“兩機”產業在我國起步較晚，面向“兩機”渦輪葉片制造且具備批量生產和穩定供應能力的陶瓷型芯企業較少。國際上主要從事陶瓷型芯的企業有MorganAdvancedMaterials等，但由于陶瓷型芯在我國的應用方向涉及軍工領域，國外公司難以在國內開展相關業務。

航空發動機、燃氣輪機工作原理復雜、工作環境惡劣，研發難度極大，對技術指標要求苛刻，需要研制單位耗費大量物質、人力經過長達十余年的刻苦攻關才能實現成功研發，又因其可靠性要求極高，需要經過反復多次驗證、評價，最終才能達到量產狀態。相應的配套企業在配合下游研發過程中，需要結合下游產品的技術指標要求，不斷進行配方工藝調試，反復調整方案，配合下游產品的驗證、評價工作，對其技術水平、研發投入提出了極高的要求。

多數航空發動機、燃氣輪機用特種陶瓷產品行業內公司，受制于技術工藝積累不足、配合下游經驗缺乏、資金實力有限等原因，難以實現對下游行業全技術工藝產品的覆蓋，普遍業績及生產規模較小，抗風險能力較差，競爭力較弱。

陶瓷型芯

（1）陶瓷型芯簡介

陶瓷型芯是需嚴格控制成分組成和燒成條件，具備適當強度和氣孔率，用于形成熔模鑄造鑄件產品復雜精密內腔的一類特種陶瓷制品。熔模鑄造中，復雜狹窄的鑄件內腔無法采用常規的涂料涂掛、撒砂等工序，需要使用陶瓷型芯來形成內腔。公司的陶瓷型芯產品是形成鑄件復雜精密內腔的關鍵耗材，主要用于航空發動機、燃氣輪機渦輪葉片的鑄造。

渦輪為渦輪發動機燃燒室后端的高溫部件，燃燒室中產生的高溫高壓燃氣首先經過渦輪導向葉片，被整流并通過在收斂管道中將部分壓力能轉化為動能而加速，最后被賦予一定的角度以更有效地沖擊渦輪工作葉片。渦輪葉片處于渦輪發動機中溫度最高、應力最復雜、環境最惡劣的部位，其多采用空心結構，即在葉身內部有許多細小的管道，使高壓冷空氣通過這些管道流經高溫渦輪葉片，起到強制冷卻作用。

（2）陶瓷型芯在渦輪葉片鑄造過程中的作用

航空發動機渦輪葉片結構復雜、精度要求高，其內部迂回曲折的空心氣冷結構用機械加工工藝無法形成，通常采用熔模鑄造方式生產。

在熔模鑄造過程中，陶瓷型芯主要用于形成鑄件復雜精密空腔。澆鑄過程中，熔融金屬液會包覆陶瓷型芯，待金屬液冷卻后將包裹在鑄件內部的陶瓷型芯脫除，即可在鑄件中形成與陶瓷型芯形狀一致的空腔結構，葉片內部空腔結構的精度和復雜程度由陶瓷型芯決定。陶瓷型芯是渦輪葉片的熔模鑄造過程中的必備關鍵耗材。

渦輪葉片的熔模鑄造生產制造流程主要包括壓蠟、模殼涂掛、脫蠟制殼、熔煉澆鑄、清殼、脫芯、檢查、磨削加工、涂層等環節。

鋁硅質陶瓷坩堝

鋁硅質陶瓷坩堝是鑄造過程中使用的通用性必備耗材，作為熔煉高溫金屬溶液的容器。高溫合金放置于鋁硅質陶瓷坩堝內，經過感應線圈加熱后成為高溫合金溶液，最終用于澆鑄渦輪葉片等鑄件。鋁硅質陶瓷坩堝能綜合氧化鋁和熔融石英的優點，兼具氧化鋁材料的良好化學惰性和熔融石英的優異熱穩定性，能夠顯著減少金屬熔煉過程中坩堝對金屬溶液的污染，保證金屬溶液及其鑄件的質量與性能。

主要產品的工藝流程

陶瓷型芯的主要生產工藝流程主要包括配料、成型、燒成、后處理四個步驟，具體如下：

熔模鑄造行業發展情況

熔模鑄造又稱失蠟鑄造，是一種少切削、無切削的特種鑄造方法，形成的鑄件的工作面無需機械加工或只需局部打磨，即可達到類似拋光鑄件的尺寸精度和表面粗糙度。熔模鑄造的典型特征是不開型取模，利用熔化、溶解或燒失等方法脫除母模，獲得鑄型空腔，鑄型可加熱后澆入金屬。熔模鑄造形成的產品精密、復雜，接近于零件最終的形狀，可不加工或很少加工即直接使用，是一種近凈形成形的先進工藝。

在熔模鑄造中，采用常規的涂料涂掛、撒砂等傳統生產工藝無法實現復雜狹窄的鑄件內腔。航空發動機、燃氣輪機空心渦輪葉片的冷卻通道迂回曲折，必須采用陶瓷型芯形成空腔。渦輪葉片的形狀尺寸、組織結構和性能直接影響飛機和發動機的性能、結構重量系數、壽命和制造成本等各種重要指標。因此熔模鑄造技術是先進航空裝備和民用航空產品向輕量化、精確化、長壽命、低成本方向發展的重要技術基礎。

以陶瓷型芯在熔模鑄造領域的應用為例，熔模鑄造的具體工藝流程情況如下：

20世紀40年代熔模鑄造開始用于工業生產，廣泛應用于航空、軍工、化工、能源、交通運輸等行業。熔模鑄造有如下優勢：①鑄件表面光潔度高；②鑄件尺寸精度高；③材料利用率高（70%~90%)；④幾乎不受合金種類限制，并可鑄造各種結構復雜的鑄件。尤其是20世紀70年代末，熱等靜壓（HIP）技術被廣泛應用于鑄件的后處理，使得某些鑄造缺陷得以被消除，從而有效改善了鑄件的力學性能及穩定性。

