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　　超硬材料行业发展规划之（一）：“十二五”期间超硬材料行业取得的主要成就（点击阅读）
　　2 发展形势与环境
　　在完全独立自主基础上发展起来的中国超硬材料行业，利用具有完全自主知识产权的技术与工艺生产的各种各类超硬材料产品，一路高歌猛进，在世界已形成无可撼动的大国地位，特别是在各类应用领域的粗加工及一般加工工具方面已形成强国地位，可以说中国超硬材料行业在世界上享有盛誉。
　　但由于应用超硬材料工具的高端工作母机多受制于发达国家，超硬材料制品所需原材料也受国内配套工业领域材料精细度不够的制约，加之发达国家对我国的技术封锁、贸易歧视与壁垒限制，在高端工作母机配套工具、精密精细材料及加工工具方面，我国处于相对被动地位，产品与随工作母机带进口的高端工具存在较大差距。我们只能跟踪研发并不断取而代之。

　　2.1 全球产品竞争格局
　　中国基本主导着全球超硬材料市场，享有较充分话语权。中国人造金刚石销量“十二五”期间即占世界市场的90%以上，立方氮化硼占世界市场的70%。从单晶本身的质量指标上也与发达国家产品持平或更高，多年以来均是如此，可以说中国超硬材料为世界制造业的发展做出了突出贡献，也可以说中国超硬材料在世界享有盛誉。已把发达国家的同类产品挤压到特殊要求的小市场范畴，这是值得我们骄傲之处。但我们也清楚地看到小市场因要求特殊，产品单价往往很高，附加值很高，可谓高端市场，该市场依然被英国的元素六公司（Element Six）、山特维克设在美国的合锐公司（Hyperion）、韩国的日进公司（Iljin）所垄断，甚至包括中国的高端市场也被这三家公司所垄断，数量虽然不大，近年来进口量却在持续缓慢增长，他们的单价往往是我们的3到5倍，强者形象业内尽知。总而言之，中国占据了量大面广的大市场，但产品细分不够，精尖专特、高附加值小市场被发达国家占据。
　　复合超硬材料除以上三公司外，还要加上美国合成公司（US Synthtic）、Mega、日本住友公司等。中国油气钻井用复合超硬材料PDC的品质同国外高端产品不相上下，在国际市场也已获得认可，但在高端钻头应用上，比如4000米以上深层油气定向井与水平井勘探用钻头，所占有的份额仍然较少。原因之一是，试用成本巨大，钻头制造商大多不愿主动采用替代品。说明对我国高端复合超硬材料品牌的信心仍然不足。精密金属切削刀具用PCD、PCBN坯料，加之精细拉丝模用单晶及聚晶坯料，与发达国家产品差距更大，即使国内市场多数用的也是上述公司进口产品。
　　超硬材料制品因应用于国计民生的各个领域，其门类及规格品种繁多。按照其功能及消耗量多寡大致可划分为：锯切和钻进类工具，磨削切割类工具，精密切削刀具，拉丝模具，声光电热等功能性零部件。
　　我国超硬材料制品中占首位的锯切和钻进类工具属世界一流水平的产品，该类产品国际化经营迈开了实质性步伐，打破了仅发达国家在中国设厂办公司的先例，我们也在发达国家建立了营销网络、办公司设厂、甚至建立了研发中心，真正做到了你中有我我中有你的竞争格局并取得了前所未有的丰硕成果。该类产品均为金属结合剂工具，约占超硬磨料制品总产值的60%～70%，“十二五”期间技术上进一步采用了预合金粉末、胎体中加入稀土金属、单层钎焊、金刚石在胎体中有序甚至定向排列、基体结构创新等新技术，工艺上创新出节能降耗高效生产的升级新工艺，生产出诸多高附加值、高性能新产品，水平达到甚至超越了世界先进水平，大大改善了行业产品结构、提高了效益、拓展了国际市场。但产品细分不够，诸如像抢险救灾、高速高效破拆危桥、水底沉船切割打捞等专、特用工具方面与发达国家有较大差距。
