碳基复合材料龙头金博股份研究报告：碳碳热场龙头壁垒高铸.docx

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1、碳基复合材料龙头金博股份研究报告：碳碳热场龙头壁垒高铸1 自研核心技术铸就碳基复合材料龙头发展历程：创业十五载，专注先进碳基复合材料。公司前身博云高科成立 于 2005 年 6 月，2015 年 12 月整体变更为湖南金博碳素股份有限公司， 期间在碳纤维预制体、大尺寸碳/碳复合材料制备等关键技术上取得突破， 2019 年成为唯一入选工信部一批专精特新“小巨人”名单的碳基复合材料 制造企业，2021 年碳基复合材料热场部件荣获制造业“单项冠军”称号。主营业务：聚焦碳/碳复合材料，主要应用于热场系统。公司主要从事先进 碳基复合材料及产品的研发、生产和销售，现阶段聚焦于碳/碳复合材料及 产品，主要应

2、用于光伏行业的晶硅制造热场系统。营收构成：热场系统贡献绝大部分营收，下游领域主要为光伏。热场系统 系列产品是公司最大的主营业务，主要包括单晶炉拉制热场系统（坩埚、 导流筒、保温筒等，2021 年营收占比 99.5%）、多晶铸锭炉热场系统、真 空热处理领域产品等，2021 年公司热场系统系列产品营收 13.36 亿元，营 收占比 99.85%。分行业看，公司产品主要应用于光伏、半导体、高温热处 理等领域，2021 年光伏行业营收占比 97.76%。下游需求提升及产品迭代促进业绩高增。受下游硅片产能提升以及大尺寸 技术迭代影响，近年公司业绩高速增长，2021 实现营业收入 13.38 亿元， 同比

3、高增 213.72%；实现归母净利润 5.01 亿元，同比高增 197.25%。毛利率维持高位，费用率稳步下降。受益于产品质量及成本优势，公司毛 利率维持在 60%左右，近年公司为稳定市占率下调了部分热场系统产品售 价，但仍凭借成本优势将毛利率维持在远超同行业竞争者的较高水平， 2021 年毛利率 57.27%。公司净利率有所提升，主要由于费用率下降。多期股权激励充分绑定核心员工。公司上市后已发布两期股权激励，2020 年 8 月一期股权激励 50 万股、授予价格 39.75 元/股，2021 年 6 月二期股 权激励 100 万股、授予价格 80 元/股，深度绑定管理层及核心技术人员。2 碳

4、/碳热场业务：技术优势拉开盈利差距，产能扩张巩固龙头地位2.1 碳/碳热场需求：光伏行业高景气，碳基复合材料需求高增热场系统是制备单晶硅、多晶铸锭的关键设备。热场系统主要在高温设备 中起到支撑、隔热或导流作用，主要分为单晶拉制炉热场系统、多晶铸锭 炉热场系统。单晶拉制炉热场系统主要用于光伏行业、半导体行业中的单 晶硅长晶、拉制过程，是制备单晶硅的关键设备；多晶铸锭炉热场系统是 光伏行业多晶铸锭的关键设备。晶硅制造热场系统中，碳基复合材料凭借优异的性能逐步替代石墨材料。 光伏发展初期，热场系统部件材料主要采用国外进口的高纯、高强等静压 石墨；随着硅片尺寸扩大，单晶硅拉制炉容量快速扩大，等静压石墨

5、在安 全性、经济性方面的缺点逐步显现，碳基复合材料凭借优异的性能逐步形 成对等静压石墨材料的替代：安全性高：碳基复合材料具备良好的耐热冲击性，而石墨反复高温热 震下易产生裂纹，难以精确控制硅融体的温度，影响拉制单晶硅的品 质。可设计性强、有效降源消耗：大型石墨材料成型困难，而碳基复 合材料具有结构及功能可设计性，可通过预制体结构设计和致密化工 艺制备不同尺寸和形状的产品，无余料浪费，有效降低单晶硅的生产 能源消耗。使用寿命长、性价比高：光伏用碳基热场材料经过了 1800-2000的 高温热处理，具备良好的耐热冲击性，与石墨相比性能更优异、寿命 更长、综合性价比更高。碳基复合材料渗透率逐步提升。