2018年全球熔模鑄造產業總產值142億美元，中國占全球熔模鑄造行業產值的比例約為21%。全球熔模鑄造產業中，支撐其增長率的主要行業為航空產業。

特種陶瓷行業發展情況

特種陶瓷，又稱先進陶瓷、高性能陶瓷，是指具有特殊力學、物理或化學性能的陶瓷。特種陶瓷以無機非金屬材料為基礎原料，以特定比例混配其他化合物，經成型、燒成等工藝制備而成。

按化學成分，特種陶瓷可分為氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、碳化物陶瓷、硼化物陶瓷、硅化物陶瓷、氟化物陶瓷、硫化物陶瓷等。按性能和用途，特種陶瓷可分為結構陶瓷和功能陶瓷兩大類。結構陶瓷主要基于材料的力學和結構用途，具有高強度、高硬度、耐高溫、耐腐蝕、抗氧化等特點，主要包括氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、碳化物陶瓷、硼化物陶瓷等。功能陶瓷主要基于材料的特殊功能，具有電氣性能、磁性、生物特性、熱敏性和光學特性等特點，主要包括絕緣和介質陶瓷、鐵電陶瓷、壓電陶瓷、半導體及其敏感陶瓷等。

我國特種陶瓷研究始于上世紀50年代，隨著國際上特種陶瓷跨越式的發展，上世紀70年代以來國內諸多高校和科研院所開始重視特種陶瓷材料研究，我國特種陶瓷產業快速發展，精密小尺寸產品、大尺寸陶瓷器件的成型、燒成技術、低成本規模化制備技術、陶瓷加工系統等領域不斷取得創新性成果。

航空發動機行業發展情況

（1）技術發展歷程及趨勢

①航空發動機技術發展歷程

航空發動機，又稱航空動力裝置，為航空器的飛行提供動力，被譽為航空器的“心臟”。航空發動機的研制是航空產業鏈中的核心環節，研發制造難度極大，其在要求優異性能的同時，還要保證在長期使用中的穩定性和安全性。

渦輪發動機是目前應用最廣泛的航空發動機，主要由進氣口、壓氣機、燃燒室、渦輪組成。從進氣口進入的空氣在壓氣機中被壓縮后，進入燃燒室與噴入的燃油混合燃燒，生成高溫高壓燃氣。燃氣在膨脹過程中驅動渦輪高速旋轉，將部分能量轉變為渦輪功。渦輪帶動壓氣機不斷吸進空氣并進行壓縮，使發動機能連續工作。由壓氣機、燃燒室和驅動壓氣機的渦輪這三個部件組成的整體一般被稱為核心機，又稱為燃氣發生器，它不斷輸出具有一定可用能量的燃氣。

按燃氣發生器出口燃氣可用能量的利用方式不同，渦輪發動機分為渦噴發動機、渦扇發動機、渦槳發動機和渦軸發動機等。渦噴發動機在20世紀50年代曾廣泛應用于軍用和民用飛機，特別是超聲速飛機，目前已被渦扇發動機大量取代。渦槳發動機主要用于亞聲速運輸機、支線飛機和公務機；渦軸發動機用于直升機。渦輪發動機是20世紀50年代以來主要的航空動力形式，而且在可預見的未來，仍將是發動機動力方式的主流。

②航空發動機的研制流程

航空發動機的研制流程可分為預先研究、工程研制和使用發展三大階段。預先研究階段的主要任務為發展新型發動機提供技術儲備，縮短研制周期，降低研制風險，不斷提高技術水平，同時為改進現役發動機性能、可靠性提供實用的技術成果。工程研制階段的主要任務是根據主要使用性能指標，研制滿足使用要求的發動機產品。該階段又分為工程驗證機研制和原型機研制兩個階段。使用發展階段，是發動機全壽命科研工作的重要組成部分，發動機裝備使用后應不斷解決使用中暴露的技術質量問題，提高可靠性，并根據發展需求和新技術研究成果進行改進改型發展。

（2）我國軍用航空發動機市場現狀與發展趨勢

①國防和軍隊建設戰略目標和國防預算穩步增長為行業提供政策性保障

“十四五”是我國國防和軍隊現代化建設關鍵時期，軍工行業將整體保持確定性增長。根據《新時代的中國國防》白皮書，新時代中國國防和軍隊建設的戰略目標是，到2020年基本實現機械化，信息化建設取得重大進展，戰略能力有大的提升。同國家現代化進程相一致，全面推進軍事理論現代化、軍隊組織形態現代化、軍事人員現代化、武器裝備現代化，力爭到2035年基本實現國防和軍隊現代化，到本世紀中葉把人民軍隊全面建成世界一流軍隊。

在我國國防預算穩定增長的支撐下，新型武器裝備采購有望放量增長。我國國防預算從2010年的0.53萬億元增長到2022年的1.45萬億元，年均增長率8.75%。

根據《新時代的中國國防》白皮書，2013年之后，國防支出增長的重心由之前的“改善部隊保障條件”轉變為注重“武裝力量的建設與發展”，意味著我國國防開支將向武器裝備建設傾斜，重點投向“優化武器裝備規模結構，發展新型武器裝備”，裝備費從2010年的1,773.59億元，增加到2017年的4,288.35億元，占國防費的比重從33.2%增長到41.1%，裝備費復合增長率達13.44%，是同期國防費增長率的1.33倍。《新時代的中國國防》白皮書提出構建現代化武器裝備體系。完善優化武器裝備體系結構，統籌推進各軍兵種武器裝備發展，統籌主戰裝備、信息系統、保障裝備發展，全面提升標準化、系列化、通用化水平。加大淘汰老舊裝備力度，逐步形成以高新技術裝備為骨干的武器裝備體系。

新型戰斗機、運輸機等航空裝備作為我國軍隊目前迫切需要的新型主戰裝備，是未來我國發展新型航空裝備的重點領域，將直接受益于我國國防開支的總量增長和裝備支出的結構性增長。