　　我国超硬材料制品中占第二位的磨削切割类工具属世界二流水平的产品，约占超硬磨料制品总产值的15%左右（增长趋势明显，未来占比会逐步扩大），以125 m/s及以上的高速、高精、高效陶瓷CBN砂轮，高精度端面磨盘，超精、超薄IC及IT业用微切割砂轮为代表的高新技术产品，质量水平及应用面得到了大幅拓展，水平达到或接近世界先进水平，不仅进入了高精加工领域的生产线，而且以更高的性能价格比越来越多、越来越快地替代着进口产品并开始销往国际市场，有效推动了行业产品结构调整。
　　世界一流水平的高端磨削切割类工具制造技术仍被日本、德国、奥地利等少数工业发达国家所垄断。国外超硬磨具已进入超高速化、高效化、精密化、绿色化的发展阶段。高性能的磨切工具需要先进的制造、检测装备来保障其性能、质量稳定性。随着高端、高性能磨切工具制品的发展，国外制造、检测设备的发展趋势为自动化、智能化、节能化。简述如下：
　　（1）超高速化方面。国外已在基体轻量化、磨料排布、结合剂改性、安全性能检测等方面开展了研究工作。例如，奥地利的泰利莱（TYROLIT）公司，以降低高速磨削时的离心力为目标，开发了砂轮轻量化制造技术，研制出了以碳纤维增强复合材料(CFRP)为基体的轻质、高强CBN磨具，并在磨削线速度200 m/s的生产条件下得到应用；德国的温特（WINTER）公司采用磨料定向排布技术，提高了磨料参与磨削的数量，从而提高工作层的锋利度；日本通过加入金属氧化物对陶瓷结合剂进行改性，制备的高强度陶瓷结合剂已成功应用于速度300 m/s的CBN 砂轮中；欧盟、美国等发达国家非常重视超硬磨具安全性能检测技术的研究，制订了强制性的安全标准（EN 13236︰2010超硬材料砂轮安全性能要求）。
　　目前国内在超高速方面研究基础还很差，基体轻量化是超高速的基本条件，该方面的研究国内刚起步，200 m/s的使用速度还停留在实验室阶段（国内还没有该类高速磨床），未在生产中实际应用，仅有少数应用磨削速度达到160 m/s，大部分为100～125 m/s。
　　（2）高效化方面。国外一方面通过大幅度提高砂轮的磨削能力，满足大余量或高进给速率的磨削加工，实现高效加工。如CNC工具开主槽砂轮采用树脂/金属复合结合剂，切深3～4 mm，进给速度可达100 mm/min。电子QFN封装（Quad Flat No-lead Package，方形扁平无引脚封装）的高效切割，采用直径为58 mm的整体型树脂超薄切割砂轮，切割进给速度可达60～80 mm/min。
　　另一方面，通过砂轮的自锐能力和寿命等性能的综合平衡，实现生产过程的免修整加工，减少非生产加工时间，实现高效加工。如LED外延片背面减薄砂轮，通过采用高自锐性结合剂，实现了加工过程中免修整，节约了大量的非磨削加工时间，提高了效率（该类砂轮国内已开发成功并开始供应市场）；硬质合金无心磨砂轮，采用高自锐性配方设计，实现了除上机修整之外的全加工过程免修整，同样节约了非加工时间；以及采用陶瓷CBN端面砂轮实现连杆双端面磨削的免修整加工等。这些在国外均已是工业化技术。
　　国内一直在跟踪国外发展，哪个领域的哪个品种被国内产品替代，国外即推出更高端的产品。高端应用以国外产品为主的局面没有大的改观。
　　（3）精密化方面。一是国内外砂轮本身的精度差距还较大，如国外1A1R基体型超薄切割砂轮对称度达到0.01mm以内，可以满足高精度成组切割要求，而国内尚无有效解决该问题的加工设备和加工技术，目前批量加工的产品对称度为0.02 mm。厚度0.05 mm整体型超薄切割砂轮的批量加工，国内目前仅可小批量试制。
