金刚石行业分析报告Word格式文档下载.docx
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单晶、微粉、聚晶是金刚石产业链中的三大产品类别。
静压触媒法是单晶金刚石的主流合成方法。
单晶金刚石的人工合成模拟的是天然金刚石高温高压的生长环境。
静压触媒法是国内外工业生产上应用最为广泛的方法，99%的人造金刚石是用这种方法生产的。
所谓静压触媒法是指在恒定的超高压高温和触媒参与的条件下合成金刚石的方法，即以石墨为原料，以过渡金属或合金做触媒，用液压机产生恒定高压，以直流或交流电产生持续高温，使石墨转化为金刚石，转化条件一般为5~7GPa，1300-1700℃。
机械粉碎法是微粉的主流生产方法。
目前，国内外普遍使用机械粉碎发生产微粉。
其生产过程主要包括破碎、提纯和分级几个步骤，工艺流程如下：
将原料（静压法合成的54μm以粗的单晶）经过球磨粉碎整形、碱处理、水洗、酸处理、水洗、烘干、超声波分散、粒度分级、酸处理、检查一系列工序最后制得金刚石微粉。
烧结法是金刚石聚晶的主流合成方法。
聚晶的生产装备与单晶类似，都是液压机，金刚石微粉与粘结剂（过渡金属及其合金等）形成的混料在高温高压的条件下，烧结形成聚晶。
（2）行业壁垒及企业差异化介绍
原辅材料、合成工艺、合成设备是金刚石人工合成的三大关键环节，共同决定了人造金刚石的单次产量、合成时间、高品级率、转化率，进而影响公司产品的产量、成本、质量。
因此，上述三大环节是决定金刚石生产企业竞争力的核心要素，下面我们将对之进行详细的介绍和分析。
①差异化之一：
工艺
温度压强是最重要的工艺参数。
金刚石的合成可以分为两个过程，一是晶粒的形成，二是晶粒的生长。
晶粒的形成涉及到转化率的问题，晶粒的生长涉及生长速率和晶粒品质的问题。
温度、压强是影响转化率、生长速率和品质的根本因素。
温度压强的匹配以及触媒质量是决定转化率的关键：
金刚石的合成过程是一复杂的相变过程，两种形态的碳结构共存，自由能的不同是两者互相转化的动力，自由能高的会向自由能低的转化。
自由能是压力、温度的函数。
自由能之差是两者转化的动力，要实现转变还必须使得石墨具备足够的活化能以越过两者的势垒，触媒的作用就是降低转化所需要的活化能，因此温度、压力、触媒是决定石墨向金刚石转化效率的核心因素。
要想控制石墨的转化率，相对于某一固定压力，需要一个适当的温度，过高过低都不合适，在一定的压力下，最高产量对应有一个最佳温度。
影响晶粒生长环境，决定形成晶粒品质的核心要素有以下三个：
核心要素一：
选择合适的温度压力，使得晶粒的形成速率和长大速率匹配。
选定适当的温度后，如果压力靠近相平衡线，即压力小，结果是成核少而生长快，所得晶粒少而粗大，如果压力远离相平衡线，即压力大，结果是生长快，成核也多，所得晶粒多而细小，总产量也较高。
核心要素二：
保持温度压力的稳定性。
压力和温度不仅要选择适当，而且要在合成过程中保持稳定，不随时间延长而发生大的波动。
否则，容易产生各种晶格缺陷，甚至中止生长，难以获得粗大、完整、均匀的晶粒。
因此，选择合适的温度压力，保持几十分钟以至更长时间是制取高品级粗粒度金刚石的必要条件。
一颗5mm左右的宝石级晶体，可以在一个星期左右时间内长成。
核心要素三：
合适的升温升压路径。
由于形成晶体需要做功，因此，晶粒的生长状况与升温升压途径密切相关。
目前主要有两种升温升压方法：
一次升压和二次升压。
一次升压的结果是晶粒细、结晶量多，连晶多，强度不高。
二次升压，也叫交替升温升压方式可以生产晶形完整、杂质少的高强度粗粒度金刚石。
②差异化之二：
设备
设备水平是企业核心竞争力之一。
