超硬材料网

　　1、单晶材料
　　(1)单晶材料及其主要产品概述
　　单晶材料(包括人造金刚石及立方氮化硼)具有硬度高、耐磨和热传导性能好、热膨胀系数低等优异性能，广泛应用于机械加工、石材加工、地质钻探、电子、建筑、航空航天、新材料加工、汽车等领域。作为最重要的单晶材料，人造金刚石具有广阔的应用发展前景，西方发达国家甚至将其作为一种战略资源。人造金刚石的合成设备和工艺是衡量一个国家基础产业水平的重要指标。近年来随着世界经济的逐步复苏，世界主要工业国家的经济增长明显增速，对工业金刚石的需求量也逐渐增加。
　　(2)全球及中国单晶材料发展现状
　　我国人造金刚石行业经过四十多年的发展，从无到有，从小到大，从技术到规模均取得了长足的进步，人造金刚石及各类制品不仅满足了国民经济各个领域的发展要求，并且出口到世界各地，为国民经济的发展做出了杰出贡献。人造金刚石诞生之初，由于生产成本过高使其应用受到极大的限制。经过40 多年的发展，随着人造金刚石的生产技术和生产工艺日趋成熟，人造金刚石的生产成本大幅下降，人造金刚石在各个领域的需求不断增加，我国的人造金刚石行业也得以迅猛发展。由于人造金刚石具有众多优异性能，随着人造金刚石品级的不断提高，应用范围也将越来越广泛，在未来可预期的较长时期内仍将保持较高的增长速度。根据行业协会数据分析未来几年我国人造金刚石的市场需求量仍可以保持在年均复合增长 15%以上。
　　(3)人造金刚石在新兴行业领域内的应用有望进一步拓展
    随着人造金刚石品级的不断提升，其优良的性能有望在高新技术领域得到更广泛的应用，如可用于航空仪表轴承、雷达波导管、光学器件、高能烟速器等精密仪器的加工;可用于单晶硅、多晶硅 0.1-0.2mm 厚度片的切割、磨削、卫星太阳能电池板等高效精密加工;可用于计算机芯片等大规模集成电路的微细精密切割、开槽、背面减薄、纳米金刚石抛光等加工;高纯大单晶金刚石也可以制作用于动力压缩试验的高强度光学窗、非常环境中某些装置的窗孔及研究核聚变能源的构件等等。
    世界发达国家无不把包括人造金刚石在内的超硬材料及制品作为发展重点，超硬材料及制品的研究与应用水平在某种程度上代表着一个国家的科技发展水平。
　　2、聚晶材料
　　(1)聚晶材料及其主要产品概述
　　1977 年 GE 公司成功开发 PCD 和 PCBN，标志着人类对超硬材料的应用进入新阶段。随着聚晶材料技术研发的深入，其材料性能不断提高，适用范围也日益扩大到了工业加工生产的许多领域。目前聚晶材料主要用于制造地质矿产钻探工具的切削齿、高品级拉丝模的模坯和各类工业用刀具刀头，由此对应形成的聚晶材料中间制品主要包括如石油/天然气钻头用 PCD 复合片等高端钻探级复合片(以下简称“石油用复合片”)、煤田/矿山工具用 PCD 复合片等中低端钻探级复合片(以下简称“矿山用复合片”)、PCD 高品级拉丝模坯(以下简称“PCD 拉丝模坯”)和 PCD/PCBN 刀具用复合片(以下简称“刀具用复合片”)。
　　① 石油用复合片
　　石油用复合片是采用超高压高温合成工艺(合成压力一般在 6.5GPa 左右，合成温度一般在 1，450 摄氏度以上)及精细化后处理工艺(如火花放电处理及表面蚀刻处理等)制成的高端钻探级复合片。石油用复合片具有很高强度、硬度、耐磨性、抗冲击性以及良好的自锐性，这些优良特性使其能够应用在石油、天然气勘探和开采行业。石油用复合片可按照钻探地层和钻探机械不同将符合特定要求进行加工后作为石油/天然气钻头的切削齿固定在钻头上，是制造上述钻头的核心部件。最初石油用复合片主要用于制造在软到中硬地层以及具有一定研磨性的中等抗压强度地层取芯或全面钻进的钻头，在高抗压强度、致密胶结的研磨性沙岩、燧石和花岗岩中使用效果不好。但近几年随着石油用复合片质量的改进和钻头设计、制造水平的提高，其在硬夹层和硬地层钻进中的应用已取得重大突破。我国自上世纪 80 年代初开始引进石油复合片制造的钻头，目前在国内各大油田中已得到广泛推广和应用。除应用于石油/天然气开采领域外，石油复合片生产工艺还可用于制造锥形复合片等其他高端钻探级复合片，应用于煤炭挖掘、矿山开采及公路修补中对钻进效果要求较高的特定细分领域。
