超硬材料行业研究报告.docx

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1、超硬材料行业研究报告1 .超硬材料行业处于发展期，前景广阔1. 1.超硬材料指硬度可以与金刚石相比拟的材料硬材料是一种重要的工程材料，通常是指硬度达到莫氏硬度最高值10或接近10的材料，主要应用于复合材料、无机非金属材料、硬质合金的加工，作为一种重要的功能材料。目前常见的超硬材料有金刚石（天然金刚石和人造金刚石）、立方氮化硼等。目前常见的超硬材料有金刚石（天然金刚石和人造金刚石）、立方氮化硼（PCBN）等。其中PCBN具有高硬度、高耐磨性且高温下表现稳定，主要用于制造各类刀具；金刚石又分为单晶金刚石、聚晶金刚石（PCD）和CVD金刚石，单晶金刚石应用于砂轮、锯片等，PCD应用于刀具、石油钻头，

2、CVD金刚石应用于拉丝模、刀具等，高端CVD金刚石应用于电子器件、航天等领域。超硬材料也可以分类为单晶超硬材料和聚晶超硬材料（也称“复合超硬材料”），单晶超硬材料包含单晶金刚石、单晶立方氮化硼等，特点是硬度高但尺寸小；聚晶金刚石/立方氮化硼是用单晶金刚石/立方氮化硼为主要原料，添加金属和非金属粘接剂在高温高压环境下制成的复合材料，复合超硬材料虽然硬度和耐热度稍差，但其切割面积较大、耐磨性更好。复合超硬材料主要用于石油天然气、煤田矿山、汽车等。石油天然气用聚晶金刚石是由小金刚石颗粒和粘接剂混合组成的切削层和硬质合金衬底层在高温高压下烧结合成，该材料具有很高的强度、硬度和耐磨性，将该材料镶嵌于石油

3、、天然气钻头上，是钻头上起到切削和掘进的核心部件，在钻头掘进的过程中，金刚石复合片逐渐消耗。在煤田矿山开采过程中，金刚石复合片起到同样的作用。PCD刀具的耐用度较硬质合金刀具寿命高几十倍，主要加工对象为有色金属、非金属材料等。由于汽车发动机活塞的群部、销孔和化油器等部件含硅量一般在10%以上，硬度较大，且大多采用流水线批量生产，这使得合金刀具的性价比较低，金刚石刀具适用性良好。1.2.金刚石单晶在工业领域地位突出金刚石单晶在建材石材领域需求稳步增加，建材石材类产品跟基建投资及房地产开发投资关联密切。2023年以来中国基建和房地产投资保持高速增长趋势,其中基建投资从2003年的1.37万亿元增长

4、至2023年的18.82万亿元，年复合增长率为15.77%；“十四五”期间有望保持4-5%增速，到2025年达到23万亿以上。而房地产开发投资则是近年来国内建筑业增长的主要驱动力，2016年开始的新一轮高景气仍在持续，新开工面积维持达到22亿平以上、施工面积增加至87亿平以上，新一轮竣工周期延续;PM1建筑业分项自2011年以来除新冠疫情影响外长时间维持在50%以上的扩张区间，带动了金刚石单晶的需求。中国经济进入高质量发展阶段，在新型城镇化建设等宏观政策的支持下，基础设施和房屋改造升级周期来临。海外在新冠疫情后将基建作为推动经济复苏的重要手段，同时在货币较为宽松以及疫情增加居民对房屋需求的支撑

5、下，房地产景气度持续提升，带动建材石材加工和工程施工用金刚石工具的市场需求。中国人造金刚石单晶产量占全球总产量90%以上，因此在国内产业链率先恢复后，2023年下半年超硬刀具类产品受益于出口订单旺盛，金刚石单晶产品出现供不应求，导致价格上涨，促进国内金刚石单晶类产品进入新一轮增长。勘探采掘领域金刚石单晶需求提升。矿物勘探开采是金刚石的另一主要需求，随着全球经济的稳步增长，矿产资源的需求量不断扩大，未来伴随中国经济继续增长以及新兴市场的崛起，矿产资源的消耗将会长时间维持较高增速。过去十年，中国主要矿产资源开采量整体从高速增长阶段过渡至稳步发展阶段。2023年原煤产量39亿吨，同比增长1.4%；原