设备的区别主要体现在超高压合成腔体（决定了能够使用的合成块直径）、吨位（由活塞直径决定）的大小不同。
一般情况下，压机吨位越大，合成腔体越大，允许使用的合成棒直径也相应增大。
合成腔体的增大，意味着单次产量和产品质量的提高以及成本下降。
因此，金刚石合成技术的发展历程也就是金刚石合成腔体不断扩大的过程。
数据显示，当腔体直径由38mm增加到72mm，单产由70克拉提高至720克拉，增幅接近10倍；
成本由0.60元/克拉下降至0.20元/克拉，降幅66.67%；
高品级率由17%提高至50%，而高品级产品平均售价是中低品级产品的2倍以上，因此可以推知，腔体直径由38mm增加到72mm时，金刚石产品综合平均售价提高28%以上。
注：
本图中价格为豫金刚石产品价格，其中高品级指SCD40-SCD92型产品，中等品级指SCD10-SCD30型产品，低品级指SCD10以下产品。
国内外设备差异化——两面顶与六面顶的对比：
国内主要采用六面顶压机，国外主要采用两面顶压机。
金刚石生产设备主要是压机，主流的有两种，一是两面顶压机，欧美国家主要采用这种设备，优点是腔体大、压力稳定性好（温度场与压力场相对比较稳定）、产量高、合成产品品级高（适合长时间生长大单晶）等，缺点是控制技术要求高，合成时辅助时间长，生产节拍慢，合成成本较高；
另一种是六面顶压机，目前我国5000台左右的压机中，98%是此类型，优点是超高压模具结构简单、价廉、生产操作简单、压机工艺参数容易控制、生产节拍快，比较适合我国国情，缺点是腔体体积较小，压力参数可控性差。
国内企业设备差异化——合成腔体大小不同。
国内基本采用的都是六面顶压机，主要区别在活塞直径及合成腔体不同。
一般而言，活塞直径越大，合成腔体越大；
在同一活塞直径下，由于设备的设计工艺不同，合成腔体直径也会有差异，进而影响合成单产。
目前中南钻石、黄河旋风、豫金刚石三家国内单晶生产龙头的主流压机直径已经逐步过渡到560以上，其中以豫金刚石设备最优，压机全部为650以上，自主研发的1000的压机更是国内最大且独有。
国内其余企业在规模及压机水平上与上述三大企业存在较大差距，400及以下的压机依然占较大的数量。
企业产能增长路径——原有压机的技改+新购置压机。
对于同一缸径的压机，可以通过技术改造扩大合成腔体的大小，从而对产能增长有明显拉动。
如下表所示，对于缸径500mm的压机，合成腔体直径由39mm提高到42mm，产量提高了16%。
根据豫金刚石公告，公司目前HJ-650压机的合成腔直径为45~51mm，正在进行55mm合成腔体的技术改造和生产试验，力争提高产量30%以上。
另一方面，产能增长的另一更直接的路径是新购置压机，目前，HJ-650压机的售价在100万元以内，相对于两大上市企业目前超过1个亿的净利润而言，新购设备不存在明显的资金压力。
总之，我们认为，一旦技术工艺实现突破，产能的外延扩张将会很快，而由于单产提高带来的成本下降，设备工艺领先企业的规模扩张将会对小企业有明显的挤出效应，龙头企业的市场份额将会迅速扩大。
③差异化之三：
原辅材料
合成棒的成分配比以及整个合成块的结构形状和组装方式对金刚石合成过程以及产量和质量均有重大影响。
因此，合成棒和合成块的设计和组装是金刚石合成技术的重要组成部分。
举个例子，实验数据显示，当采用传统的片状石墨时，合成转化率只有20%左右，这也是行业内目前普遍的水平，但是如果采用粉状石墨，转化率明显提高，达到50%~60%。
另一方面，合金触媒的成分和形态改进对合成产量和质量也有显著的影响。
综合而言，原辅材料的差异化主要体现在：
石墨形态、合金触媒的成分和形态、合成棒及合成块组装方式等，而这些工艺细节都是需要专业的技术专家以及长期的生产实践才能逐渐摸索和改进的。