　　二是砂轮加工工件精度的精密化、超精密化差距更大，8000#～36000#的砂轮国内基本无产品供应市场，以进口为主。再如国外采用5000#及更细粒度的金刚石砂轮实现PCD、PCBN刀具刃口的无崩口精密磨削，目前市场上主要有日本Ashia和奥地利TYROLIT，国内仅能在低端领域应用，与进口砂轮在磨削能力和磨削刃口质量上还存在很大的差距；轴承沟道超精研所使用的5000#以细陶瓷CBN油石，国内市场主要是日本产品所占据，国内尚不具备微粒CBN超精油石的制备技术；亚微米甚至纳米级磨粒粒度砂轮的超精密加工用平面磨削砂轮，国内目前仅处于技术探索预研阶段。该类问题除了本行业自身制造技术不过关外，配套行业结合剂原料精细化不够也是重要因素之一，市售结合剂原料粒度比磨料粒度还粗。
　　（4）绿色化方面。一些工业发达国家已开展了磨具制造和磨削应用绿色化研究工作。如在磨具应用绿色化方面，德国的万特（WENDT）公司通过开发超精密固结磨具，替代传统游离磨粒加工，实现了“以磨代抛”的高效、超精密、绿色化加工，大大提高了材料去除率，同时避免了由于加工废液带来的环境危害。
　　使用超硬磨具替代普通磨具，实现诸如干式磨削、消除加工粉尘、减少磨削残渣等改善加工环境，目前国内也在大力推进。具有典型代表的有在发动机壳体去毛刺工序，通过使用电镀超硬砂轮替代普通树脂砂轮，不仅实现了高效加工，同时由于电镀超硬磨具无磨削残渣粉尘，大大改善了加工环境。但这仅是少数应用的点，而不是形成一定规模应用的面，替代发展空间巨大。
　　（5）自动化与智能化方面。国外生产设备的自动化程度高，自动称料、成型、装卸模、转运较多，在线检测应用较多，也有生产过程数据采集系统，实现生产过程智能化相对容易很多。国内有金刚石锯片生产商多年来引进国外的高自动化水平的冷压、激光焊接等高端装备（目前国内已开发出该类高端装备，与国外同种装备差别不大，已在部分企业开始应用并堵住了进口，但其长期使用的可靠性及稳定性尚需验证），超硬刀具生产商引进国外高端磨床呈自动化，未来5年该两类产品部分实现智能化生产的基础较好；超硬磨具及其他产品制造基本处于半自动加手工生产状态，自动化尚未完全实现，智能化基本没有起步。少数企业已开始筹备超硬材料刀具、超硬材料工具用金属粉末的3D打印车间。
　　其他类制品，如石油与天然气钻探工具，机械加工用精密PCD、PCBN原料及切削刀具，电线电缆和筛网行业用高耐磨高精金刚石拉丝模等，高端市场基本以发达国家产品为主，国内产品逐步替代。如高硬度复杂地层的勘探与钻井、海上油气田的钻井正在逐步采用国产PDC复合片及钻头，高速高效高精轿车零部件车削大部分（约占85%）已采用国产PCD、PCBN切削刀具（但原料以进口为主），高温高压及CVD金刚石拉丝模芯已开始大面积推广，等等。

　　2.2 行业产品发展的机遇与挑战
　　美国工业再造、德国工业4.0、中国制造2025等全球实行的大战略，倡导绿色环保、智能制造的全新环境，为超硬材料这种绿色环保型基础材料与高精高效工具创造了新一轮的重要战略机遇期。我们必须抓住机遇、迎接挑战、赢得战略主动，构筑及增强竞争优势，实现未来发展，力争在2020年原有优势领域地位得到进一步加强，原二流水平产品基本达到世界先进水平。

　　2.2.1 机遇方面
　　（1）国家政策方面重点支持，《“十二五”国家战略性新兴产业发展规划》在“重点发展方向和主要任务”中就已明确指出：“要大力发展新型功能材料，积极发展超硬材料及制品”。奠定了未来发展的良好政策基础。国家“十三五”规划建议中仍将新材料作为重点支持领域之一，超硬材料作为新材料的一部分当然也在重点支持之列，而且超硬材料行业服务的装备制造业等领域也在重点支持之列。如该建议指出：加快建设制造强国，实施《中国制造二〇二五》，实施智能制造工程，构建新型制造体系，促进新一代信息通信技术、高档数控机床和机器人、航空航天装备、海洋工程装备及高技术船舶、先进轨道交通装备、节能与新能源汽车、电力装备、农机装备、新材料、生物医药及高性能医疗器械等产业发展壮大。本行业及其服务领域的未来发展均已提升到国家层面，不仅会受到政策的大力支持，而且会有广阔的市场空间。