6、由于碳基复合材料相比石墨材料具有更优 异的力学性能和抗侵蚀能力，2016 年以来碳基复合材料在单晶拉制炉热场 中的渗透率快速提高，坩埚、导流筒、保温筒渗透率已超过等静压石墨， 2020 年坩埚领域渗透率已超过 95%。随着硅片大型化、薄片化及 N 型硅 片推进，导流筒、保温筒领域的渗透率仍有进一步提升空间。能源转型成为全球共识，光伏超级成长周期开启。2020 年 9 月中国宣布努 力在 2060 年实现碳中和、2030 年之前实现碳达峰，欧盟、美国、日本等 主要经济体也制定了执行周期 30-40 年的碳中和目标，能源转型成为全球 共识。近期地缘政治动荡，2 月 28 日德国提出拟将 100%实

7、现可再生能源 发电的目标提前 15 年至 2035 年达成，3 月 8 日欧盟提出一项名为 REPowerEU 的方案，旨在 2030 年前逐步摆脱对俄罗斯化石燃料的依赖， “能源的饭碗要端在自己手里”逐步成为全球共识。但 2020 年全球光伏占能源消费的比例仅为 1.37%，光伏占全球发电量的比例仅为 3.2%，能源 转型仍处于起步阶段，光伏超级成长周期开启。全球平均成本快速下降，光伏平价时代来临。2020 年，全球光伏平均建造 成本为 883 USD/kW，同降 12.5%；全球 LCOE 均值 0.057 USD/kWh， 已经低于欧洲 27 国工业电价（0.102-0.301 USD/

8、kWh ）和居民电价 （0.115-0.382 USD/kWh），光伏平价时代来临。全球光伏装机需求维持高增。在 2020 年以前的补贴时代，因需求可预测 性相对较高，供应链长期处于过剩状态，“需求超预期”更多体现为后验的 “装机量”超预期。而从 2021 年开始，在平价、疫情、双碳等因素的共 同作用下，全球新能源“潜在需求规模”急速扩张。考虑到光伏成为全球 绝大部分地区最低成本电源的趋势已不可逆转，在全球各国将“加速清洁 能源转型、提升能源独立性”提升到战略诉求高度的背景下，我们认为光 伏需求将持续维持高增长，中性情境下 2022-2024 年全球新增装机分别为 230/288/368GW，

9、同比增速 35.5%/25%/28%，CARG29.4%。硅片企业扩产促进热场新增需求提升。随着光伏行业需求快速释放，2020 年以来隆基股份、中环股份、晶澳科技、京运通等龙头硅片企业均进行了 单晶硅棒产能扩建，据公开信息，2020 年以来已规划建设单晶硅棒项目超 过 359GW，为热场公司带来新增需求量。硅片大型化推进，碳/碳热场渗透率提升带来改造需求。大尺寸硅片可以提 升电池和组件产线的产出量、降低单瓦成本，同时能直接提升组件功率、 降低度电成本，近年来硅片大型化已成为行业发展趋势。随着光伏市场主 流硅片尺寸不断增大，对硅片制造设备及热场的尺寸要求亦不断增大，由 于大型石墨材料成型困难，热

10、场产品尺寸增大有望促进先进碳基复合材料 对石墨材料部件的升级换代，将带来硅片设备的更新迭代，引发新的热场 改造需求。下游需求拉动&渗透率提升，碳/碳热场需求快速增长。随着光伏行业特别 是单晶硅棒领域的扩产推进，碳/碳热场材料新增需求不断扩大；考虑到碳/ 碳热场材料供给释放后导流筒、保温筒渗透率的快速提升，我们预计 2021-2024 年渗透率逐步提升至 70%/78%/83%85%。考虑到热场的新增 需求（新增产能安装需求）、替换需求（单晶炉不更换的情况下热场材料寿 命耗尽带来的更换需求）、改造需求（改造热场以提升原有设备生产效率、 适应硅片发展趋势带来的需求），我们预计 2022-2024