　　② 矿山用复合片
　　矿山用复合片是采用高压高温合成工艺(合成压力一般不超过 6GPa，合成温度一般不超过 1，450 摄氏度)制成的中低端钻探级复合片。相比石油用复合片等高端钻探级复合片，应用于煤田/矿山一般开采作业的PCD 复合片性能要求略低。这主要是由于除特定领域外，煤田矿山等一般作业地层较浅，地质情况不像石油、天然气开采作业的地质情况那么恶劣，对于钻头的使用寿命和耐磨性能要求相对较低，下游客户对于钻头的价格敏感度更高。除工业领域外，矿山用复合片的应用现已逐渐渗透至国民生活各个领域，如在城市建筑施工领域，将矿山用复合片焊接到打桩钻头及风炮钻头，可大幅提高施工效率;而在交通领域，矿山用复合片则可用于制造修建桥墩用的取芯钻头。
　　③ PCD 拉丝模坯
　　拉丝模是各种金属线材生产厂家(如电线电缆厂、钢丝厂、焊条焊丝厂等)拉制线材的一种非常重要的易消耗性模具。拉丝模的适用范围十分广泛，主要用于拉拔棒材、线材、丝材、管材等直线型难加工物体，适用于钢铁、铜、钨、钼等金属和合金材料的拉拔加工。由于拉丝模的成本约占拉丝费用的 1/2 以上，降低拉丝模成本、提高其使用寿命是金属线材生产单位迫切需要解决的问题(来源:中国数控机床网)。PCD 拉丝模坯是生产高品级拉丝模的主要材料，PCD 拉丝模用于拉制铜、铝、不锈钢及各种合金线材，其使用寿命为硬质合金拉丝模的 100-300 倍，且所拉线材的尺寸均匀，光洁度高，产出量高。
　　④ 刀具用复合片
　　刀具用复合片主要用于生产加工除铁系金属以外的有色金属及合金、非金属材料的超硬刀具，由于 PCD 的化学成分是碳元素，切削铁等黑色金属时在高温情况下容易发生化学反应，影响生产效果和使用寿命，因此生产加工黑色金属材料的超硬刀具主要采用 PCBN 刀具用复合片。使用刀具用复合片制造的超硬刀具不但硬度、耐磨性大大优于传统硬质合金刀具，而且在进行硬态切削时，可取得较好的工件表面光洁度，实现以车代磨。
　　(2)全球及中国聚晶材料发展现状
　　目前全球中高端聚晶材料主要由美日等国的企业垄断生产，大部分中高端市场份额由 DI 公司、ES 公司、美国合成、日本住友、韩国日进等国际领先的大型集团公司所控制。我国超硬材料及制品行业自上世纪七十年代以来实现了迅猛发展，已经成为了世界超硬材料第一制造大国，但单晶材料生产比例较大，聚晶材料生产规模较小，特别中高端聚晶材料市场一直由外国企业所控制，例如高品级的大尺寸刀具用复合片、用于硬地层的石油用复合片等等，我国企业在产量和质量上均与国外著名企业有明显差距，大部分产品需要进口。
　　(3)聚晶材料市场容量及供求状况分析
　　聚晶材料由于在下游领域应用面极广，使用中消耗量较大，因此拥有巨大的市场容量;另一方面作为一种性能更优越的新型材料，聚晶材料对传统材料的替代效应明显，因而聚晶材料拥有广阔的潜在市场空间。
　　① 钻探级复合片
　　钻探级复合片产品按生产工艺的不同可划分为高端钻探级复合片(如石油用复合片及锥形复合片等)以及中低端钻探级复合片(如矿山用复合片等)。钻探级复合片产品应用领域极广，且存在大量交叉应用情况(如石油用复合片可应用于煤田/矿山开采中对钻进效果要求较高的特定细分领域，而矿山用复合片亦可应用于地质环境较好的石油开采作业中)，因此下文仅就钻探级复合片最具代表性的两个应用市场进行分析:
　　a. 石油开采市场
　　石油开采市场中复合片的需求量主要由下游石油钻头市场需求量决定，而石油钻头需求量主要由石油市场需求和石油开采企业采油计划决定。虽然受到经济危机影响2008 年国际石油价格大幅下调，但世界经济发展对于石油供给的较强依赖性并未发生实质性改变，因此，未来几十年内市场对于石油及石油钻头需求仍将保持旺盛。根据《河南省超硬材料及制品区域特色高技术产业链总体方案》，2006 年我国石油地质钻头消耗量达到 30 亿元，假设按照石油产量与消耗的石油地质钻头量成正比的逻辑推算，2009 年我国石油地质钻头消耗量约为 30.95 亿元(受金融危机影响，2009 年我国原油产量仅较 2006 年增长 3.17%，数据来源:国家统计局)。石油地质钻头生产成本中 30%-40%为原材料成本(数据来源:国信证券江钻股份深度报告)，按照石油地质钻头 30%的生产成本由复合片构成，扣除钻头行业 38%的工业毛利率计算(取江钻股份 2007 年至 2009 年钻头系列产品毛利率的算术平均值的整数值)，我国 2009 年石油开采市场中复合片的需求量约为 5.76亿元。考虑到复合片需求量的增长与钻头行业的增长密切相关，按钻头行业未来三年(取江钻股份 2010 至 2012 收入增长预测数据，Wind 资讯)的增长率计算，则到 2012 年，我国石油开采市场中复合片的需求量将达到 8.22 亿元。根据美国《油气杂志》2009 年 12 月 21 日发布的全球石油产量和油气储量年终统计及中国国家统计局数据，中国 2009 年石油产量占全球石油产量的比例仅为 5.36%，以石油产量与消耗的石油钻头量成正比的逻辑推算，2009 年全球石油钻头市场规模约为 577 亿元，复合片市场容量为 107 亿元，市场开拓空间巨大。
　　b. 矿山开采市场
　　2009 年我国原煤产量为 29.65 亿吨，同比增加 3.43 亿吨，同比增长 13.08%;2010 年一季度我国原煤产量为 7.5 亿吨，同比增加 1.48 亿吨，同比增长 24.58%(数据来源:Wind 资讯)。作为全世界第一大煤炭生产国，我国煤炭开采行业市场容量巨大。根据煤炭工业协会预估，十一五期间仅新建煤矿投资衍生的设备商机就达770 亿元，若考虑设备更新以及机械化率的提升，整体设备商机将近千亿元(数据来源:凯基证券山河智能研究报告)，由此带来的对复合片需求量也相当惊人。矿产资源是不可再生资源，是国家的战略储备和工业发展的重要物资。近年来我国又掀起了新一轮的找矿热潮，因而钻探找矿的工作量非常大，导致对矿用钻头的需求也将猛增。根据 Financial Mail Innovation 的市场调研，复合片钻头将取代传统钨化合物Tungsten carbide)制作的各类钻头，而后者在 2006 年的市场容量已经达到 150亿美元，按照每年增长 5%计算，2009 年复合片钻头的已有及潜在市场容量已经达到 174 亿美元，即约 1，100-1，200 亿元人民币。按照复合片占钻头成本的 30%和钻头行业 38%的工业毛利率计算，扣除全球石油开采市场对复合片约 107 亿元的需求量，全球范围内矿山开采市场对复合片的需求量已达到 98 亿元。
　　② PCD 拉丝模坯
　　拉丝模市场受到线材在工业生产和工程建设中需求量巨大的带动，市场容量可观，但由于 PCD 拉丝模坯的生产成本和售价较高，目前仅有部分对拉丝效果、精度要求较高的终端用户选用 PCD 拉丝模坯，故其市场容量比较有限。根据《河南省超硬材料及制品区域特色高技术产业链总体方案》及行业协会相关部门统计测算，PCD 拉丝模坯 2010 年的全球市场容量将超过 12 亿元人民币。