6、油产量1.95亿吨，同比增1.6%；天然气产量1925亿立方米，同比增长9.8%；其他十种有色金属产量为0.62亿吨，同比增5.5%o但中国及全球均面临主要矿物开采品位下降的情况，需采掘更多的原矿量以保持产量稳步增长。全球矿产资源勘探形势趋于紧张，浅部地层的矿产资源已基本开采殆尽，深部找矿已成为地质找矿探矿的方向。金刚石大单晶因在坚硬岩层中效率大幅高于其他产品，因此在深部探矿中应用广泛。随着勘探深度和难度的增加，金刚石单晶钻的经济性优势将进一步彰显出来，具有广阔前景。1. 3.下游制造业升级，金刚石微粉发挥重要作用机械制造产业升级带动金刚石微粉需求不断增加。机械、汽车制造、家电制造等告细分行业

7、的产业升级带动了对高端金刚石工具的需求。汽车行业精密加工领域目前已广泛使用人造金刚石工具，高端金刚石工具可以满足汽车制造过程中切削、打磨、抛光等多工序高精密的需求。近年来全球汽车行业受到贸易战及新冠疫情影响，2023年随着全球主要国家经济复苏，汽车产销量将恢复增长，中国汽车产量由2011年1842万辆上升到2023年的2532万辆,整体呈上升趋势。随着国内新型工业化和城镇化进程的加快发展，居民消费不断升级，未来中国汽车市场仍有较大的增长空间。家电尤其制冷家电业是人造金刚石磨具和刀具的主要应用领域之一。家用空调、冰箱所使用压缩机的三大部件活塞、气缸、上下轴承座主要使用金刚石工具进行加工。中国家用

8、空调和冰箱的产量在消费升级以及出口量不断增长的背景下，分别从2011年的I1oO1万台和7882万台增长到2023年的14491万台和8443万台。2023年以来家电出口大幅增长带动国内家电制造业重回高速增长。光伏和1ED领域快速发展带动金刚石微粉需求高增。光伏发电和1ED照明所用单晶硅、多晶硅、蓝宝石以及其他光电磁性材料的切割加工是金刚石微粉应用需求增量最大的领域。告2019年光伏在国内补贴退出的驱动下快速进入平价上网阶段，市场需求驱动光伏装机量重新进入高增阶段，全球新增装机分别为116.9GW、134GW,2023年虽然受到硅料产能限制，装机量仍将有望实现15%左右的增长达到155-160

9、GW；2023年在硅料产能瓶颈逐步解除之后，2023-2025年全球新增装机量将达到25%的复合增速，到2025年新增装机量达到400GWo2023年166、182、210单片硅片消耗金刚石量分别为1.8/2.4/2.8米/片，随着金刚线直径逐步减少，单位损耗逐步增加，单位功率硅片消耗的金刚线增加，目前IW166.182和210单晶硅片对应金刚线消耗量分别为0.285m、0.34m和0.28m,210单晶与166硅片单位需求基本相同，而182硅片需求增长15%左右；我们预计光伏金刚线需求量将从2023年5000万公里左右增长到2025年的13500万公里。MIN11ED时代来临，蓝宝石切割金刚

10、石微粉需求爆发。2023年中国1ED行业总产值达到7013亿元，同比有所下滑，但近十年来总体仍保持较快增长态势。1ED照明产品已经逐步替代传统的白炽灯和荧光灯，正处于持续爆发增长阶段。以苹果公司、华为以及小米公司为代表的科技巨头纷纷推出MINI1ED背光产品的电脑和显示器，售价在1.5万TO万之间，灯珠数量在1.2万TO万颗，2023年M1N11ED正式进入爆发期。M1N11ED有望成为在通用照明之后1ED重要驱动力，蓝宝石衬底的需求量有望从2023年的4200万片左右增长至2023年的6000万片左右，年复合增长率约为12.6%O2.培育钻石成为超硬材料的绝对主角培育钻石是一种依靠超硬材料工

11、业高科技生产工艺诞生的品种，主要是为现代工业中，硬质材料的切磨、加工所使用的刀具这个目的开发的，它以更高的硬度战胜了一代超硬材料一一硬质合金，更低廉的价格取代了二代超硬材料一一天然钻石，与立方氮化硼一起，成为了超硬材料的绝对主角。主要的应用就是PCD（聚合金刚石）复合片刀具，就是将极小颗粒（230m）的金刚石粉末与结合剂，在高温高压下烧结，再经过切割、焊接、刃磨，就可以派上大用场。培育钻石目前已成为全球钻石消费的新兴选择之一，在品质、价格、环保和科技等方面具有显竞争优势。随着培育钻石合成技术不断提高、成本及价格快速下降，以及市场消费理念和消费习惯改变，培育钻石的市场关注度和市场需求显著提升，已