11、年碳基复合材料热 场总需求将达到 5617/6705/8256 吨，同比增长 54.0%/19.4%/23.1%，三 年复合增速 31.3%，保持高速增长。2.2 碳/碳热场行业：双寡头格局，先发优势明显碳/碳热场环节复盘：龙头变迁速度较慢，存在先发优势。在碳/碳热场环节 发展历程中，行业格局较为稳定，具有明显的壁垒和先发优势，主要由于 碳/碳热场环节是技术密集行业，且存在客户壁垒。碳/碳热场环节具有先发优势的原因之一：技术壁垒高。碳/碳复合材料的生 产方式是将碳纤维预制体与甲烷高温裂解出的碳进行积附，需要在 2200 度以上的高温中经过多个沉积周期使产品性能达到使用要求，具有技术难 度大、研

12、发投入高、研发周期长等特点，技术创新、新产品开发需要大量 资金及人员的长期投入，属于技术密集型行业。行业内的主要企业凭借着 早期形成的碳/碳复合材料技术研究体系及产品开发框架，积累了雄厚的技 术基础，新进入者需要面临较高的技术壁垒。碳/碳热场环节具有先发优势的原因之二：存在客户认证壁垒。热场下游客 户会对供应商执行严格的考察和全面认证程序，涉及技术评审、产品报价、 样品检测、小批量试用、批量生产等多个阶段，行业下游客户在确保供应 商的生产设备、研发能力、工艺流程、管理水平、产品质量等都能达到认 证要求后才会考虑与其建立长期合作关系，认证周期较长，认证时间成本 较高。且一旦供应商进入客户供应链体

13、系，基于保证产品质量持续性、控 制供应商开发与维护成本等方面的考虑，客户一般不会轻易改变已定型的 产品供应结构，市场新进入者面临较高的供应商认证壁垒。技术及客户壁垒高、建设周期长，国内碳/碳热场行业呈现双寡头格局。由 于技术研发需要大量投资且建设周期较长（通常 1-2 年），碳/碳热场行业 属于技术密集行业，且存在客户壁垒，先发优势明显。部分单晶硅片企业 曾布局热场产能以实现原料自供，但扩产进展略慢，当前主要单晶硅片企 业仍以外采为主。目前碳/碳热场行业呈现双寡头格局，公司和西安超码 （中天火箭子公司）为主要的市场参与者，合计占有过半的市场份额。（报告来源：未来智库）2.3 公司核心竞争力：技

14、术优势拉开盈利差距核心竞争力：技术优势拉开盈利差距。公司自设立以来即专注先进碳基复 合材料，先后在碳纤维预制体、大尺寸碳/碳复合材料、低成本制备等关键 技术上取得突破，雄厚研发实力支撑技术不断进步。2021 年公司研发费用 同增 87.6%至 6497 万元，截至 2021 年底研发人员占比达 14.59%，研发 费用率处于行业高位。凭借核心技术优势，公司热场产品毛利率一直维持 行业较高水平，2017-2020 年与西安超码热场业务毛利率保持约 30%的差 距，2021 年在产品价格下降近 10%的背景下仍凭借技术优势保持 57.3% 的高毛利率。核心优势 1：技术优势提高单吨售价。2017-

15、2018 年公司单吨售价比西安 超码高 34 万元/吨以上，2019 年受 531 政策的影响下调了售价，但仍高于 西安超码 10.38 万元/吨，2021 年单吨售价较已披露年报的天宜上佳高 24.9 万元/吨。公司单吨售价高主要有两个原因：产品重量较轻：公司的技术路线使得同种型号、满足同样性能要求的 产品重量较行业其他公司更轻，在单件产品售价相同的情况下，单吨 售价更高；纯化学气相沉积法制备高附加值产品：公司使用纯化学气相沉积法制 备碳基复合材料，制备的产品具有高温性能好、纯度高的优点，使得 公司在高附加值产品方面具有更强的竞争优势。核心优势 2：快速化学气相沉积、碳纤维预制体制备等核心技