　　③ 刀具用复合片
　　根据《河南省超硬材料及制品区域特色高技术产业链总体方案》，2010 年我国 PCD/PCBN 刀具市场将达到 40 亿元，2012 年将达到 90 亿元。以刀具用复合片占 PCD 刀具成本 30%、刀具厂 20%的毛利率计算，2010 年我国刀具用复合片市场将达到 9.6 亿元，2012 年将达到 21.6 亿元。
　　(4)聚晶材料发展前景
　　① 聚晶材料发展前景较为乐观
　　聚晶材料是迄今为止硬度最高的新型复合材料，与硬质合金等传统材料相比具有硬度更高、耐磨性能更好、导热性能更高、加工性能更好等优势，广泛应用于机械、冶金、地质、石油、煤炭、石材、木材、建筑、汽车、家电等传统领域，电子信息、航天航空、国防军工等高技术领域。随着现代技术的发展，在工业生产和日常生活中出现了强度和硬度更高的产品，必须有更硬、更强的材料来加工这些产品，因此聚晶材料发展前景较为乐观。
　　a. 材料特性突出，生产工艺成熟
　　聚晶材料属于特点极其显著的工业生产和加工所需的新型材料，功能独特，硬度极大，难以被其他材料所取代。此外，聚晶材料的生产工艺和流程已经较为成熟，我国的技术、装备水平的发展已经有能力制造相关聚晶材料产品，大规模生产聚晶材料以满足下游工业企业的使用需求具有较高的必要性和切实的可行性。
　　b. 下游需求旺盛，市场空间相当可观
　　我国政府提出当前经济发展的策略重点在于要优化产业结构、提高效益、降低消耗、保护环境，科学、全面、协调和可持续的发展，国内生产总值 2020 年要比 2000 年翻两番，国民经济发展势头正猛。嫦娥登月、大飞机制造、西气东输、南水北调、城镇化建设、促进经济增长的 4 万亿投资计划等项目的实施也预示着我国宏观经济和制造业发展空间仍然巨大。从用户行业的发展情况看，“十一五”期间，我国原油产量将进入稳定增长期， 2009 年中国石油产量已达到 1.89 亿吨(中国石油期货网);房地产施工面积从 2005 年到 2009 年几乎翻了一番，大理石花岗岩板材产量2005 年到 2009 年也几乎翻了一番，金属切削机床产量从 2005 年到 2009 年增长了 64.71%，汽车、发动机、轴承产量分别增长了 1.41、2.51、1.79 倍。聚晶材料终端制品市场的快速稳定增长必将为聚晶材料生产带来更大的发展机遇和广阔的市场空间。
　　c. 对传统超硬合金材料替代优势明显，未来发展前景广阔
　　聚晶材料是迄今为止硬度最高的新型复合材料，与硬质合金等传统材料相比具有硬度更高、耐磨性能更好、导热性能更高、加工性能更好等优势，使其在使用寿命、加工质量和加工效率等方面表现优异，大大超过传统硬质合金材料。同时，聚晶材料作为硬质合金的替代材料，还具有原料丰富、节约能源、促进加工行业产业升级的优势。例如每只拉丝模金刚石聚晶材料可平均节约 100 只硬质合金模，硬质合金由战略资源钴(Co)、钨(W)金属制造，而聚晶材料由普通的石墨转化获得，聚晶材料的应用可以为国家节约大量钨、钴等战略资源;PCD拉丝模的摩擦系数仅为传统硬质合金材料的三分之一，其他相同条件下，PCD拉丝模可节约能源 60%以上;聚晶材料的使用，使原来硬质合金不能加工的制品能够被加工，而且加工效率高，加工质量好，聚晶材料高寿命又减少了加工工具的更换次数，从而能大大促进机械加工、钻探工业的产业升级。因此虽然聚晶材料在价格上较传统超硬合金材料更加昂贵，但是随着聚晶材料价格的进一步降低和下游客户对聚晶材料性能的认可，聚晶材料未来的发展空间和潜在市场容量都十分巨大。
　　② 我国需重点开拓聚晶材料中高端产品市场