二、金刚石产业链各环节市场空间预测
1、简述及预测结果列示
替代进程综述及预测：
综合而言，目前单晶制品领域（磨具、锯切工具）的替代较为充分，主要是由于单晶合成产业发展较早，单晶价格从20世纪初至今跌幅40%以上，价格的下跌促进了替代的进行。
而聚晶领域则不同，尤其是刀具领域，复合片的生产目前主要还是国外几大巨头控制，价格长期处于高位，该领域的生产壁垒较高，市场垄断的打破相对更加困难，产品价格因此相对坚挺。
目前，钻头领域70%左右的是金刚石钻头，刀具领域国内则只有25%左右的是金刚石刀具。
我们认为，目前时点，替代并未进入加速期。
真正的替代加速发展期应该是国内生产技术发展成熟，国内生产规模迅速扩大，国内产品大举替代国外产品之时。
而目前，除了龙头企业四方达已经有大批量替代的潜力外，国内其余生产企业在石油片、刀具片，尤其是高端产品的生产方面还没有看到蓬勃发展的迹象。
因此，我们认为，未来两年金刚石钻头和刀具在钻头与工具领域的整体比例提升可能较为缓慢，但替代是长期的大趋势，这是毋庸置疑的。
基于上述判断，我们在做市场空间预测时，单晶制品的空间扩大主要是下游行业需求的增长，并未考虑其进一步的替代；
聚晶制品领域，比例提升假设相对较为保守。
目前，金刚石产业链中，上市公司涉及的主要业务产品包括：
制品、聚晶复合片、单晶、微粉、预合金结合剂。
A股上市公司的业务覆盖如下表所示。
2、单晶制品市场空间预测
磨具和锯切工具是主要的两种金刚石单晶制品，由于磨削和切削效率高，相对成本低，对传统的碳化硅和刚玉工具具有显著的替代效应。
在单晶制品制造的上游原料生产环节中，金刚石生产企业覆盖的业务领域主要有两：
单晶金刚石的人工合成、预合金结合剂的生产。
（1）金刚石（立方氮化硼）磨具
磨具是金刚石发展最早的应用领域，根据结合剂不同分为两种：
金属结合剂金刚石磨具、树脂磨具，树脂磨具目前的占比达到60%左右。
结构：
金刚石磨具由基体、过渡层、工作层构成，如下图所示。
主要原料包括作为磨料的金刚石，作为粘结剂的金属粉末以及作为基体的钢或者铜。
国内市场空间测算——2011年100亿元，2012、2013年增速分别为10%、15%
磨具主要应用于硬质合金、合金工具钢、陶瓷、玻璃等非金属硬脆材料的磨削。
涉及到的主要下游行业有电子、汽车、家电及刀具的加工和修整等。
在上述领域中，由于其显著的性能优越性和成本经济性，金刚石磨具对传统碳化硅磨具的取代是行业公认的大势所趋，且在大多数领域中已经占据了绝大多数的市场份额。
因此，我们认为未来金刚石磨具市场空间的扩大主要源自下游行业的增长。
2006年，我国电子、汽车、家电等行业高效超硬精密磨具的市场需求约40亿元，用于加工各类刀具的超硬材料磨具的市场需求约6亿元，用于整修砂轮的金刚石滚轮的市场需求约5亿元。
综合而言，2006年，我国金刚石磨具的市场规模50亿元左右。
据此，我们推测2011年国内金刚石磨具市场的规模大约为100亿元，测算逻辑如下表所示。
关于未来增速方面，主要几大下游行业中，冰箱、空调2012、2013年增速预计在0%、10%左右，汽车行业2011年比较惨淡，2012、2013年会有好转，预计2012年增速5%-10%之间，2013年增速10%-15%之间，集成电路产量2012、2013年增速预计15%~20%之间。
根据下游产业发展情况，我们预计2012、2013年金刚石磨具市场规模增速分别为10%、15%。
（2）金刚石锯切工具
锯切工具是目前金刚石最大的应用领域。
石材工业中天然石材的开采及加工，建筑工业中例如旧建筑物改造时墙面或楼板的切割、道路及机场等现代化建筑设施的施工。