②數量少、代際落后要求擴大軍機采購規模并優化結構

2015年我國首次將空軍定位為戰略軍種，空軍建設由“國土防御”向“空天一體、攻防兼備”的戰略轉變，成為了新裝備加速發展和列裝的主要驅動力。2018年11月，我國空軍公布了建設強大的現代化空軍路線圖，指出到2020年基本跨入戰略空軍門檻，初步搭建起“空天一體、攻防兼備”戰略空軍架構，構建以四代裝備為骨干、三代裝備為主體的武器裝備體系，不斷增強基于信息系統的體系作戰能力；到2035年初步建成現代化戰略空軍，具備更高層次的戰略能力。在新時期戰略空軍建設目標下，大力發展先進戰斗機、戰略運輸機/轟炸機，提高縱深攻擊能力、遠程投送/打擊能力和立體攻防能力，彌補代際差，盡快實現代際換裝，提高信息化、自動化程度。

根據FightGlobal發布的《WorldAirForces2023》，截至2022年底，我國現有各類戰機總數3,284架，美國各類戰機總數13,300架，僅為美國的24.69%。我國作戰飛機中，J-7、J-8等二代作戰飛機483架，占我國作戰飛機比例高達30.13%；三代作戰飛機J-10235架、J-11/15/16/su-27/30/35共315架，合計550架，占比35.03%；第四代作戰飛機J20僅19架。美國作戰飛機基本上是三代以上作戰飛機，并擁有四代作戰飛機F-22共178架，F-35A153架（不包括訓練飛機）。我國三代及四代戰機占比低，與以四代裝備為骨干、三代裝備為主體的武器裝備體系還有很大差距，與美國相比存在結構劣勢。

根據2023年1月央視報道《殲-7戰斗機今年或退出中國空軍作戰序列》，預計殲-7戰機2023年全部退役，并由殲-16、殲-20等先進戰機替代。根據《WorldAirForce2023》，我國現保有417架殲-7，占我國作戰飛機的比例達26.56%，殲-7的退役將帶來大量的航空發動機需求。

我國在航空裝備領域同美軍仍存較大差距。中國一流空軍建設正在持續推進，目前正處于新型號上量和原有型號更新換代的關鍵時期，對于換發和新裝發動機的需求均日益旺盛。

③各類新產飛機大批量使用國產渦扇發動機將帶來巨大的市場增長

近年來我國航空發動機領域的研發進度顯著加快，“秦嶺”、“太行”等定型量產發動機逐漸成熟，多款新型發動機均已接近定型狀態，預計不久將實現大規模批產。未來新產的殲-10、殲-15、殲-16、殲-20、運-20等各類單發、雙發戰機，將大批量使用國產發動機，這將為航空發動機及零部件市場帶來可觀的市場增量。

④訓練量提升促進發動機的維修、替換需求增加

根據《新時代的中國國防》白皮書，空軍加強體系化、實案化全疆域訓練，組織南海戰巡、東海警巡、前出西太，常態化開展“紅劍”等系列體系對抗演習。在訓練和演習量加大的背景下，航空發動機的零配件更換和維修市場相應擴大。修理、更換發動機熱端部件占整臺發動機維修費用的70%以上，熱端部件包括高、低壓渦輪組件和燃燒室，渦輪葉片在使用達到一定小時壽命后通常予以全部更換，進而產生對陶瓷型芯的新增需求。在上述行業有利因素促進下，軍用航空發動機行業飛速發展，具體如下：

（3）商用航空發動機行業發展狀況

①全球商用航空市場穩步增長

根據波音公司《CommercialMarketOutlook》的數據，全球商用飛機數量從2015年的22,510架增長到2019年的25,900架，復合增長率3.57%，保持穩步增長。

根據波音公司的《CommercialMarketOutlook2020-2039》，波音公司預計全球商用飛機將從2019年的25,900架增長至2039年的48,400架，期間新增交付43,110架。

②我國民用航空市場需求巨大，國產化加速

1）國內民用航空市場持續快速增長

隨著國民經濟的快速發展，民用航空市場蓬勃發展。根據中國民用航空局的相關數據，我國民用飛機的機隊規模從2012年的3,261架，發展到2021年的7,072架，保持了8.98%的復合增長率，其中商用運輸飛機從2012年的1,941架增長到2021年的4,054架，復合增長率8.53%。

圖：我國民用航空機隊規模

根據《中國商飛公司市場預測年報（2020-2039）》，到2039年，全球航空旅客周轉量將是現在的2.1倍，預計全球客機機隊規模將達到44,400架，是2019年機隊（23,856架）的1.9倍。到2039年，現有機隊中將有約84.3%左右（20,120架）的飛機退出商業客運服務，它們將被改裝成公務機、貨機和其它用途飛機，或者是永久退役，這部分客機將被新機替代。此外，預計全球機隊市場還將需要20,544架新增客機交付，用于替代和支持機隊的發展，其中約71.6%為單通道噴氣客機。中國的航空公司將接收其中的8,725架新機。到2039年，中國占全球客機機隊比例將從現在的16.2%增長到21.7%。