　　我国聚晶材料生产发展所需的内部物质积累和外部市场需求均较为成熟。我国已经成为全世界最大的超硬材料生产国，生产聚晶材料所需的原材料如金刚石、合金、钼杯、锆杯等供应充足，国家产业政策大力支持，熟练技术劳动力供应充沛;同时，国民经济和制造业在快速发展的过程中具有强烈的产业结构升级的愿望，聚晶材料对于传统硬质合金材料的替代效应已经在机械、冶金、地质、石油、煤炭、石材、木材、建筑、电子信息、航天航空、国防军工、汽车、家电以及其他越来越多的领域体现出来，市场需求旺盛。技术研发是当前制约行业开拓高端聚晶材料产品市场的唯一瓶颈，为了摆脱当前国内聚晶材料制造商低质低价的竞争态势，只有通过研发突破高端聚晶材料技术壁垒，以优质产品与国际厂商进行全方位竞争才是国内厂商的正确选择。
　　3、超硬材料终端制品
　　(1)超硬材料终端制品概述
　　超硬材料终端制品主要分为单晶材料终端制品及聚晶材料终端制品两大类别。单晶材料终端制品主要包括磨具及锯切工具;而聚晶材料终端制品主要包括刀具、钻探工具及拉丝模。
　　① 单晶材料终端制品
　　金刚石磨削工具简称为磨具，具体产品包括金刚石磨块、磨轮、磨片等。金刚石磨削工具主要用于各类石材、墙体和建筑地板表面的粗抛、研磨和抛光打磨。金刚石锯切工具使用对象十分广泛，具体产品按用途分主要包括石材切割锯片、光学玻璃切割锯片、工艺品切割锯片、耐火材料切割锯片等。
　　② 聚晶材料终端制品
　　超硬刀具具体产品主要包括切削非铁金属如铝、铝合金、铜、铜合金、镁锌合金等的车刀及镗刀;以及切削非金属如塑料、硬橡胶、硬质碳及其它材料等的铣刀及铰刀等。
　　钻探工具具体产品主要包括石油用钻头、地质及矿山用钻头。
　　(2)超硬材料终端制品发展现状、市场容量及发展前景
　　超硬材料终端制品与超硬材料为产业链上下游关系，两者相互影响，密切相关。本报告在分析超硬材料相关情况时已对超硬材料终端制品发展状况、市场容量及发展前景等方面内容进行了说明，此处不再赘述，具体分析请参见本章“二、公司所处行业的基本情况”之“(四)超硬材料及制品细分行业现状及发展前景”之“1、单晶材料”之“(3)单晶材料市场容量及供求状况分析”及“2、聚晶材料” 之“(3)聚晶材料市场容量及供求状况分析”。
　　4、超硬材料加工用辅料
　　(1)超硬材料加工用辅料及其主要产品概述超硬材料加工用辅料在广义上属于金属粉末范畴。金属粉末是指采用物理或化学方法制备的具有特定粒度、形状及物理化学性能的单质(或合金)粉状金属固体颗粒。金属粉末可广泛应用于粉末冶金制品、喷涂材料、涂料、催化剂等方面，应用领域涉及航空航天、机械、化工、汽车、摩托车、电子、农机、超硬材料制品等行业。超硬材料制品用金属粉末主要用以制备超硬材料烧结体，固定把持超硬材料磨粒，以形成有效切削、磨削、钻削制品单元体(或复合体)。超硬材料制品用金属粉末可分为单质粉末以及预合金粉两大类。单质粉末是指采用物理或化学方法所制备的具有单一金属成分的粉末状固体颗粒。预合金粉是指采用物理或化学方法所制备的具有两种及以上金属组元成分的粉末固体颗粒。目前预合金粉还没有国家统一的分类标准，根据实际应用情况，一般将其分为基础预合金粉与专业预合金粉。基础预合金粉成分较为简单，一般为二元或三元合金粉末，通用性强，可作为基础烧结成分而广泛应用于各类超硬材料烧结制品。专业预合金粉是指具有高性价比的三元及以上复杂组合的合金粉末，针对性强，只适用于特定类别的超硬材料制品。
　　(2)超硬材料制品用金属粉末发展现状
　　生产装备及控制工艺的差距，决定了国内外超硬材料制品用金属粉体产品品质存在较大差异，从而导致我国超硬材料制品烧结体目前仍主要采用单质金属粉末混配烧结。虽然近年黄河旋风等行业龙头企业持续不断推广预合金粉的应用并取得不错效果，但我国高端超硬材料制品生产用金属粉末目前仍主要依赖于进口，每年的消费量以数亿元计。