16、术降低单位 直接材料成本。成本分拆后发现，公司单位直接材料成本和单位制造费用 均大幅低于西安超码，2020 年公司单位直接材料成本比西安超码低 7.51 万元/吨，单位制造费用低 19.57 万元/吨。公司单位直接材料成本较低主要有两方面原因：1）自制重要原料碳纤维预制体。公司自己编织制造碳/碳热场产品的 重要原料碳纤维预制体，而竞争对手多为购买。2019 年公司碳纤维预 制体直接材料成本为 191.02 元/千克，比西安超码直接采购价 362.47 元/千克低 171.45 元/千克，模拟毛利率为 47.3%，与西安超码预制体 供应商江苏天鸟 2018 年销售毛利率 47.94%相近。2）快

17、速化学气相沉积技术提高材料利用率。公司增密阶段使用快速化 学气相沉积技术，与竞争对手获得裂解碳的途径和成本不同，这种方 法制备的产品具有高温性能好、纯度高的优点，单位原材料对应的产 量更高，降低公司的单位直接材料成本。核心优势 3：沉积周期短，批量制备减少电耗。公司采用定向流动快速化 学气相沉积技术批量制备大尺寸先进碳基复合材料产品，沉积周期在传统 沉积周期一半以内，极大减少了电力消耗。2017 年到 2019 年公司单位产 量耗电量的下降幅度为 35.39%，快于西安超码 29.36%的下降幅度，2020 及 2021Q1 单位产量耗电量进一步下降。2.4 大型化&N 型趋势放大公司技术优势

18、，充足订单保障新增产能消化大尺寸产品研发领先，巩固竞争优势。目前公司具有单晶硅拉制炉用 26- 36 英寸坩埚、导流筒、保温筒等核心产品，能够满足市场中 182mm、 210mm 等各尺寸硅片产品的应用需求。同时公司积极进行大尺寸产品研发， 40、42 英寸产品已实现小批量试制、生产和交付，该产品除能向下兼容市 场所有尺寸硅片的需求外，还能进一步增加单炉硅料的投料量、提高单晶 硅棒拉制效率、降低生产成本，巩固竞争优势。N 型技术对热场纯度要求高，放大公司技术优势。目前 P 型单晶电池量产 转化效率已接近理论极限，N 型电池量产效率有进一步提升空间，将成为下一代主流电池技术。N 型硅片热场与 P

19、 型硅片热场的技术路线、基本设 备配臵基本相同，差别在于 N 型硅片对热场纯度要求更高，纯度要求达 “灰分100ppm”（P 型硅片用热场纯度要求灰分200ppm）。公司通过 单一气源甲烷热裂解技术获得基体碳，并通过快速化学气相沉积技术形成 碳/碳复合材料，制备的沉积基体纯度较高；同时具有高温纯化技术、高纯 涂层技术等多项技术储备，能够以更低成本获得高纯度产品，有望充分受 益 N型趋势。产能快速扩张巩固龙头地位。2019 年底公司先进碳基复合材料产能仅 200 吨，上市以来三次融资扩产扩大产能规模，通过规模效应和技术进步带来 的生产效率提升持续降低成本，扩大市场占有率。截止 2021 年底公司

20、具 有先进碳基复合材料产能 1600 吨，随着在建产能释放，我们预计 2022- 2023 年底将达到 2600/3450 吨，可覆盖 2022-2023 年近一半行业需求。客户资源优势明显，充足订单保障产能消化。先进碳基复合材料产品存在 客户资源壁垒，认证周期长、认证时间成本高，公司凭借出色的技术创新、 产品质量和服务获得了较高的客户认可度，与全球知名光伏晶硅制造商建 立了稳定的合作关系，并与隆基股份、晶科能源、上机数控等企业签订了 长期合作协议。截至 2021 年底公司在手订单 9.73 亿元（含税），对应出 货量约 973 吨（按照含税价 100 万元/吨测算），可覆盖公司 2021 年

21、底 1600 吨产能的 60.8%。此外，公司与多个主要客户签订了合计约 3900 吨 的长期合作协议（折合金额约 39 亿元），截至 2021 年底仍有超过 3100 吨 待 2022-2023 年执行，充分保障新增产能消化。3 碳基材料应用领域不断扩大，新材料平台未来可期拓宽碳基材料应用领域，依托金博研究院打造新材料平台。公司定增项目 拟投资 8 亿元建设金博研究院，依托对碳基新材料的研究和积累，进一步 丰富碳基新材料在光伏、半导体、高温热处理、氢燃料电池、摩擦制动等 领域的应用，拟利用 3-5 年时间打造碳基新材料平台。3.1 半导体领域：碳/碳复合材料渗透率提升，积极拓展第三代半导体市