2）我國逐步搭建商用客機譜系，競爭商用飛機市場

此前，我國的商用客機長期依賴進口，C919大型客機是我國自行研制、具有自主知識產權的大型噴氣式客機。2008年完成項目可研論證，2015年11月總裝下線，2017年5月完成首架機首飛。2020年11月，中國民航上海航空器適航審定中心簽發C919項目首個型號檢查核準書，標志著C919飛機構型基本到位，飛機結構基本得到驗證，各系統的需求確認和驗證的成熟度能夠確保審定試飛安全有效，正式進入局方審定試飛階段。2021年3月，中國東方航空作為國產大飛機C919全球首家啟動用戶，與中國商飛公司在上海正式簽署C919大型客機購機合同，首批引進5架。2022年5月，中國商飛公司交付首家用戶的首架C919大飛機首次飛行試驗圓滿完成。根據中國商飛公司官網，中國商飛公司已就C919獲得累計超過1,000架的訂單。2022年9月，C919完成全部適航審定工作后獲中國民用航空局頒發的型號合格證，2022年12月交付首架飛機。除此以外，ARJ21、C929國產民機已分別處于運營和研發階段，目前我國已經搭建起由支線客機ARJ21、單通道噴氣客機C919及雙通道噴氣客機C929組成的國產民機譜系。3）國產商用航空發動機國產替代趨勢加速，市場潛力巨大在大涵道比商用航空發動機領域，我國目前尚處于空白階段，與國外差距較為明顯。中國航發商發的國產商用發動機共規劃了三個產品系列為中國商飛的民用飛機配套：一是160座窄體客機發動機CJ-1000，配裝C919大型客機；二是280座寬體客機發動機CJ-2000，配裝CR929寬體客機；三是110~130座的新支線發動機CJ-500，配裝ARJ21支線客機的改進型。“長江”系列發動機是雙轉子、直接驅動大涵道比渦扇發動機，具有低油耗、低排放、低噪聲、高可靠性、低維護成本等特點，主要性能指標達到世界先進水平。

我國在研的CJ-1000A發動機是我國首款大涵道比商用航空發動機，據中國航發商發官網介紹，CJ-1000A航空發動機目前已完成驗證機全部設計工作，正在開展零部件試制和試驗工作。研發完成后的CJ-1000A航空發動機將用于國產C919大型客機，預計將在2025年投入航線運營，以實現C919客機動力系統的國產替代。CJ-2000發動機設計最大推力可達35噸，據中國航發商發消息，2020年3月國產CJ-2000發動機核心機C2XC-101點火成功，在后續測試中達到了100.6%轉速；2020年7月，CJ-2000AX驗證機完成整機裝配。隨著上述大涵道比商用航空發動機研發和批產成功，國產商用大飛機的動力系統將打破國外壟斷的局面。隨著多個在研國產大涵道比商用航空發動機陸續批產，國產C919、C929和ARJ21將逐步裝備國產發動機，國產商用航空發動機將迎來飛躍式發展。

5、燃氣輪機行業發展情況

（1）技術發展歷程及趨勢

燃氣輪機是一種以連續流動的氣體作為介質帶動葉輪高速旋轉，將燃料的熱能轉換為機械功的內燃式動力機械，是一種旋轉葉輪式熱力發動機。燃氣輪機與航空發動機結構類似。按其功率燃氣輪機可以分為輕型和重型，前者通常由航空發動機改裝，如世界先進的艦用燃氣輪機MT30是由Trent800系列航空發動機派生而來，功率通常在50MW以內，可用于工業發電、船舶動力、分布式發電等。重型燃氣輪機功率通常在50MW以上，主要用于陸地上固定的發電機組和超大型艦艇。按其運行的燃氣初溫分類，燃氣輪機可以分為E級、F級、G級和H級等多個等級。

燃氣輪機主要用于地面發電機組和船舶動力領域，工作環境需要承受高硫燃氣和海水鹽分的腐蝕，工作壽命要求達到50,000-100,000小時。渦輪盤在工作時轉數接近10,000轉/分鐘，燃氣輪機渦輪輪盤直徑是航空發動機的3-6倍，渦輪輪盤輪緣長期工作在550-600℃，輪盤中心工作溫度則降至450℃以下，不同部位的溫差造成了輪盤的徑向熱應力極大。

（2）市場現狀與發展趨勢

燃氣輪機應用領域廣泛，包括循環發電、分布式能源、油氣輸送，以及陸、海運載工具驅動等。此外，燃氣輪機具有占地小、效率高、可靠性強、操作靈活、排放低等特點，并可使用天然氣、混氫/純氫燃料或其他脫碳燃料，具備突出的燃料靈活性，對實現“雙碳”目標具有積極作用。因此，預計燃氣輪機產業未來將呈現良好的發展態勢。

①燃氣輪機市場保持總體增長態勢

據中國發展網（http://www.chinadevelopment.com.cn/）的相關信息，2015-2020年全球燃氣輪機市場規模呈現上漲趨勢。2020年全球燃氣輪機市場規模為225.4億美元，同比增長3.47%，我國市場規模約500億元人民幣。

根據中國電力企業聯合會統計數據，2017年我國燃氣輪機新增裝機規模為7,580.00萬千瓦，到2021年我國燃氣輪機新增裝機規模為10,774.00萬千瓦，年復合增長率達9.19%。

②燃氣發電規模的增大拉動燃氣輪機市場需求

根據MaximizeMarketResearch統計，2020年全球燃氣輪機市場中，用于發電行業的燃氣輪機約占總市場規模的32%，用于油氣行業的約占總市場規模的32%，其余39%的燃氣輪機則應用于載具等其他工業領域。從全球發電行業發電量結構來看，據中國電力網統計，2019年全球發電量最高的是燃煤發電，發電量為9,824.1TWh，占比36.38%，燃氣發電2019年發電量為6,297.9TWh，占比全球發電量23.3%。

根據《中國天然氣高質量發展報告（2020）》顯示，“十四五”時期，我國天然氣市場需求有望繼續增長，用氣結構或進一步優化，基本形成工業燃料、城鎮燃氣、燃氣發電“三足鼎立”的局面。報告認為，大力發展天然氣是我國建立清潔低碳、智慧高效、經濟安全能源體系，以及力爭2030年前實現碳達峰、2060年前實現碳中和目標的必然選擇。未來五年，我國仍將堅持“逐步將天然氣培育成為中國主體能源之一”的戰略目標。

國內方面，據中國電力企業聯合會統計，2020年我國燃氣發電量為2,485億千瓦時，同比增長6.88%，占全國總發電量的3.25%。2012年至2020年，我國燃氣發電量復合增長率為10.7%。根據全球能源互聯網發展合作組織《中國“十四五”電力發展規劃研究》，截至2019年末，全國氣電裝機規模9,024萬千瓦，“十三五”期間年均新增氣電裝機規模636萬千瓦，2019年氣電占全國電力總裝機規模的比例已達4.5%。

