超硬材料分析和簡介

1.1. 超硬材料簡介

超硬材料主要是指金剛石（包括天然金剛石和人造金剛石）和立方氮化硼，其制品用于金 屬及各類高硬脆材料的加工，也可作為功能材料應用于電子電器、裝備制造、國防軍工、醫(yī)療 檢測等高科技領(lǐng)域。根據(jù)河南省工信廳數(shù)據(jù)，人造金剛石在全球工業(yè)用超硬材料中的應用占比 超過 90%。因此，金剛石及其制品是主要的超硬材料。從應用領(lǐng)域來看，人造金剛石可分為用于制造業(yè)領(lǐng)域的工業(yè)金剛石、用于消費領(lǐng)域的培育 鉆石兩大類，相比較而言，工業(yè)金剛石是小顆粒人造金剛石及其制品，而培育鉆石則是人造金 剛石中的顆粒較大、品質(zhì)較高的寶石級大單晶，二者的制備工藝類似，但產(chǎn)業(yè)鏈有所差異。

從技術(shù)手段來看，人造金剛石是通過人工模擬天然金剛石結(jié)晶條件和生長環(huán)境采用科學方 法合成出來的金剛石晶體，其合成方法主要為高溫高壓法（HTHP）和化學氣相沉積法（CVD）。高溫高壓法（HTHP）是以石墨粉、金屬觸媒粉為主要原料，通過液壓裝置保持恒定的超高溫、 高壓條件來模擬天然金剛石結(jié)晶條件和生長環(huán)境合成出金剛石晶體；化學氣相沉積法（CVD） 是含碳氣體和氧氣混合物在高溫和低于標準大氣壓的壓力下被激發(fā)分解，形成活性金剛石碳原 子，并通過控制沉積生長條件促使活性金剛石碳原子在基體上沉積交互生長成金剛石單晶。相 比較而言，高溫高壓法（HTHP）具有成本優(yōu)勢、合成產(chǎn)品多用于精密加工傳統(tǒng)制造業(yè)領(lǐng)域， 化學氣相沉積法（CVD）具有品質(zhì)優(yōu)勢、合成產(chǎn)品多用于新型前沿和尖端科技領(lǐng)域。

從產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)構(gòu)來看，超硬材料產(chǎn)業(yè)鏈主要由上游核心裝備制造與超硬材料合成、中游超硬 制品生產(chǎn)、下游應用領(lǐng)域構(gòu)成。

2. 工業(yè)金剛石產(chǎn)業(yè)鏈

2.1. 產(chǎn)業(yè)鏈構(gòu)成與主要競爭格局

工業(yè)金剛石產(chǎn)業(yè)鏈主要包括上游人造金剛石合成、中游超硬制品工具制造和下游金剛石應 用。整體來看我國主導上游全球工業(yè)金剛石單晶和微粉制造；中游金剛石制品工具種類繁多呈 大行業(yè)、小公司業(yè)態(tài)；在下游工業(yè)金剛石應用廣泛，主要應用于傳統(tǒng)建筑石材切割，并伴隨產(chǎn) 業(yè)升級，作為核心零部件應用于半導體、軍工等先進制造領(lǐng)域。

圖片

上游：我國基本主導人造石金剛石合成市場，尤其是金剛石單晶和微粉制造。根據(jù)河南省 工信廳數(shù)據(jù)，我國人造金剛石銷量占全球市場的 90%以上，其中的 80%產(chǎn)量供應集中于河南省。根據(jù)磨料磨具網(wǎng)數(shù)據(jù)顯示，2020 年我國工業(yè)金剛石總產(chǎn)量 200 億克拉，其中金剛石單晶及微 粉產(chǎn)量達 145 億克拉，寶石級單晶 244 萬克拉，金剛石復合片 587 萬片。根據(jù)河南省國民經(jīng)濟 和社會發(fā)展統(tǒng)計公報，2023 年河南省金剛石總產(chǎn)量為 190.40 億克拉，同比增長 19%。根據(jù)力 量鉆石招股說明書披露，按照金剛石單晶平均銷售單價 0.26 元/克拉測算， 2022 年中國和河 南省工業(yè)金剛石市場規(guī)模分別為 51.5 億元和 41.2 億元。我國人造金剛石銷量占全球 90%以上，但占據(jù)的市場份額大部分為中低端市場,主要應用 于機械研磨鋸切領(lǐng)域。而產(chǎn)品單價和附加值較高的人造金剛石，諸如光學級、半導體用工業(yè)用 金剛石依然被歐美、日韓等發(fā)達國家（英國的元素六公司、美國的合銳公司、美國的 Diamond Foundry、韓國的日進公司）主導。在半導體行業(yè)迭代升級的驅(qū)動下，我國部分超硬材料企業(yè) （寧波晶鉆、四方達、國機精工、上海征世、沃爾德等）已開始進行 CVD 技術(shù)研究，積極布 局功能性金剛石業(yè)務(wù)，但仍與元素六等國外公司具有較大的差距。