12、成为人造金刚石行业最重要的发展方向之一。在现代工业加工领域，由于对人造金刚石的需求数量、品种、质量的不断提高，原来只能作为工业材料的人造金刚石终于大规模达到珠宝级应用的水平。培育钻石与天然钻石性质相同且更具优势。培育钻石作为一种人工合成的钻石，产品在晶体结构完整性、透明度、折射率、色散等方面可与天然钻石相媲美，作为钻石消费领域的新兴选择，可用于制作钻戒、项链、耳饰等各类钻石饰品及其他时尚消费品。培育钻石越来越被市场认可2012-2015年培育钻石就已经在全球珠宝消费市场出现，但产品品质较差、价格优势不明显；2017年以来施华洛世奇、戴比尔斯等国际珠宝巨头进军培育钻石饰品市场，加上美国联邦贸易委

13、员会（FTC）为培育钻石正名等因素推动,培育钻石在行业组织建立、技术规范制定、合成及鉴定技术提升、产能规模和市场份额提高等方面明显进步，培育钻石得到大众的认可。2019年之后培育钻石的接受度已经提升至较高水平，生产成本大幅下降，培育钻石的优势逐步凸显，认可度加速提升；2023年下游加工环节受到疫情影响，一定程度干扰了培育钻石的爆发过程，2023年疫情影响逐步消除，行业进入加速阶段。培育钻石性能媲美天然钻石培育钻石为人工培育出的与天然钻石相同的真钻石。目前市场上的伪钻石主要有伪钻石（假钻石）和仿钻石（错石和莫桑石等）两种，而真钻石包括天然钻石和人工培育钻石。两者的差异仅在于形成环境，天然钻石形成

14、于地壳运动、卫星撞击等天然环境，培育钻石是模仿天然钻石形成环境制备而成的钻石。培育钻石与天然钻石化学成分、物理性质相同，在晶相特性方面可能有所不同。主要由于天然钻石形成环境更为复杂。天然钻石的晶相结构大致有13种，常见结构为八面体、菱形十二面体或两者的聚形、三角薄片双晶等，而培育钻石的结晶特征主要有立方体、立方八面体等；但晶相方面差异并不影响其光学及物理方面性能，仅在切磨方面成本有所不同。钻石与合成立方氧化错主要区别在硬度。硬度决定钻石与人造立方氧化错切割后腰棱的差别，由于钻石的硬度高于合成立方氧化错，所以钻石切割后其腰棱必须是磨砂的，而合成立方氧化错是带有平行光排列的抛光痕迹。在显微镜观察下

15、，钻石的内部包体丰富而合成错石比较干净，少有包体特征。合成立方氧化错与钻石是不同的物质。钻石与莫桑石的主要区别在于折射率。莫桑石的折射率远高于钻石，表现出的火彩是钻石的3倍，所以可以感受到莫桑石火彩更为浓烈艳丽，而钻石火彩温柔内敛。在放大镜观察下可以明显看出莫桑石的腰部内全反射影像呈现四线效果，而钻石全反射影像只有两条线。培育钻石更为环保相对于天然钻石开采，培育钻石无需采掘，可以保护地表环境，大幅减少土地消耗、碳排放（为天然钻石开采的1/2）以及水资源利用（仅为天然钻石的1/7）等；且在劳工保护方面大幅优于天然钻石开采，培育钻石在厂房内极少发生安全事故。培育钻石的保护地表环境、减少碳排放的绿色

16、、可持续发展理念完全契合目前国家提出的扎实做好碳达峰和碳中和工作部署要求。培育钻石价格更具竞争力天然钻石具有稀缺性，成本高于培育钻石，因此在各方面属性相同时，培育钻石的价格竞争力优势明显。2017年四季度以来，培育钻石价格不断下降，2023年四季度零售价下降到天然钻石35%,较2017年下降30PCT；批发价在2018年第四季度下降到天然钻石的20%,此后基本维持稳定。2023-2023年随着大颗粒培育钻石（5克拉以上）加速规模化量产，单克拉的生产成本继续大幅下降，而纯净度、色度等性质仍在大幅提升。我们认为未来无论是零售价还是批发价相较于天然钻石都仍有较大下降空间。2023年力量钻石的销售价格在272元/克拉，合计约40美元/克拉，若按照原钻成本占钻石总成本的20%预测，培育钻石成品钻石的成本在200美元/克拉，大幅低于天然钻石。目前主要钻石厂商的培育钻石销售价格仅为天然钻石的20%-30%左右。DeBe