　　(3)超硬材料制品用金属粉末市场容量及供求状况分析
　　① 国际市场
　　随着超硬材料制品生产逐步向中国等发展中国家转移，发达国家对超硬材料制品用金属粉末消费量呈现下降趋势。2009 年发达国家超硬材料制品用金属粉末的消费量在 1 万吨左右，其中单质粉末的消费量约占 40%(主要是羰基铁粉、钴、镍、铜、锡)，预合金粉的消费量约占 60%(主要是化学法制备的铁-钴/镍-铜预合金粉与铜锡合金粉)。
　　② 国内市场
　　由于金属粉末一般与超硬材料搭配使用，因此金属粉末的消费量与超硬材料消费量之间有着密切关系。根据超硬材料行业协会统计，目前金属结合剂类工具占全部超硬材料制品总量的比例约为 85%(数据来源:第五届郑州国际超硬材料及制品研讨会论文集)，根据各类金属结合剂类工具的生产配方推算，超硬材料及金属粉末在使用重量配比一般为 1:49。2009 年我国人造金刚石的产量约为 54亿克拉(折合 1，080 吨)，按上述比例计算，2009 年我国超硬材料制品用金属粉末的消耗量在 44，000 吨以上。受制于预合金粉生产技术相对滞后及产能扩张缓慢，国内超硬材料制品企业目前主要使用单质粉末进行生产，单质粉末的消费量占全部超硬材料制品用金属粉末消费量的 90%以上。国内市场对于预合金粉的使用刚刚兴起，2007 年以前国内各类预合金粉(基础预合金粉及专业预合金粉)的年消费量不足 1，000 吨，近三年来市场消费量有大幅度增长的趋势，2009 年国内市场预合金粉的消费量已超过 3，000 吨。
　　(4)超硬材料制品用金属粉末发展前景
　　超硬材料制品性能优劣的关键在于金属粉末烧结体对超硬磨粒的把持力及烧结体与磨粒间的磨损适配性。而金属粉末烧结体的性能主要取决于金属粉末颗粒间相互作用时的合金化程度。由于单质粉末颗粒粗、分散均匀性差，烧结过程中的合金化仅体现在金属粉末颗粒的界面处，合金化程度非常有限，从而导致粉末烧结体的综合力学性能较差，对超硬磨粒的把持力和与超硬磨粒间的磨损适配性较差，限制了超硬制品性能的发挥。预合金粉是将所需多组元成分预先分散组合，实现原子级别的均匀混合，形成多组元成分的均匀集合体，所制备的合金颗粒内部合金化充分均匀，其烧结体的合金化程度高，性能均匀稳定，对超硬磨粒的把持力亦大大提高;同时预合金粉具有与超硬磨粒间较好的磨损适配性，可大幅提高超硬材料制品的综合使用性能。预合金粉的应用是提高超硬材料制品的有效途径，是超硬材料及制品行业发展的必然趋势。根据超硬材料行业协会统计预测，未来三年我国人造金刚石产量年均复合增长速度将超过 15%(数据来源:中国超硬材料技术发展论坛论文集)，按此比例计算，2012 年我国超硬材料制品用金属粉末的消耗量可到 68431 吨，市场增长空间广阔。人造金刚石及金属粉末消费量预测：（单位:吨）

        2010 年2011 年2012 年
       人造金刚石1，2421，4281，643
　　超硬材料制品用金属粉末51，72959，47668，431
　　随着预合金粉生产的本土化，下游超硬材料制品企业对预合金粉认识将得以逐步提高，且国内同类产品较进口产品有价格优势，可以预期国内预合金粉市场容量将进一步扩大。单质粉末及预合金粉消费量预测
　　单位:吨 2010/2011/2012年
　　超硬材料制品用金属粉末总体消费量51，72959，47668，431
　　单质粉末占比80%60%35%
　　单质粉末消费量41，38335，68623，951
　　预合金粉占比20%40%65%
　　预合金粉消费量10，34623，79044，480