中游：金剛石工具制造企業(yè)，大行業(yè)，小公司。中游環(huán)節(jié)主要為金剛石工具制造企業(yè)，通 過將工業(yè)金剛石經(jīng)過破碎、與硬質(zhì)合金結(jié)合、聚晶等多種工藝，打造多種金剛石工具，如金剛 線、金剛砂輪、金剛砂帶、金剛石復合片等，廣泛用于下游多種切割、磨削、鉆探、拋光等場 景。由于分類雜、形態(tài)多、使用范圍廣、技術(shù)壁壘高的產(chǎn)品屬性而呈現(xiàn)行業(yè)集中度較低的“大 行業(yè)、小公司”競爭特點。因此，超硬材料制品生產(chǎn)企業(yè)眾多，單個公司規(guī)模較小。根據(jù) Wind 企業(yè)庫數(shù)據(jù)，全國共有 1347 家超硬材料存續(xù)企業(yè)，而超硬材料制品上市企業(yè)僅 6 家，占企業(yè) 總數(shù) 4.45‰。從全球來看，我國超硬材料制品企業(yè)市占率仍處于較低水平，現(xiàn)階段中高端復合 超硬材料及工具的供應仍以國外企業(yè)為主。

下游：多種高端制造核心零部件，CVD 法有望進一步拓展終端應用場景。下游的金剛石應 用，既包括建筑石材切割、勘探采掘等傳統(tǒng)工業(yè)領(lǐng)域，也包括光伏切割、消費電子切割等戰(zhàn)略 性新興領(lǐng)域和量子網(wǎng)絡(luò)、芯片等尖端科技領(lǐng)域。由于技術(shù)原因和歷史沿革，高溫高壓法（HTHP） 合成的傳統(tǒng)工業(yè)領(lǐng)域金剛石應用市場主要由我國主導，而以化學氣相沉積法（CVD）合成為主 的新型領(lǐng)域和尖端科技領(lǐng)域金剛石應用市場則主要由歐美國家主導。

簡言之，我國作為全球第一大人造金剛石生產(chǎn)國，在 HTHP 法生產(chǎn)人造金剛石領(lǐng)域占有顯 著主導地位，但在高附加值的 CVD 法生產(chǎn)人造金剛石領(lǐng)域和高端超硬制品領(lǐng)域在與歐美國家 存在較大差距。僅以超硬材料刀具市場為例，根據(jù)沃爾德招股書和超硬材料網(wǎng)數(shù)據(jù)，該市場中 的生產(chǎn)供應商分為三個梯隊：第一梯隊是以山特維克、肯納金屬為代表的歐美企業(yè)，技術(shù)力量 雄厚，主導高端定制化非標刀具市場；第二梯隊是以住友電氣、京瓷、三星鉆石、新韓金剛石 為代表的日韓刀具企業(yè)，產(chǎn)品通用性高、穩(wěn)定性好、性價比強，覆蓋非定制化刀具市場；第三 梯隊是沃爾德、富耐克、四方達、威硬工具、奔朗新材、中天超硬為代表的中國刀具企業(yè)，企 業(yè)眾多、行業(yè)集中度低、生產(chǎn)技術(shù)含量不高，集中在中低端刀具市場。

2.2. 工業(yè)金剛石發(fā)展趨勢

2.2.1. 超硬制品向高端化精品化發(fā)展

隨著我國制造產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級，機械、光伏、化工、半導體、航空航天新興產(chǎn)業(yè)對材料及加 工工具提出了更高的要求。由于金剛石具有優(yōu)異的性能和極佳的化學穩(wěn)定性，催生出一批用于 高端精密制造、新能源汽車、半導體等領(lǐng)域的新型高端金剛石工具，如金剛石線鋸、高精密金 剛石砂輪、金剛石超薄劃片和高精度套料鉆頭等。而這些新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展也促進超硬制品向高 端化、精品化發(fā)展。在光伏領(lǐng)域，金剛線主要用在硅片制造環(huán)節(jié)，用于硅棒截斷、硅片切方、切片。與砂漿切 割相比，金剛石線硬度高，耐磨損能力強，從而切削和使用壽命更長。同時硅片材料損耗少， 出片率高，切割造成的損傷層小于砂漿線切割，有利于切割更薄的硅片，降低材料損耗，提高 硅片出片率。2023 年 11 月 15 日，中美兩國發(fā)布了“陽光之鄉(xiāng)聲明”，聲明提出：兩國支持二 十國集團領(lǐng)導人宣言所述努力爭取到 2030 年全球可再生能源裝機增至三倍。按本次聲明，預 計到 2030 年底全球可再生能源裝機將達到 8439.48GW 以上；截至 2022 年底全球可再生能源 累計裝機 3371.79GW，對應 2023-2030 年年均裝機 633.46GW 以上。2022 年全球新增可再 生能源裝機量為 294.56GW，其中光伏裝機量占比 64.84%。按此占比計算，對應 2023-2030 年年均光伏裝機 410.74GW，與 2022 年相比增幅巨大。在全球雙碳目標明確、節(jié)能減排的大背景下，光伏需求長期增長具有較高的確定性，從而帶動光伏金剛線等高端超硬制品需求。