另外，半导体硅的切断和切片、光学玻璃、陶瓷等非金属材料的切割等都离不开金刚石锯切工具。
其中，最具有代表性的是石材工业和建筑工业。
根据我国超硬材料协会调查资料显示，我国石材加工类金刚石制品约占制品总用量的55.8%，其中金刚石锯片占85%，也就是说金刚石石材锯片占整个金刚石制品的比例高达47.4%。
国内市场空间测算——2011年市场规模约200亿元，2012、2013年增速12%、8%
2006年，我国锯切工具市场需求约为100亿元。
根据主要应用领域石材的产量变化情况，2011年国内金刚石锯切工具的市场空间约为200亿元。
增速方面，考虑到大概率的建筑业增速持续下滑，预计大理石产量2012、2013年增速约为20%、15%，花岗石产量2012、2013年增速约为10%、5%，结合两者权重，我们预测2012、2013年国内金刚石锯切工具市场规模增速为12%、8%。
3、单晶制品对应的单晶市场空间预测
2011年国内单晶金刚石需求量94亿克拉左右，预计2012、2013年增速11.33%、10.33%。
根据单晶制品企业的毛利率及成本中金刚石单晶原材料占比可以推算出由单晶制品需求直接带来的金刚石单晶市场空间。
博深工具是目前金刚石制品行业A股唯一一家上市公司，其金刚石工具主要是单晶制品，因此，我们以其盈利数据为基准进行预测。
4、预合金结合剂简介及市场空间预测
金属粉末在金属结合剂磨具和锯切工具中主要起着粘结作用，经过配混料、成型和烧结过程，金刚石磨料通过金属而粘结在一起，固结成为具有一定形状和性能的工作层。
金属粉末在制品中的重要性往往并不亚于金刚石磨料。
根据起始成分的不同，金属结合剂分为两种，一是由单质金属按比例混合作为结合剂；
二是使用金属合金粉末直接作为结合剂。
预合金粉是粘结剂的未来发展方向。
早期的粘结剂主要由单质金属机械混合而成，存在诸多缺点：
1）各组分金属容易被氧化，进而影响整体质量；
2）烧结过程复杂，对工艺要求高；
3）烧结时间长，电耗严重等。
而采用预合金结合剂能够克服上述缺点。
目前，国外使用已经相当普遍，国内虽然自1993年开始就有专家提倡使用预合金粉，但由于制备工艺及价格和应用技术等方面的限制，一直未得到广泛推广。
近几年，随着市场需求的增长给企业带来的研发和生产动力以及应用技术的突破，国内预合金粘结剂的使用量快速增长。
考虑到目前不到20%的占比，预合金粘结剂存在广阔的替代空间。
单晶生产企业在预合金结合剂生产领域具有得天独厚的优势。
目前，预合金结合剂是黄河旋风最近的增发项目之一，我们认为单晶生产企业在预合金结合剂生产领域具备两方面的得天独厚的优势：
一、研发生产：
结合剂对制品性能的影响不亚于金刚石，金刚石必须和结合剂相互匹配才能充分发挥制品的作用。
粒度、晶形、强度等品质不同的金刚石对结合剂的要求也不同。
因此，我们认为，单晶生产企业由于具备长期的单晶合成经验，对单晶金刚石性能的把握利于其在结合剂研发方面取得突破；
二、销售：
金刚石和结合剂都是生产制品的原料，因此，两者客户重叠，不需要另外开辟销售渠道。
同时，我们认为未来制品生产企业向同一供应商配套采购金刚石和结合剂将会是行业的发展趋势。
预合金粉末市场空间预测——2011消费量13818吨，2012、2013年增速分别为122.66%、65.50%。
由单晶制品（主要是磨具、锯片）的结构及生产工艺可知，金属粉末结合剂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基本是正比关系。
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，据此我们对预合金粉末市场空间进行预测。
