捋一捋C919大飞机用到的先进材料：背后是巨大的工业实力

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作者海通证券施毅

C919：中国首款完全自主知识产权民用客机

C919：中国首款完全自主知识产权的民用客机。C919大飞机是中国首款按照最新国际适航标准自主研制的干线民用飞机，是建设创新型国家的标志性工程。在C919的研制过程中，研制人员共规划了102项关键技术攻关，包括飞机发动机一体化设计、电传飞控系统控制律设计、主动控制技术等。先进材料首次在国产民机大规模应用，第三代铝锂合金材料、先进复合材料在C919机体结构用量分别达到8.8%和12%。C919的研制标志着中国民用客机从无到有的发展，在中国航空历史上具有划时代的意义。

我国航空产业的发展现状

政策利好，航空产业迈入升级期。2016年以来，国务院、发改委等先后公布了《关于促进通用航空业发展的指导意见》、《近期推进通用航空业发展的重点任务》等重要产业促进政策。此前，国家制造强国建设战略咨询委员会发布的《重点技术领域路线图》，已将航空产业列入未来中长期我国产业发展的重点。《中国民用航空发展第十三个五年规划》，也对航空产业做出了整体部署。伴随相关产业政策的出台，多领域、多层次的巨大需求也为我国航空产业带来万亿的全新市场机遇。

C919进展及订单情况

试飞测试顺利进行，C919首飞成功。C919项目启动于2008年11月，2009年9月，C919的外形样机在香港举行的亚洲国际航空展上首次正式亮相。2014年9月，第一架C919大型客机在中国商飞上海浦东总装基地正式开始结构总装工作。2017年，C919在试飞中心共进行了4次测试后（包括第一次自主滑行测试、第二次自主滑行测试、第三次高速滑行测试以及第四次高滑抬轮试验。），于5月5日在浦东国际机场首飞成功。

斩获订单570架，或将开启万亿美元规模市场。截至2016年年底，C919大飞机已经斩获包括中国国际航空在内23位用户的570架订单，为我国航空产业带来了全新的市场机遇。据空客公司预测，未来20年，全球航空客运量年均增长率为4.5%，需要新增32425架客机，总价值超过5万亿美元，用于替代退役客机和支持机队的发展。另外，按照波音公司的预测，未来20年内全球新客机需求将高达3.7万架，而仅中国市场需求便超过6000架，未来或将开启万亿美元规模市场。

C919大飞机之先进材料全览

在民用飞机中，主要用到的金属材料有铝合金，钢铁和钛合金。其中用量最多的是铝合金，占比75%左右；其次是钢，占比约15%；少量用到钛合金。近年来，复合材料用量逐渐攀升，以碳纤维增强树脂基复合材料为代表的新型材料，能够有效降低机体重量，降低油耗，并减少维修成本，颇受航空公司欢迎。

多种先进材料大规模应用，尚属国产民机首次。在C919大飞机中，其中第三代铝锂合金材料、先进复合材料在C919机体结构用量分别达到8.8%、12%；钛合金和其他铝合金的用量也分别达到了9.3%和18%。另外，机舱内部将首次启用芳砜纶纤维制作椅罩、门帘，将使得飞机减重30公斤以上，每架飞机能够节省超万元成本。

博云新材：C919刹车系统独家供应商

公司系国内飞机刹车系统最大提供商。在民用飞机刹车副市场上，目前参与粉末冶金飞机刹车副竞争的企业主要有美国的Honeywell、B.F.Goodrich、ABS（AircraftBrakingSystem）三家企业；国内除公司以外，有北京百慕航材高科技股份有限公司和北京摩擦材料厂两家企业。目前参与炭/炭复合材料飞机刹车副竞争的企业主要有法国的Messier-Bugatti公司、美国的Honeywell公司、B.F.Goodrich公司和英国的Dunlop公司，国内除博云新材外，主要有西安超码科技有限公司和北京百慕航材高科技股份有限公司两家企业。

根据欧洲空客公司的预测，全球民用航空市场增速平稳，未来10年内全球飞机的机轮需求将达到近30万个，年均增速近3%；2026年的总价值将达到43.6亿美元，十年累计市场价值将超过380亿美元。

C919刹车系统独家供应商，未来业绩有望腾飞。公司子公司长沙鑫航与合资公司霍尼韦尔国际联合取得C919大飞机机轮刹车系统独家供应商资格。其中长沙鑫航鑫航是机轮刹车系统的研发和生产，为合资公司供应前机轮和主机轮；合资公司主要是生产炭盘并进行飞机机轮刹车系统总装后供给中国商飞。根据中国商飞的预测，假设45%的民用飞机采用粉末冶金刹车副，55%的民用飞机采用炭/炭复合材料刹车副，2020年我国粉末冶金和炭炭复合材料刹车副的市场需求分别为21060和77220副，年均增速近10%。

