机用铝合金的研究现状及展望 ， A380 飞机结构的先进材料和工艺 ， 从 A350XWB 看大型客机的选材方向 ，国金证券研究所 来源： 从 A350XWB 看大型客机的选材方向 ，国金证券研究所 单架 新一代 远程宽体客机 机体的 复合材料与钛合金用量是上一代的 2.3倍与 1.3 倍。 对照军机情况，我们谨慎、合理地假设民机结构质量系数约为 50%，粗略估计，一架 A350 大型民机大约需要 71 吨复合材料与 19 吨钛合金，分别是上一代 A380 材料用量的 2.3 倍、 1.4 倍，提升约 41 吨、 5 吨。 图表 14： 主要飞机型号单价飞机钛合金、复合材料用量测算 型号 A300 A320 A340-200 A380 A350-900 空重 （吨） 90 42 129 277 268 结构 重量 系数 50% 50% 50% 50% 50% 结构重量 45 21 65 139 134 钛合金质量分数 4% 5% 6% 10% 14% 钛合金用量（吨） 2 1 4 14 19 复合材料质量分数 5% 6% 8% 22% 53% 复合材料用量（吨） 2 1 5 30 71 来源： 飞机结构，国金证券研究所测算（ 注： 结构重量 =结构 重量 系数 *空重 ； A340 采用的是 A340-200 的空重， A350 采用的是 A350-900 的空重 ） 1.3 航发是国产替代重要方向，高温合金、陶瓷基复材是核心材料 推重比是航空发动机最核心的性能指标，提高涡轮前进口温度能够提升发动机的推重比，因此对耐高温材料需求突出。 发动机 是飞机的“心脏” ，是 确保飞机使用性能、可靠性与经济性的决定性因素 ，其性能的提升与所使用的耐高温材料密切，飞机航程加长与速度提高要求发动机更大的推力、推重比 3，这意味着发动机的压力比、 进口温度、燃烧室温度以及转速都须极大提高 4。 根据美国先进战斗歼击机研究计划和综合高性能发动机技术研究计划，发动机推重比要达到 20，其油耗比要比目前再降低 50%。对于 推重比3 推重比：是发动机性能的重要指标，指发动机推力与重量之比 4 航空航天材料发展现状及前景全面解析 （ 中国材料研究学会 ， 唐见茂 ） 0%20%40%60%80%100%A300 A320 A340 A380 A350复合材料 钛合金 铝合金 钢 行业深度研究 - 9 - 敬请参阅最后一页特别声明 在 15 20 的发动机，涡轮前进口温度最高达 约 2300 ，因而 除高比强度、高比模量外，对耐高温性能 的 需求更为突出 5。 图表 15：耐高温材料是航空发动机性能提高的重要因素 指标 /代数 二代 三代 四代 五代 推力重量比 5-6 7-8 9-10 15-20 涡轮前温度 K 1250-1400 1600-1750 1850-1950 2250-2350 压气机出口温度 K 650-700 800-900 850-900 950-1200 涡轮盘工作温度 600 650 700 780-950 涡轮盘材料 Fe 基、 Fe-Ni 基、 Ni 基高温合金 WP6、 WP6、 WP8、WP13、 WS9、 GH2036、GH4133B、 GH2901 Ni 基变形高温合金，FWS10（ GH4196）FGH95 粉末盒 FGH96 粉末盒、纤维增强超合金；变形高温合金 双性能粉末冶金、纤维增强超合金； 0 相TiAI、陶瓷基复合材料 来源： 航空金属材料结构， 国金证券研究所 目前，航空发动机主要结构材料包括高温合金与钛合金，质量分数分别为40%与 30%；未来陶瓷基复合材料等由于其优良的特性，将成为发动机升级换代的核心材料。 根据 世界著名发动机公司罗尔斯 -罗伊斯（ Rolls-Royce）公司对航空发动机材料发展情况作出的统计和预估 ， 传统的铝合金及结构钢在发动机中的用量会进一步减少，而镍基高温合金、钛合金等 材料的 使用 有所提升 ；一些新型高温结构材料，如金属间化合物（ Ti3Al、 Nb3Al 等）、陶瓷基 /金属基复合材料（ CMC、 MMC） 将是发动机材料选取趋势 。 图表 16：航空发动机用材的趋势 来源：英国 RR 公司 ， 国金证券研究所 高温合金是航空发动机提升推重比的基础材料，主要应用燃烧室、导向器、涡轮叶片与涡轮盘四大热端部位；钛合金在 500以下 性能稳定，应用于压气盘、静叶盘、机壳等；陶瓷基复合材料属于发动机先进程度的提升关键，目前最先进的发动机 涡轮前进口温度 逼近高温合金的熔点，而陶瓷基复合 材料是航空发动机 减重增效“升级换代” 的核心 材料 。 5 航空航天材料发展现状及前景全面解析 （ 中国材料研究学会 ， 唐见茂 ） 行业深度研究 - 10 - 敬请参阅最后一页特别声明 图表 17：高温合金与陶瓷基复材是 航空发动机主要结构材料 材料 定位 应用部位 高温合金 发动机推重比提升的基础 1）热端部位：燃烧室、导向器、涡轮叶片和涡轮盘 2）其他：机匣、环件、加力燃烧室和尾喷口 钛合金 低密度、高强度特性可以替代部分高温合金与不锈钢 中等温度部位（ 500 以下）：压气盘、静叶片、动叶片、机壳、燃烧室外壳、排气机构外壳、中心体、喷气管等 陶瓷基复材 发动机先进程度提升的关键 发动机燃烧室内衬、燃烧室筒、喷口导流叶片、涡轮叶片和涡轮罩环等部位 来源： 十三五新材料技术发展报告，从钛矿到钛材产业链 等，国金证券研究所 根据 Global Commercial Aero Turbofan EngineMarket ， 以质量计算，航空发动机中 镍合金、钛合金和特钢 分别 占比 40%、 30%、 25%。以装配在美国战斗机 F22 上的发动机（型号： F119-PW-100）为例，发动机重量为 1.36 吨，以上述质量占比粗略估算，一台 F119-PW-100发动机用镍合金 0.54 吨，用钛合金 0.41 吨，一架 F22 配置双发，发动机共用 1.09 吨、 0.82 吨镍合金与钛合金。 图表 18：发动机材料用量占比情况 来源： Global Commercial Aero Turbofan EngineMarket，国金证券研究所