众所周知,金刚石具有很高的硬度和耐磨性,是目前自然界中最硬的物质。金刚石俗称“金刚钻”,是钻石的原身,它是由碳元素组成的矿物,是碳元素的同素异形体,在地球深部高压、高温条件下形成一种由碳元素组成的单质晶体。
我国自年突破工业金刚石关键粉末触媒技术后,工业金刚石行业得到了快速发展,在以河南省为核心的多家工业金刚石企业,技术先进、产能充足、产业链配套齐全,已形成研发、生产一体化的超硬材料产业集群。
根据超硬材料网数据显示,我国目前行业存量压机1-1.2万台,其中用于工业金刚石-台;根据磨料磨具网数据显示,年我国工业金刚石总产量亿克拉,其中工业金刚石单晶+微粉亿克拉,垄断全球95%工业金刚石原料市场份额。
然而,工业金刚石早期由欧美等国家垄断,产品价格居高不下,可达美元/克拉;中南钻石于年通过自主研发突破了关键粉末触媒技术,开启了人造金刚石快速发展道路,产品因产量大幅提升价格快速下降,年前后跌至0.1元/克拉,多家工业金刚石企业迎来“至暗时刻”。
年起,受光伏、消费电子、新能源汽车制造等高端制造领域快速增长需求,以及培育钻石对工业金刚石带来的产能挤压,工业金刚石供不应求产品价格上涨,后续有望维持高位甚至进一步上升。
两大类生产方法共同发展
据了解,目前我国的传统金刚石工具市场份额不断提升,但高端金刚石工具仍需进口。国产金刚石工具在技术工艺水平和中低端产品质量方面与国际企业基本持平,建筑石材、光伏硅片加工领域发展迅速,国内产品取代进口并大量出口。
而半导体精密加工中聚晶立方氮化硼(PCBN)、聚晶金刚石(PCD)加工仍以进口为主,而航空航天等行业的应用刚刚起步。总体上,中国超硬材料在精加工方面与国外先进水平相比仍有较大发展空间。
目前,全球人造金刚石行业主要有高温高压法(HTHP)和化学气相沉积法(CVD)两大类生产方法,而国内人造金刚石产品生产主要采用高温高压法(HTHP),两种技术形成优势互补、协同发展的良性局面。
其中,CVD法(化学气相沉淀)钻石是以一块天然钻裸石为母石,利用高纯度甲烷、加上氢、氮等气体辅助,在微波炉中以高压方式,让甲烷中与钻石一样的碳分子不断累积到钻石原石上,经过一层层增生,可形成大至10克拉之透明钻石。
CVD法能够制备纯度较高、尺寸较大的金刚石颗粒和金刚石膜,具有更高的利用价值,同时随着技术的进步,可以工业化生产的尺寸也显著扩大,应用价值持续提升,应用领域也进一步拓展,未来有望广泛应用于电子器件、激光器、导弹、航天等领域。
另外,MPCVD法是当前世界上研究和制备金刚石薄膜的主流方法。MPCVD法可以制备面积大、均匀性好、纯度高、结晶形态好的高质量金刚石薄膜,适合在各种曲面(异形表面)上涂复金刚石薄膜,能制备各种不同需要的金刚石薄膜制品。
并且,MPCVD法可以原位实施基体与金刚石薄膜之间的中间层的多种不同处理工艺,适用性强。设备具有使用操作简便,能长期稳定运行,生产的重复性好,能耗低,运行成本低的优点。
目前,上述两种生产方法采用不同的合成原理和合成技术,生产出的产品类型和产品特点也各不相同,主要产业应用也侧重在不同的终端领域。我国目前主要采用高温高压法(HTHP),在未来相当长的时间内,HTHP和CVD将保持共同发展的态势,这是人造金刚石行业的基本特色。
科技产品提升促进行业发展
现阶段工业金刚石行业规模约45亿,其中产品50%(约22亿)下游应用于建筑石材切割,28%(约13亿)用于高端制造、光伏、消费电子衬底切割,17%(约8亿)用于资源开采、地质勘探等。
传统建筑石材用金刚石切割工具需求稳定:通过切割、磨削等方式来加工石材等产品,属于工业金刚石传统应用加工领域,成本低廉,切割效果良好,是目前主流的建材切割工具。
而在国家政策支持下,以及城市化进程加速和住宅更新换代的巨大需求,中国建筑行业逆势增长将进一步激活,市场规模整体呈上升趋势,预计到年,中国的城镇化率达75%,工业金刚石工具随建筑工业发展平稳增长。
油服市场回暖,资源开采用金刚石进一步扩容:自年四季度以来,油气开采类产品市场景气度正在逐步回升,截至年3月,活跃钻机数已增至台,
随着世界经济的进一步恢复和油价的走高,未来这一趋势有望持续;PDC钻头具有高磨损性,属于油气开采过程中的耗材,随着钻井数量增多+钻井深度增加,钻头需求量也将增长,从而带动石油复合片市场进一步扩容。
此外,高端制造“汽车+N”市场大涨,“进口替代+合金替代”共促放量:以工业金刚石为原料制造的PCD(聚晶金刚石)刀具/微钻等产品,广泛应用于下游多种精密机械加工,汽车、消费电子、钢铁加工、航空航天等多种领域。
加之全球能源政策利好,光伏发电量和渗透率在过去十年间增长迅猛,新增装机量年至年10年间增长将近20倍;预计年中国光伏新增装机需求达-GW,CAGR达24%-26%;全球新增装机需求达-GW,CAGR达25%-27%,光伏装机需求未来十年迎来十倍增长,拥有巨大的市场空间。
金刚线切割具有薄片化切割、减小切口损失、降低硅料损耗、提高加工效率、提高出片率、降低污水及COD排放等优势,可以大幅降低硅片生产企业成本,提高硅片品质,未来金刚线需求有望随硅片放量大幅增长。
而消费电子高景气,蓝宝石切割需求旺盛:随着LED厂商大幅扩产、智能手机用摄像头保护玻璃、指纹识别保护镜片的规模扩大,全球消费电子市场扩大+蓝宝石在智能设备领域渗透率的增加,蓝宝石衬底需求高景气发展,金刚线作为其核心切割耗材,需求同步大幅增加。
半导体市场旺盛带动金刚石需求增长
令人