③在國內相關配套政策扶持下，燃氣輪機將迎來巨大的市場機遇期

我國“西氣東輸”、“西電東送”、“南水北調”等大型工程中均使用大量工業型燃氣輪機。這些燃氣輪機絕大多數為進口機組，在國內現有裝機發電的燃氣輪機總裝機容量中，國產產品僅占約7%。“十三五”以來，我國積極推進“兩機”專項落實，提出我國未來將重點突破發電用重型燃氣輪機、工業驅動用中型燃氣輪機、分布式能源用中小型燃氣輪機以及燃氣輪機運維服務技術，逐步進入國產化替代階段。

2017年6月，國家發改委與國家能源局聯合發布《依托能源工程推進燃氣輪機創新發展的若干意見》，要求至2020年我國將基本形成完整的重型燃氣輪機產業體系，就燃氣輪機國產化提出了具體要求。按照“兩機專項”實施方案，在2020年前，國家將投入千億資金，支持航空發動機和燃氣輪機產業的發展。

隨著我國自主研發、擁有自主知識產權的航空發動機的研發成功，中國航發集團在2001年和2002年相繼成功研制了QD70和QD128兩型航改輕型燃氣輪機。目前，中國航發集團擁有的自主研發燃氣輪機產品有功率等級涵蓋5～40MW的輕型燃氣輪機和110MW的重型燃氣輪機，并參照國際發展燃氣輪機的成功道路，確定了自主系列化發展燃氣輪機的技術路線。2014年，中國聯合重型燃氣輪機技術有限公司成立，研制國產300MW級和400MW級重型燃氣輪機產品，就代表國際技術領先水平的重型燃機開展關鍵技術攻關和驗證。預計隨著相關研發承制單位的研發進度的不斷推進，我國將逐漸實現多等級燃氣輪機的國產化替代，國內燃氣輪機相關配套行業政策將迎來巨大的市場機遇期。

④軍用艦艇對燃氣輪機需求旺盛

各類軍用艦艇是輕型燃氣輪機的重要應用方向，燃氣輪機優勢功率密度大、啟動速度快、噪聲低頻分量很低，使其非常適宜于作為軍用艦艇的動力裝置，具體如下：①燃氣輪機本身精巧的連續轉動熱力學循環結構，使得同等功率的燃氣輪機體積是柴油機的1/3~1/5，是蒸汽輪機的1/5~1/10左右，燃氣輪機體積小、功率大，非常適合軍艦分艙小、航速要求高的特點；②燃氣輪機1-2分鐘即可啟動，符合軍艦對作戰反應速度的要求；③燃氣輪機運作主要產生高頻噪音，低頻

噪音較少，不宜被聲吶探測，符合軍艦的作戰隱蔽性要求。隨著我國現代化海軍建設進程的不斷推進，艦艇更新換代需求強烈，燃氣輪機的諸多優點，使其在新型艦艇上廣泛替代柴油機和蒸汽輪機成為趨勢，隨著我國新型艦艇數量的日益增多，海軍訓練量的提升，軍用燃氣輪機市場前景廣闊。

6、渦輪葉片行業發展情況

公司陶瓷型芯產品主要用于軍用及民用航空發動機、燃氣輪機渦輪葉片的生產制造，即在熔模鑄造過程中形成渦輪葉片的復雜精密空腔。

渦輪葉片發展歷程及趨勢

渦輪葉片分為渦輪導向葉片和渦輪工作葉片兩類。

①渦輪導向葉片，主要作用為調整燃燒室排出的燃氣流向，材料工作溫度最高可達1,100℃以上，渦輪導向葉片承受的應力一般低于70MPa；該部件往往由于受到較大熱應力而引起扭曲，溫度劇變產生熱疲勞裂紋以及局部溫度過高導致燒傷而報廢。②渦輪工作葉片，處于渦輪發動機中溫度最高、應力最復雜、環境最惡劣的部位，該部件在承受高溫的同時需承受較大的離心應力和熱應力；其所承受溫度低于相應渦輪導向葉片50-100℃，但在高速轉動時，由于受到氣動力和離心力的作用，葉身部分所受應力達140MPa，葉根部分達280-560MPa。渦輪工作葉片結構與材料的不斷改進已成為航空發動機性能提升的關鍵因素之一。

渦輪葉片與渦輪軸、渦輪盤等部件共同組成航空發動機的渦輪。渦輪是驅動壓氣機及其他附件的動力源。渦輪可以分為轉子和靜子兩個組件：

①渦輪轉子：是由渦輪工作葉片、輪盤、軸及裝在軸上的其他轉動零件組成的一個整體，負責將高溫高壓的氣流吸入燃燒器，以維持發動機的工作。渦輪轉子在高溫及高轉速狀態下工作，并傳遞大功率，所以其工作條件極端惡劣。高溫工作時渦輪轉子要承受極高離心力，此外還要受到氣動力矩的作用等。高溫環境會使得渦輪葉片材料的極限強度下降，還會使渦輪葉片材料產生蠕變和侵蝕。

②渦輪靜子：是由渦輪導向葉片、外環和內環等部件組成。其固定在機匣上，主要作用為擴壓整流，為下一級渦輪轉子改變氣流方向，以迎合渦輪工作葉片的速度三角形。

為了提升推重比等性能指標，航空發動機及燃氣輪機渦輪葉片對高溫、高風速等的耐受要求不斷提升。主流航空渦扇發動機中，渦輪驅動壓氣機以最高達每秒上千轉的轉速高速旋轉，進入渦輪發動機的空氣在壓氣機中逐級增壓，多級壓氣機的增壓比可達25以上。增壓后的空氣進入發動機燃燒室，與燃油混合、燃燒。燃油火焰需要在以100m/s以上高速流動的高壓氣流中穩定燃燒。從燃燒室出來的高溫、高壓燃氣流驅動渦輪工作葉片以每分鐘數千轉至上萬轉的轉速運轉，通常渦輪前溫度要超過渦輪葉片材料的熔點。