钛合金

钛及钛合金的基本性质

性能优异，当之无愧的第三大金属。从20世纪50年代开始，新一代航空航天飞行器向高速化、大型化、结构复杂化以及提高燃油效率等方向的跨越式发展，要求在结构材料的设计中采用综合性能更高的轻金属材料。钛合金作为近几十年发展的新型轻金属材料，具有高强高模、高损伤容限、耐高温、耐腐蚀性等优良的综合性能，因此在航空航天领域中得到了迅速的发展，并逐渐向其他领域延伸，在超导材料、形状记忆材料、吸气储氢材料等领域中引起人们越来越多的关注，钛继铁、铝后逐渐成为人类使用量越来越大的的第三大金属。

钛合金分类多样，应用领域广泛。根据性能及用途，钛合金又分为耐蚀钛合金、耐热钛合金、高强度钛合金、低温钛合金、粉末钛合金、功能钛合金等。钛合金广泛应用于航空、军工、化工、电力、医疗、建筑、海洋工程及体育休闲等领域，汽车轻量化趋势更是利好钛合金类高比强度的轻质材料。从下游消费结构来看，化工领域和航空航天领域的钛材用量合计占比超过60%。2015年，我国航空航天对钛材需求同比增幅高达41.2%，发展空间广阔，未来有望成为最大的应用领域。

钛及钛合金产业链

钛精矿产品是钛白粉、高钛渣、海绵钛等下游钛产品生产的基础原料。钛精矿的产量很大程度上影响着整个钛行业的发展。我国2015年钛精矿产量为420万吨，同比增长10.5%；而由于需求不足，海绵钛价格大幅下跌，2015年实际产能仅为88万吨，同比下降41.3%。我国2015年共生产钛锭59736吨，同比增长4.7%；产能达到13.5万吨，同比增长8.9%。

钛合金产业链一般涵盖海绵钛的制备，钛材制备和钛材应用三部分，其中前两部技术复杂、制备难度大，是钛应用的难点和关键环节，海绵钛和钛材质量直接决定钛制品质量。钛工业是冶炼技术复杂、加工难度高，技术含量高的技术、资金密集型产业，目前主要瓶颈在于生产成本高，钛材价格昂贵，制约了其产量提高和推广应用。未来随着钛冶炼和加工技术的改进，成本必将随之降低，钛材的特性必使其相对其他金属有显著的替代效应，未来钛工业发展相当广阔。

民用航空钛材应用

航空用钛主要用在飞机机体和航空发动机,即用于飞机结构的高强钛合金和损伤容限型钛合金，用于发动机的高温钛合金和阻燃钛合金。从历史上的民用飞机发展来看，钛用量占比一直在逐步提高，随着民用航空工业的发展，钛将拥有越来越大的市场空间。

截至2035年，波音预测全球新增民机数量为39620架，我国新增民机数量为6330架。空客和波音每架飞机平均用钛分别为27.5吨和33.7吨，平均用钛量约为30吨/架。至2035年，全球新增民机航钛需求为119万吨，年均为5.9万吨；我国新增民机航钛需求接近19万吨，年均需求近万吨。

相关标的：宝钛股份

宝钛股份：国内钛材龙头企业，航空钛材的探索者。公司主营钛及钛合金板、带、箔、管、棒、线、锻件、铸件等加工材和各种金属复合材产品，主导产品钛材年产量位居世界同类企业前列，是国内钛材龙头企业，高端钛材领域优势地位难以撼动。公司拥有完整的产业链，从海绵钛到下游深加工钛材，目前产能为海绵钛1万吨，熔铸能力2万吨，钛加工材1万多吨，技术优势明显。宝钛集团有限公司自C919大飞机项目启动以来，已先后承担了国家Ti-3Al-2.5V（TA18）管材、热处理的Ti-6Al-4VEIL厚板、处理的Ti-6Al-4V合金型材、TB5板材工程化研制四个DK型号用材料研制任务。C919大飞机中，钛材的应用比例为9.3%，约每架3.92吨，主要用在机身蒙皮、机身机翼等各处力接头、机翼滑轨、液压燃油高压管路系统等处。

不确定因素：大飞机项目进度低于预期；公司的订单及业绩低于预期，等。

铝合金

铝合金基本性质

质轻、耐蚀、比强度高，铝合金是应用最广的有色金属结构材料。铝合金是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料，在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中已大量应用。铝合金通常使用铜、锌、锰、硅、镁等合金元素，20世纪初由德国人AlfredWilm发明，对飞机发展帮助极大，一次大战后德国铝合金成分被列为国家机密。

跟普通的碳钢相比有更轻及耐腐蚀的性能，但抗腐蚀性不如纯铝。

第三代铝锂合金性能优越，是航空航天理想材料。铝锂合金的研究和开发至今已有80多年历史，其发展大致可分为三个阶段，相应出现的铝锂合金产品也划分为三代。当前，第三代铝锂合金被首次运用到大飞机建造中。新型铝锂合金不仅具有低密度、高弹性模量、高比强度和高比模量的优点，同时还兼具低疲劳裂纹扩展速率、较好的高温及低温性能等特点，被认为是航空航天最理想的结构材料。

铝锂合金。拥有比复合材料更优性能。传统观念认为复合材料比铝锂合金轻，但Alcoa认为，复合材料的优势在进行加强、防雷击（增加铜网）等过程中并不明显，而全铝锂合金与全复合材料飞机相比，甚至能够减重10%（最多）；风险低，制造、运营和维修成本可降低30％；同时可以提供同等的舒适性（例如较大的窗户，较高的湿度和增压）。如果这一结论被证实，铝锂合金的优势将进一步扩大。