22、场半导体市场拓展成效显著。公司产品在半导体市场主要应用于晶硅制备领 域和第三代半导体领域，2021 年半导体领域贡献营收 2436.16 万元，同比 高增 249%，半导体市场拓展成效显著。晶硅制备领域：硅片大型化推动碳/碳复合材料渗透率提升。与光伏领域相 似，公司的碳/碳复合材料产品应用于半导体拉晶阶段的单晶硅拉制炉热场 系统。近年大尺寸硅片因成本优势逐步推广，据 SEMI 统计，2019 年 12 英寸硅片占全部半导体硅片出货面积的 67.2%，据 ICInsights 预测，2021 年 12 英寸硅片产能占比有望提升至 71.2%。目前，半导体用晶硅制造热 场系统中的部件以高纯等静压石

23、墨产品为主，公司的碳/碳复合材料部件具 有强度更高、性价比更高的特点，同时具有“近净成形工艺”制备优势， 在大尺寸热场部件的应用中相较石墨件具有竞争优势，有望依托硅片大型 化进程逐步提升渗透率。第三代半导体领域：碳化硅衬底国产化带动原材料需求增加。碳化硅 （SiC）为第三代半导体材料的核心，是制作高温、高频、大功率、高压器 件的理想材料之一，应用领域广泛。衬底制造是 SiC 产业链技术壁垒最高、 价值量最大环节，是未来 SiC 大规模产业化推进的核心。随着下游应用放 量，近年来我国本土企业积极投入碳化硅衬底国产化进程，目前中国大陆 碳化硅衬底规划投资超 200 亿元，未来远期规划年产能超 40

24、0 万片，随着 国内碳化硅衬底产能建设的推进，市场对于其原材料高纯热场、高纯保温、 高纯碳粉、高纯碳化硅粉等需求将快速增加。高纯度、低成本碳粉助力第三代半导体市场拓展。公司生产的碳粉为碳基 复合材料生产过程（化学气相沉积工艺）的副产品，具有纯度高、成本低 等天然优势；此外，公司在高温热处理工艺方面具有丰富的技术积累，具 有成熟的合成高纯碳化硅粉所需的高温热处理工艺。目前公司已掌握高纯 碳粉、高纯碳化硅粉、高纯保温材料的制备技术并进行试制，2022 年 4 月 8 日与天科合达就高纯热场材料、高纯保温材料、高纯粉体材料在第三代 半导体领域的开发和应用达成战略合作伙伴关系，第三代半导体市场拓展 稳

25、步推进。3.2 高温热处理领域：应用拓展推动营收稳步增长应用拓展推动营收稳步增长。公司在高温热处理领域的主要产品为模套料 盘棒/管材和其他非标准异形件，主要应用在真空烧结、压力烧结、粉末冶 金、硬质合金、金属冶炼、金属提纯等领域。高温热处理领域对碳基复合 材料产品的纯度要求相对更低，但产品种类、应用场景更为丰富，目前主 要碳基复合材料企业处于应用拓展阶段。2021 年公司高温热处理领域贡献 营收 364.43 万元，同比增长 61%，随着公司产品开发及推广逐步推进， 高温热处理板块营收有望稳步增长。3.3 氢燃料电池领域：多产品布局，研发&产线建设同步推进布局氢气、碳纸、储氢瓶等多种产品。公司

26、 2021 年 9 月成立全资子公司 金博氢能，聚焦氢气制备、氢燃料电池碳纸制造、氢气瓶制造等业务，随 后稳步进行氢能业务的研发及市场开拓，2021 年 12 月金博氢能与广东联悦签署合作协议，广东联悦将负责销售金博氢能所生产的氢气，同时对金 博氢能运营提供培训指导、技术服务。氢燃料电池前景广阔。相较纯电动汽车、混合动力汽车，氢燃料电池汽车 具有零排放、效率高、运行平稳、耐低温、续航稳定等诸多优点，中国氢 能源及燃料电池产业白皮书预计 2030 年燃料电池商用车销量将达到 36 万辆，占商用车总销量的 7%，2050 年销量有望达到 160 万辆，占比 37%。 氢燃料电池汽车渗透率提升有望带