5、聚晶制品市场空间预测
钻进工具和刀具是金刚石聚晶的两大主要制品。
聚晶复合片的结构及组分如下图所示。
金刚石聚晶与硬质合金：
替代+共生。
由于金刚石固有的超硬性质，由其制成的制品与传统硬质合金制品相比，性能具有明显的优越性，替代效应也正因此而生。
但是，所谓的替代是金刚石聚晶制品对硬质合金制品的替代，并不等同于金刚石聚晶对硬质合金的替代。
这是由于正如上图聚晶复合片结构图所示，复合片的构成很大一部分是硬质合金底层，同时聚晶的生产原料中，合金是必不可少的结合剂。
由于金刚石的卓越性能，只需复合片表面的一层金刚石聚晶便可以达到很好的效果，因此金刚石聚晶制品对硬质合金制品的替代过程中，金刚石聚晶并不会完全挤占硬质合金的市场空间。
反向理解，这也为替代进程减少了过多的阻力，金刚石聚晶市场规模的扩大过程中，并不会受到硬质合金企业你死我活的阻碍。
（1）金刚石钻进工具
金刚石制品在钻探领域的应用主要得益于聚晶复合片生产的突破和发展。
与传统的钢砂钻和合金钻相比，金刚石钻头的钻进效率高，成本低。
特别是在传统钻头难以钻进的中硬和硬岩层（10级以上），钻进速度可提高50%~90%，甚至更高。
在钻进油井与煤气井时，与硬质合金牙轮钻相比，经济性体现明显，平均进尺比牙轮钻提高80%左右，每米成本降低30%左右。
钻头市场空间预测1——石油地质钻头市场空间预测：
2011国内33亿元，全球597亿元，2012、2013年增速5%左右。
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30亿元，石油产量与消耗得石油地质钻头量近似成正比（当然，考虑到不同地层对钻头的消耗不同，两者并非绝对的正比关系，此处做近似处理），根据此逻辑，我们对石油地质钻头的市场空间预测如下表所示。
预计2012、2013年国内、全球原油产量增速基本在2%以内，单从这个方面看，石油地质钻头行业也基本没有增长。
但是，另一方面，世界范围内，石油开采的单井产量逐年下降，也就是说吨原油所消耗的钻头数量逐年上升，我们预计石油钻头市场未来两年的增长5%左右。
钻头市场空间预测2——矿山开采钻头市场空间预测：
2011年国内350亿元，2012、2013年增速10%左右，全球707亿元，2012、2013年增速5%左右。
根据FinancialMailInnovation的市场调研，2006年，全球矿山用钻头的市场空间588亿元。
假设忽略各地区地质差异，钻头消耗量与原煤产量应该近似成正比关系，则根据世界及中国原煤产量情况，我们推测2011年全球矿山开采钻头消耗量707亿元左右，2012、2013年增速5%左右，国内350亿元左右，2012、2013年增速10%左右。
金刚石钻头市场空间预测——预计2011、2012、2013年全球金刚石钻头市场空间分别为912.8亿元、1026.75亿元、1150.4亿元。
聚晶金刚石生产的突破加速了金刚石钻头对传统硬质合金钻头的取代进程。
目前，在全世界地质钻头和石油钻头钻探总量中，金刚石钻头工作量约占70%左右，我们预计明后年将达到75%、80%。
（2）金刚石刀具（包括PCBN刀具）
——2011~2013年国内市场空间62.5亿元、91亿元、132亿元，平均复合增长率45.33%。
切削刀具是聚晶金刚石最先被成功应用的领域，用来加工铜、铝等非铁金属及其合金、硬质合金、陶瓷等非金属材料以及木材等。
目前，用途较广泛的是用PCD刀具加工极其耐磨的过共晶硅铝合金汽缸活塞，与硬质合金刀具相比，切削速度快，耐用度是前者的100倍，并能断续切削加工。