在工作過程中，現代發動機的渦輪葉片通常要承受1600~1800℃的高溫，同時還要承受300m/s左右的風速，以及由此帶來的巨大的空氣壓力。渦輪葉片需要在這種極為惡劣的工作環境下可靠工作幾千小時至上萬小時。渦輪葉片型面復雜，大量使用定向凝固、粉末冶金、復雜空心葉片熔模鑄造、復雜陶瓷型芯制造、微孔加工等先進制造技術。

渦輪葉片是目前“兩機”所有零部件中制造工序最多、周期最長、合格率最低的零部件之一，復雜空心渦輪葉片的制造已成為當前“兩機”研制的核心技術。

（2）市場現狀與發展趨勢

航空發動機和燃氣輪機中的葉片主要包括風扇葉片、渦輪葉片和壓氣機葉片，其中渦輪葉片價值量占葉片總體成本的60%左右。相較風扇葉片，渦輪葉片原材料價值更高、加工難度更大。渦輪葉片作為發動機重要熱端部件，需要使用高溫合金材料，其冶煉技術要求高，并且部分金屬礦產資源較稀缺。在制造工藝上，渦輪葉片一般采用熔模鑄造，實現薄壁和復雜冷卻結構，制造難度較其他葉片提升顯著。如廣泛應用于波音737系列和空客320系列的CFM56航空發動機中，渦輪葉片數量超過千個，單個成本均超過萬元，某些部位的渦輪葉片單價甚至超過10萬元。

陶瓷型芯對渦輪葉片乃至“兩機”性能的提升具有重要作用

（1）“兩機”產業的重要性

航空發動機、燃氣輪機匯集材料、機械、冶金、控制、電子、能源、化工等多學科多領域高精尖技術，集中體現了一個國家的工業技術水平，是當代高科技的結晶，被譽為裝備制造業“皇冠上的明珠”。長期以來，美、俄、英、法等少數航空發達國家一直把優先發展航空發動機作為基本國策，將航空動力工業發展成高附加值的國家高科技戰略性產業，把航空發動機技術列為嚴密封鎖、嚴禁出口轉讓的關鍵技術，并逐步形成了對航空動力技術和全球市場的壟斷地位。因此，自主研制“兩機”對我國推進實施創新型國家、航空航天強國、低碳能源革命、中國制造2025等戰略具有重要價值。鑒于“兩機”的突出重要性，長期以來國家大力支持推進“兩機”重大科技專項，以實現我國軍用和民用航空發動機的進口替代、自主研制，發展有市場競爭力的航空產業，推動產業升級、帶動科技進步、增強綜合國力和國際競爭力。2016年頒布的《中華人民共和國國民經濟和社會發展第十三個五年規劃綱要》將“航空發動機及燃氣輪機”列為“科技創新2030——重大科技項目”之首；2021年頒布的《中華人民共和國國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和2035年遠景目標綱要》將“航空發動機及燃氣輪機”列為“制造業核心競爭力提升”的八個重點領域之一。

（2）渦輪葉片是“兩機”最關鍵的零部件之一

渦扇發動機由于其推力大、推進效率高、耗油率低等特點，廣泛應用于戰斗機、客機、運輸機、無人機等，占比在95%以上，是目前應用最為廣泛的航空發動機類型。典型的渦扇發動機主要由進氣道、壓氣機、燃燒室、渦輪、加力燃燒室、尾噴管、附件傳動裝置及附屬系統等部件組成，其中壓氣機、燃燒室、渦輪是航空發動機三大核心部件。渦輪是驅動風扇、壓氣機及其他附件的動力源，主要作用是將燃燒室流出的高溫高壓燃氣的能量轉變為機械功，使渦輪高速旋轉并產生強大功率，并由渦輪軸輸出。

渦輪由渦輪葉片與渦輪軸、渦輪盤等部件共同組成。在渦扇發動機中，渦輪部件所承受的熱負荷、氣動負荷和機械負荷最大，工作條件極端惡劣。渦輪葉片在高溫及高轉速狀態下工作，并傳遞大功率，因此“渦輪葉片是航空發動機中最關鍵的零件之一，處于發動機中溫度最高、應力最復雜、環境最惡劣的部位，且數量眾多、形狀復雜、尺寸要求高、加工難度大，直接影響著航空發動機的性能。”渦輪葉片的制造水平直接決定了渦輪承受的極限溫度，從而影響航空發動機熱力循環的兩個主要參數——推重比與動力，渦輪葉片設計與制造的好壞直接決定著發動機的性能、安全與壽命。

（3）陶瓷型芯的重要性

①陶瓷型芯是制造渦輪葉片的必備耗材

渦輪葉片工作環境惡劣，通常要承受1600-1800℃的高溫，同時還要承受300m/s左右的風速，以及由此帶來的巨大空氣壓力，這決定了渦輪葉片必須采用高溫合金且內部多采用復雜、精密、進口狹小的氣冷結構，內部通道光潔度可達微米級，因此渦輪葉片的制造無法采用鍛造、機械加工等制造方法，“航空發動機渦輪葉片還需要精密的制造技術——熔模鑄造工藝”，并“使用陶瓷芯來制作氣道”，并對陶瓷型芯的材料、結構復雜程度、尺寸精密程度、表面光滑程度以及在熔模鑄造中的強度、脫芯性能等提出了極高的要求。