　　（2）“十三五”期间国家对内将拓展基础设施建设空间，实施重大公共设施和基础设施工程，加快完善水利、铁路、公路、水运、民航、通用航空、管道、邮政等基础设施网络；对外推进“一带一路”建设，推进基础设施互联互通和国际大通道建设。国内外的基础设施建设将需求大量建材，从而带动建材加工及基础设施工程用金刚石工具的大发展。
　　（3）高端数控机床等装备领域的发展，已充分认识到包括功能部件与工具在内的体系发展重要性。没有高端工具的配套，高端机床就难以发挥效益。机床向高速高效高精密方向发展，势必带动磨具刀具同向发展。我们要鼓励和引导企业自主创新，紧跟制造业发展步伐，抓住发展机遇；提升产品性能，突出差异化，加强细分专精尖特产品开发、提高产品附加值；以产品系列化、成套化、提供完整磨削解决方案的优势增强行业产品的竞争力。
　　（4）党的十八届五中全会强调，实现“十三五”时期发展目标，破解发展难题，厚植发展优势，必须牢固树立并切实贯彻创新、协调、绿色、开放、共享的发展理念。创新是引领发展的第一动力；协调是持续健康发展要求；绿色是永续发展的必要条件和人民对美好生活追求的重要体现；开放是国家繁荣发展的必由之路；共享是中国特色社会主义的本质要求。坚持绿色发展，着力改善生态环境。支持绿色清洁生产，推进传统制造业绿色改造，推动建立绿色低碳循环发展产业体系，鼓励企业工艺技术装备更新改造。
　　超硬材料及其各种各类制品是绿色环保、高速高效高精类产品，是替代高耗能、重污染、资源性的传统切磨抛工具的绝佳选择，也是无可替代的长寿命工具（亦称半永久性工具），是各类制造业自动化智能化生产发展的必选工具与强力支撑，“十三五”期间及更长时期内必将得到迅猛发展。
　　（5）我国超硬材料类产品基本达到或接近世界先进水平，具有价格低、性价比高的突出特点，可用于绝大多数高要求加工场合。随着加工业降本压力增大、降本需求强烈的大环境出现，中高档产品需求上升趋势明显，结构调整日益突出地成为企业发展的主题，大力发展中高端产品的机遇已经到来。

　　2.2.2 挑战方面
　　总体来说，发达国家同行的优势是：基础研究扎实超前，高端制造装备领先，制造工艺技术精细，社会配套材料及零部件水平高，易鼓动政府设置贸易壁垒（如建立市场准入标准、反倾销等），国际营销网络完善，服务到位，等等。
　　我们自身的主要问题概述如下：
　　（1）中高档产品竞争力薄弱。金刚石进口持续增长，各类制品进口居高不下。进出口产品单价比最小值为2，最大值高达20。精密磨具与刀具不仅国际高端市场难以切入，而且国内高端市场也以发达国家高档产品为主。
　　（2）产品专用化程度和精细化程度不够。超硬材料单晶按用途细分专用程度差别很大，多以材料本身性能分级，少有按精细专业用途分级；与国外高端产品比，除锯切钻进工具外，磨具与刀具类工具粗加工和半精加工水平尚可，精加工则差别较大。
　　（3）中低端产品产能过剩、同质化严重、竞争日趋激烈、价格不断下降；国际营销网络不完善，拓展国际空间效率与利润低下；而物价持续上涨，人工成本持续上升。企业盈利能力受到严重挤压。
　　（4）产品应用实验室欠缺或不够完善，既影响新品开发周期，又难以掌握产品的性能参数，导致市场开发事倍功半。
　　（5）基础共性技术研究落后，产品研究难有突破性进展；前沿技术研究不够，创新及未来可持续发展动力不足。
　　（6）创新能力不足，高级人才匮乏。我国二流水平产品的创新基本是跟着国际高端产品跑，少有世界独有的、真正意义上的创新；高端人才本就很少，但现有用人机制难以让其全身心投入创新工作。当然我行业的创新能力也受到少有国产高端机床配套的制约和配套基础材料不佳的制约。

　　超硬材料行业发展规划之（三）：指导思想与目标（点击阅读）