另外用PCD车刀车削加工钛合金（Ti-6Al-4V）时，PCD刀具的耐用度是硬质合金刀具的1850倍。
木材加工领域，由于合成木材都很耐磨，另外碎纸胶合板、塑料贴面板都有一定的磨蚀性，因此用合金钢或硬质合金刀具加工都十分困难。
PCD刀具可以替代硬质合金刀具，切削速度大幅提高，刀具寿命延长数百倍，从而提高生产效率、降低成本，同时又改善了加工质量。
刀具领域替代逻辑分析及替代进程判断
替代空间巨大。
目前我国刀具市场中，硬质合金刀具与金刚石刀具所占比例各为25%左右，其余为高速钢刀具。
考虑到巨大的替代空间，我们对刀具领域超硬材料刀具替代硬质合金刀具、高速钢刀具的逻辑进行详细分析，并对替代进程给出大致的判断。
替代逻辑：
性价比博弈。
很显然，理性客户是利益导向型的，性价比高低是客户决定选用金刚石刀具还是硬质合金刀具的核心标准。
金刚石刀具贵但是使用寿命长，每个刀具所加工的部件数量远超硬质合金刀具，且由于更换次数少带来的更换费用也大幅降低。
以美国RochforodDynatog公司选用两种不同刀具对粉末铜合金制离合器壳的加工所耗费的成本数据为例，车削加工时，金刚石刀具的寿命是硬质合金刀具寿命的66倍，加工成本方面，车削加工时，前者比后者低43%，镗削加工时低达92%。
当然，各个不同的应用领域中，两者的价格比例和寿命比例可能各不相同，这也是不同领域中，客户接受度和替代进程不同的根本原因。
在此，由于涉及到的应用领域很多，且不同型号的刀具价格差异也很大，因此，我们无法对每一细分领域的替代做准确的说明。
但是，长期来看，金刚石刀具对硬质合金刀具的替代趋势是毋庸置疑的。
我们的理由如下：
A、国产化比例提高利于金刚石刀具价格下降，从而推动替代加速进行。
目前，无论是聚晶复合片还是金刚石刀具制品的生产都是以国外几大巨头为主导，国内生产能力还较弱。
近几年随着四方达、博深工具等企业的生产突破，有望逐步实现进口替代，国内企业产品的定价一般比进口产品便宜20%~30%，价格的降低将会推动金刚石刀具替代进行的加速进行。
B、替代的根本动力是价格博弈，从两者的降价空间来看，金刚石刀具的降价空间远超硬质合金工具。
以博深工具的经营数据为例，金刚石工具的毛利率高出硬质合金工具15%以上。
因此，金刚石刀具的让利空间更大，一旦行业不景气，两者价格战升级，金刚石刀具的胜算无疑更大。
替代进程判断：
现阶段，由于金属切削工具行业整体比较景气，两者处于共同快速发展期，竞争替代关系并不明显，我们认为在行业整体高景气度下，替代进程并不会有明显快速的推进，相对比较缓慢。
一旦刀具行业不景气，金刚石刀具行业将可以通过部分让利降价蚕食硬质合金刀具的市场，因此，我们认为，金刚石刀具行业将可以保持相对较长的景气周期。
预计未来两年，我国金刚石工具的比例分别为26%、27%。
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刀具市场达到40亿元，2011年预计在60亿元左右。
考虑到刀具行业整体发展以及超硬材料刀具对传统刀具的替代，预计未来两年国内PCD/PCBN刀具市场规模增速在45%以上。
与国外市场相比，我国PCD/PCBN刀具市场规模还很小。
全球超硬材料市场份额主要被世界几大聚晶金刚石复合超硬生产商瓜分，其中元素六占全球市场的49%、DI占22%、韩国日进占9%、日本住友占5%，MegaDiamond占4%。
2007年，全球PCD刀具市场容量约416亿元。
（3）金刚石拉丝模
——受制于成本，容量较为有限，2010年全球12亿元。
PCD拉丝模的
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