②渦輪葉片性能的提升依賴陶瓷型芯的不斷改進

渦輪葉片性能的提升，主要體現在承溫能力的提升，常規采用提升高溫合金的承溫能力和改進氣冷結構等手段實現。高溫合金經歷了等軸晶、定向凝固柱晶、單晶的進化過程，然而目前耐熱性能最好的高溫合金材料工作溫度在1,100℃左右。“目前，先進的發動機渦輪前進口溫度達到1757℃，受金屬熔點的限制，通過改善葉片的制備材料來提高葉片的承溫能力已接近極限，因此，改進葉片的氣冷結構、提高葉片的冷卻效率已成為葉片設計制造者的必然選擇。在過去的幾十年中，發動機渦輪前進口溫度提高了500℃，其中70%的貢獻來源于采用了先進的葉片制造技術和更合理的葉片冷卻結構，葉片的冷卻方式由傳統的對流、回流、氣膜冷卻等方式發展為高效氣冷方式，冷卻效率已由300℃左右提高到600℃以上。”為提高冷卻效率，渦輪葉片的空心氣冷結構日趨復雜、精密。下一代葉片冷卻技術向薄壁、多層壁、多通道、微擾流結構方向發展。航空發動機效率與推重比等核心指標的改進要求不斷提高渦輪進口燃氣溫度，渦輪進口燃氣溫度的提升必然要求提高渦輪葉片的承溫能力，而渦輪葉片承溫能力的提高依賴于其復雜、精密空心氣冷結構的實現。由于陶瓷型芯是形成渦輪葉片內腔空心機構的必備核心部件、是制造渦輪葉片的第一步，因此，如不能制造出滿足要求的陶瓷型芯，就無法實現理想的渦輪葉片空心氣冷結構，沒有陶瓷型芯的材料、制造工藝的持續改進就無法實現渦輪葉片性能的不斷提升。

陶瓷型芯行業發展情況

（1）技術發展歷程及趨勢

①陶瓷型芯技術發展歷程

提高渦輪燃氣溫度一直是航空發動機、燃氣輪機研究的重點。現階段，提高渦輪燃氣溫度主要通過三種手段：一是開發新的高溫合金材料，以不斷提升葉片的承溫能力，二是研制新型的熱障涂層，三是改善渦輪葉片的氣冷結構，提高葉片的冷卻效率。渦輪葉片的制造過程中，傳統的鍛造、機加等手段不能成形復雜的葉片內腔形狀，只能采用熔模鑄造工藝生產。熔模鑄造中，形成空心鑄件內腔形狀的陶瓷型芯，其性能和質量對鑄件生產的質量和合格率起到重要影響。我國對陶瓷型芯的研制，始于20世紀70年代中期。經有關研究院所、高等院校和企業的共同努力，自80年代以來，已研制成功XD-1硅基陶瓷型芯和AC-1、AC-2鋁基陶瓷型芯等多種陶瓷型芯，滿足了研制新型航空發動機的需要。進入21世紀以來，盡管研制陶瓷型芯的單位數量有所增加，但產品品類齊全、具備量產能力、穩定供應的陶瓷型芯生產企業相對較少。

陶瓷型芯經過多年發展，產品種類不斷豐富，行業內一般按化學組成、成型方法等的不同進行區分。

1）按化學組成分類按基體材料的化學組成，陶瓷型芯的分類如下：

表：陶瓷型芯按化學組成分類

I、硅基陶瓷型芯

硅基陶瓷型芯的主體材料為石英玻璃。石英玻璃是熔融石英經高溫熔融、快速冷卻而形成的無定形物質。石英玻璃具有各向同性、高粘度、熱膨脹系數小等特征，長期以來一直是國內外陶瓷型芯的主要基體材料。硅基陶瓷型芯的最大特點在于：在1,100～1,250℃的溫度范圍內，部分石英玻璃會發生相變，析出方石英晶體。由于晶體比玻璃體的蠕變小幾個數量級，所以當陶瓷型芯中含有一定量的方石英時，陶瓷型芯的高溫抗變形能力較好。但是析晶過程的體積效應導致的內應力會使陶瓷型芯中出現網狀裂紋，從而降低陶瓷型芯的強度。因此，方石英的析出規律及其對陶瓷型芯性能的影響是硅基陶瓷型芯的技術難點，合理控制陶瓷型芯在制備及使用過程中方石英的含量是硅基陶瓷型芯制備技術的關鍵。

II、鋁基陶瓷型芯

歐洲國家自20世紀70年代起就將鋁基陶瓷型芯應用于生產單晶葉片，在鋁基陶瓷型芯的研究和應用方面世界領先。我國鋁基陶瓷型芯的研制起步于20世紀90年代后期，起步較晚。鋁基陶瓷型芯的主體材料是α-Al2O3粉體。與硅基陶瓷型芯相比，α-Al2O3具有較好的熱強性、較高的化學穩定性、優異的耐高溫性能，且在焙燒和使用過程中無晶型轉變，更適用于定向凝固柱晶及單晶葉片的鑄造。隨著單晶高溫合金鑄造的進一步發展，渦輪葉片的澆鑄溫度進一步提升，對陶瓷型芯的耐高溫性能和高溫化學穩定性的要求更高。鋁基陶瓷型芯存在以下缺陷：一是其燒成通常在高于1,600℃的溫度下進行，燒成性相對較差；二是α-Al2O3難溶于酸和堿，與硅基陶瓷型芯相比，鋁基陶瓷型芯使用后脫芯相對困難。因此，解決燒成難和脫芯難的問題是鋁基陶瓷型芯生產及使用過程中的兩大技術難點。

2）按成型方法分類

按成型方法和工藝特點，陶瓷型芯可分為熱壓注、傳遞成形、灌漿成形、凝膠注模成型、3D打印成型陶瓷型芯等。目前國內外仍以熱壓注陶瓷型芯為主。不同成型方法的陶瓷型芯的相關特點及應用如下：