27、动氢气制备、氢燃料电池碳纸、储氢装 臵等快速发展。1）储氢瓶业务：同时布局型及型产品。储氢系统由储氢瓶、阀体、氢 循环泵、管路及附件构成，目前国内储氢瓶企业的产品以 35MPa 的型瓶 为主，逐步开始进行 70MPa IV 型瓶的技术布局，未来 3-5 年有望实现对 型瓶的部分替代。公司已开发出型碳纤维全缠绕氢气瓶，目前正进行 相关生产线建设；同时积极开发型碳纤维全缠绕氢气瓶，满足行业的发 展趋势。2）氢气制备业务：成本优势显著，产能建设稳步推进。据中国氢能联盟预 计，2050 年氢能在中国终端能源体系中的占比至少达到 10%，氢气需求 量接近 6000 万吨。氢气为公司碳基复合材料生产过程（

28、化学气相沉积工 艺）的副产品，仅需搜集、提纯即可利用，成本优势显著。目前公司已完 成氢气提纯与厂房设计，进入设备采购阶段。3）氢燃料电池碳纸业务：空间广阔，第一代产品中试完成。气 体扩散层（GDL）在氢燃料电池中起到支撑催化层、收集电流、传导气体 和排出反应产物水的重要作用，其中碳纸是气体扩散层基底材料。公司非 公开发行募集说明书预计 2030 年我国氢燃料电池重卡保有量将达到 100 万辆，按照制造每个电堆需要 20 平方米的碳纸估算，碳纸需求量 2000 万 平方米左右，空间广阔。目前碳纸被海外企业垄断，国内需求主要依靠进 口，国内企业普遍处于产品开发、送样测试阶段。公司目前已完成第一代

29、片状碳纸中试，整体性能与进口碳纸相当，部分性能优于进口产品；同时 第二代连续式成卷碳纸完成配方和技术研发进入小试阶段，有望凭借产品 性价比进行。3.4 摩擦制动领域：碳/陶复合刹车材料空间广阔，市场开拓稳步推进碳/陶复合刹车材料轻量化优势显著，新能源汽车领域前景向好。公司在摩 擦制动领域的主要产品为乘用车碳/陶复合材料刹车盘。碳/陶复合刹车材料 是一种以高强度碳纤维为增强体，以热解碳、SiC 等为基体的多相复合刹 车材料，相比传统材料，碳/陶复合材料质量轻、抗氧化、耐高温、韧性好、 不易磨损，比钢铁材质刹车盘轻 60%以上，单片轻 6-7 公斤。新能源汽车 对车身轻量化有较高要求，碳/陶复合材

30、料制动性能更好、更轻量化，预计 在新一轮新能源汽车升级换代中拥有广阔的应用前景。此外，碳/陶复合材 料克服了碳/碳刹车材料静摩擦系数低、湿态衰减大、摩擦寿命不足及环境 适应性差等缺点，在汽车和高速列车的刹车制动领域具有广阔的应用前景。低成本制备技术助力。现阶段乘用车碳/陶复合材料生产制备主要 集中在国外，国内掌握高性能碳/陶复合材料刹车盘制备技术的企业较少， 空间较大。公司经气相沉积技术制备的碳陶复合材料具有工艺简 单、生产周期短、制备成本低等特点，有望逐步实现。产品试样调试稳步推进。2021 年 10 月公司成立子公司金博碳陶，着手进 行碳/陶复合材料刹车盘产能建设，2021 年 12 月金博碳陶与湖南艾盛汽车 签署协议，共同推进高性能碳/陶复合刹车材料应用，碳/陶复合刹车材料业 务稳步推进。产品研发方面，公司已成功开发汽车用碳/陶复合材料刹车盘 产品，处于送样测试及反馈调试阶段；产能建设方面，公司准备对碳/碳老 产能向陶瓷化方向提质改造，补齐陶瓷化产能短板，批量化生产准备已提 上日程。