航空铝材应用

作为结构材料，铝合金为现代飞机提供极大支持。铝合金在飞机上主要是用作结构材料，如：蒙皮、框架、螺旋桨、油箱、壁板和起落架支柱等。在现代飞机结构件中，利用了1500~2000种铝铸件，根据飞机不同的使用条件和部位，主要用了三种基本的铝合金：即高强铝合金、耐热铝合金、耐蚀铝合金。

C919首次大量使用铝锂合金，减重效果显著。C919是首次大范围采用铝锂合金的机型，用量约15.5%。锂既能降低铝的密度又能提高弹性模量。向铝金属中每添加1%的锂，铝合金的密度就下降约3%，而其弹性模量则会上升约6%，从而成为复合材料（碳纤维增强塑料）强有力的竞争产品。据波音飞机公司测试，采用铝锂合金制造波音飞机，其重量可以减轻14.6%，燃料节省5.4%，飞机制造成本可下降2.1%，每架飞机每年的飞行费用可降低2.2%。由于铝锂合金的成本大约只是复合材料(碳纤维增强塑料)的10%，因而在应用上具有明显的比较优势，C919也得以实现比B737、A320等同类机型轻5%~10%的目标。

相关标的：南山铝业

国内铝板研究制造摸索前行。在20世纪80年代中期国内航空开始7075、2024、7475等合金的研究工作，但材料的规格远没有达到欧美国家的水平。90年代以后，国内开展了对7A55、6A60、高阻尼铝合金、耐热铝合金以及铝锂合金的研究，但研究水平还不成熟，价格居高不下，与国外先进技术具有较大的差距，目前国内至少有10家铝板生产企业均着力研究航空用铝厚板的生产技术。南山铝业等铝企均致力于为国产大飞机开发和制造航空用厚板。

南山铝业：全产业链生产，铝加工规模领先。公司是国内唯一以铝材为主业的上市公司，形成了全球唯一短距离最完整的铝产业链。公司现有氧化铝产能140万吨，产量170万吨，上市公司内电解铝产能13.6万吨，定增收购怡力电业后产能达80万吨以上。

铝加工方面，挤压材产能32万吨，产量20万吨，压延材产能80万吨，锻压产能1.4万吨，铝加工合计产能超过100万吨，居国内铝企前列。公司致力高端铝产品，提高产业附加值。公司目标是建成高端制造铝企，专注于做精汽车板、航空板等高端铝加工产品，现已完成布局。2012年60亿募投项目涉及中厚板产能共计20万吨，其中汽车板10万吨，航空板5万吨。公司已经与国际航空巨头波音达成供应铝延压与锻件采购供应合同，并已成功研制出中国首家具有自主知识产权的汽车用铝合金板材。

不确定因素：大飞机项目进度低于预期；公司的订单低于预期等。

碳纤维复合材料

碳纤维复合材料的物理性质

性能优异，比金属同类材料性能更优异。碳纤维兼具高强度和纤维柔软两大特征，是一种的力学性能优异的新材料。碳纤维拉伸强度约为2~7GPa，拉伸模量约为200~700GPa，强度是铁的20倍左右；且其密度小，相同体积下比铝还要轻；碳纤维还具有不同于其他纤维的热学性能，热膨胀系数具有各向异性，并且具有良好的耐疲劳性能、抗腐蚀性和耐水性。

航空领域关键材料，未来需求向好

日美主导碳纤维市场，新兴国家正在崛起中。目前全球碳纤维制造的主导者是日本和其在欧美设立的的工厂，其次是依靠欧美航空航天市场健康发展的美国Hexcel和Cytec公司，以及依靠强大工业创新体系的德国SGL公司，随着在碳纤维领域投入的不断增大，我国碳纤维产量占世界份额也在不断提高。据中国化学纤维工业协会预测，2020年碳纤维在全球工业领域的需求将达到75%，航空航天和体育休闲领域分别占20%和5%左右。工业用途中，汽车、风电和土木工程将是今后的大市场。

航空航天需求向好碳纤维，未来市场将迎来放量。随着航天航空和工业制造的不断发展，未几年全球碳纤维需求量将进入一个快速增长的时期，预计到2020年全球碳纤维的需求将达14万吨，年均增长速率约15%。主要是航天航空领域与工业应用领域增速明显，其中，航空航天领域增速为12%，工业领域增速为18%，而体育休闲领域增速较缓慢，已经趋于饱和。

强度高质量轻，飞机“轻量化”关键材料。碳纤维复合材料与钢材相比其质量减轻75%，而强度却提高4倍，其最早最成熟的应用当属在航空航天领域，如军用飞机、无人战斗机及导弹、火箭、人造卫星等。早在1970年代初期，美国军用F-14战斗机就部分采用碳纤维复合材料作为主承力结构。在民用航空领域，如波音767和空中客车A310中，碳纤维复合材料也占到了结构质量的3%和5%左右。