②陶瓷型芯技術發展趨勢

隨著現代熔模鑄造朝著“優質、精密、大型、薄壁、無余量”方向的發展，對陶瓷型芯的性能及工程可靠性提出了新的需求，陶瓷型芯制備技術的發展也正面臨著新的機遇。

1）承溫性能不斷提升

隨著高溫合金由鐵基合金、鈷基合金和鎳基合金向定向共晶合金及金屬間化合物的發展，渦輪葉片由等軸晶向定向凝固柱晶及單晶的發展，高溫合金澆鑄溫度不斷提高，澆鑄過程時間不斷延長，進而對陶瓷型芯的承溫能力要求不斷提高。

2）形狀結構復雜化、精細化

渦輪葉片氣冷結構由傳統的對流、回流、氣膜冷卻向發散冷卻、層板冷卻方式的改進，要求陶瓷型芯的形狀及結構更加復雜精細。

上圖展示了Rolls-Royce公司RB211系列發動機渦輪葉片形狀及結構的發展過程。日趨復雜的渦輪葉片要求用于形成葉片氣冷空腔的陶瓷型芯的形狀及結構也變得更加復雜。3）組分多元化合金材質的改進及合金種類的增加，要求陶瓷型芯的化學穩定性更高，適用面更寬。陶瓷型芯組分已在常用的氧化硅、氧化鋁的基礎不斷擴展。

4）材料復合化

隨著對陶瓷型芯使用要求的不斷提高，單一材料已難以同時滿足陶瓷型芯制備工藝與使用性能的要求，不同陶瓷型芯材料之間的復合，不同材質陶瓷型芯件之間的復合，已成為發展趨勢之一。

（2）市場現狀與發展趨勢

①陶瓷型芯產品市場空間廣闊

熔模鑄造是一種適用于標準化大批量生產、價格經濟的成熟鑄造工藝，于20世紀40年代開始普遍應用于工業化生產，現已廣泛應用于航空航天、能源化工、汽車等多種行業的鑄件制造。陶瓷型芯是形成熔模鑄造鑄件空腔的必備耗材。因此，陶瓷型芯在軍用、民用市場均擁有極其廣闊的市場空間。

②“兩機”領域的陶瓷型芯應用場景廣泛多樣

除渦輪葉片外，“兩機”領域的陶瓷型芯應用場景廣泛多樣，具體如下：

③“兩機”領域的陶瓷型芯發展前景良好

目前陶瓷型芯的主要應用領域為航空發動機和燃氣輪機的渦輪葉片制造。隨著發動機對推重比等性能指標要求的持續提升，渦輪溫度不斷增加，導致渦輪葉片的空心氣冷結構日趨復雜精密。在我國國防預算不斷提升、軍用飛機升級換代需求迫切和訓練量不斷加大的背景下，軍用航空發動機市場呈現穩步增長態勢，新戰機的大量裝備部隊，以及新發動機的不斷定型、量產，為陶瓷型芯行業市場規模的穩定增長態勢奠定了堅實的基礎。隨著國產C919、C929、ARJ21等商用飛機研發試制進度的不斷推進，對CJ-500、CJ-1000、CJ-2000等長江系列國產商用航空發動機的研發量產進度提出了明確要求，相關發動機型號定型量產交付，將極大地拓展陶瓷型芯的市場空間。燃氣輪機方面，我國各類軍用艦船生產及更新換代需求，以及“雙碳”背景下預期燃氣發電占比持續提升，將明顯促進軍用及民用市場對各功率級別國產燃氣輪機的需求，進而為陶瓷型芯行業發展和市場規模增長提供新的增長點。此外，其他熔模鑄造領域的發展，也將帶動陶瓷型芯產業的發展。

我國空軍發展對軍用飛機的要求，支持相關特種陶瓷產品市場穩步增長

根據《WorldAirForces》的數據，相較于美國，我國軍用飛機數量少，代際落后。中國一流空軍建設正在持續推進，目前正處于新型號上量和原有型號更新換代的關鍵時期，對于換發和新裝發動機的需求均日益旺盛。近年來我國航空發動機領域的研發進度顯著加快，“秦嶺”、“太行”等定型量產發動機逐漸成熟，多款新型發動機均已接近定型狀態，預計不久將實現大規模批產。未來新產的殲-10、殲-15、殲-16、殲-20、運-20等各類單發、雙發戰機，將全部大批量使用國產發動機，這將為航空發動機及零部件市場帶來可觀的市場增量，在此支撐下，相關特種陶瓷產品市場將穩步增長。

商用航空發動機、燃氣輪機的國產替代、自主可控，催生巨大市場空間

我國的商用客機長期依賴進口，C919大型客機是我國自行研制、具有自主知識產權的大型噴氣式客機。ARJ21、C929國產民機已分別處于運營和研發階段，目前我國已經搭建起由支線客機ARJ21、單通道噴氣客機C919及雙通道噴氣客機C929組成的國產商用飛機譜系。作為飛機的動力裝置的航空發動機是飛機制造中最核心的部件之一，事關公共交通運輸安全，實現自主研發和國產替代勢在必行。隨著我國具有完全自主知識產品的商用航空發動機研發、生產進度的不斷推進，有望大量替代進口發動機，航空發動機配套零部件的市場潛力巨大。

艦用燃氣輪機和工業燃氣輪機，受制于國外將會威脅國家的國防安全和能源安全。燃氣輪機為國家重點推進研發的重點裝備，其實現自主可控是國家重點發展方向。多級別規格的燃氣輪機成功研發量產，將為相關特種陶瓷產品市場帶來新的市場增長點。

中國航發集團“小核心、大協作”的經營原則，有利于配套廠商發展

GE、P&W、RR等航空發動機制造企業均在全球范圍內尋找配套廠商，該生產協作方式有助于構建專業、高效的供應鏈體系和產業生態圈，有助于加快利用社會資源提高航空發動機生產能力和技術水平。中國航發集團在經營中亦推行“小核心、大協作”的經營原則，聚焦核心業務，引進具有專業優勢的供應商和研究團隊，對其科研生產能力形成有效補充和支撐。航空發動機主機生產企業將配套業務大量外協，為專業化科技型中小企業提供了良好的發展機遇，將顯著提升配套廠商的市場空間。