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(1)金刚石微粉定义与分类:金刚石微粉通常是指粒径细于54微米的金刚石颗粒,金刚石的化学成分为碳,是自然界中最坚硬的物质。
根据原材料来源不同,可分为天然金刚石微粉和人造金刚石微粉。根据原材料金刚石强度高低差异,可分为高强度金刚石微粉和低强度金刚石微粉。前者是采用高强度金刚石为原材料生产的微粉,微粉单颗粒强度高、内部杂质含量低、磁性低;后者以低强度金刚石为原材料,产品自锐性好。
根据金刚石晶体结构不同,金刚石微粉可以分为单晶金刚石微粉和多晶金刚石微粉。单晶金刚石微粉是由人造金刚石单晶经过破碎、整形处理,采用超硬材料特殊工艺方法生产而成,其颗粒保留了单晶金刚石的单晶体特性,具有解理面,受到外力冲击的时候优先沿解理面碎裂,露出新的“刃口”。多晶金刚石微粉是利用定向爆破法由石墨制得,其颗粒由金刚石晶粒通过不饱和键结合而成,内部各向同性无解理面,具有很高的韧性。
中金企信国际咨询公布的《2022-2028年中国金刚石微粉市场研究及投资建议预测报告》
(2)金刚石微粉的应用领域:金刚石的强度高耐磨性好,摩氏硬度10,显微硬度10000kg/mm2,显微硬度比石英高1000倍,比刚玉高150倍。因此金刚石微粉作为一种超硬磨料,具有其他产品无可比拟的研磨能力,日益受到各工业发达国家的高度重视。
金刚石微粉的应用主要包括两个方面,一是利用人造金刚石超硬、耐磨、抗腐蚀的力学特性,可制作磨、削、切、割等各类金刚石工具,终端应用领域于清洁能源、消费电子、半导体、陶瓷石材、油气开采、地质钻探、机械加工等领域;二是利用人造金刚石在光、电、声、磁、热等方面的特殊性能,作为重要的功能性材料,应用于航空航天、国防军工、生物医药等高科技领域。
(3)金刚石微粉在产业链中所处位置:金刚石微粉是下游金刚石工具制造和硬脆材料加工的核心基础材料,产业链由上游原材料供应商、中游生产制造商以及下游应用领域组成。上游原材料主要包括人造金刚石单晶,下游应用领域广泛。
金刚石微粉产业链分析
下游行业发展现状:
1、光伏行业发展带动金刚石微粉需求大幅增长:金刚石线锯切割技术作为近几年出现的新型切割技术,相比于碳化硅砂浆切割技术具有切割速度快、效率高、成本低、环境污染少等巨大优势。硅棒和硅片切割是硅片生产环节的主要工序,金刚石线锯切割技术可用于硅棒截断、硅锭开方、硅片切割,其技术性能直接影响硅片的质量及光伏组件的制造成本,是光伏企业“降本增效”的核心技术环节。从2009年开始,金刚石线锯切割技术被引入到光伏硅材料切割领域,2017年金刚石线锯切割技术全面取代碳化硅砂浆切割技术广泛应用于光伏单晶硅、多晶硅材料切割领域,金刚石线锯市场呈现爆发式增长态势,金刚石微粉市场需求大幅增长。
进入二十一世纪以来,国家对光伏产业给予大力支持,使得我国的太阳能行业开始蓬勃发展。截至2020年年底,我国光伏累计装机量连续六年居全球首位,光伏产业保持增长势头。2020年,我国光伏新增装机规模48.2GW,累计装机规模已达253GW。中国光伏行业协会数据显示,中国光伏硅片产量由2016年的64.8GW增长至2021年的227GW,年均复合增长率超过20%。
2016-2021年中国光伏硅片产量分析
数据统计:中金企信国际咨询
太阳能光伏行业中的硅基电池切片、硅棒开方、硅棒截断等领域离不开金刚石线锯,而金刚石微粉是生产金刚石线锯的核心材料。在太阳能光伏行业,用金刚石微粉替代碳化硅,可有效提升切割效率、降低切割损耗,延长使用寿命,切割出精度高、质量好的硅片。2020年下半年以来,多个主流光伏企业发布扩产计划,随着金刚石线的需求量不断提升,将进一步激发金刚石微粉行业的市场潜力。
2、消费电子业快速发展带动金刚石微粉需求不断增长:近年来随着通信技术更新换代速度加快,手机行业经历了一系列的更新换代。随着5G时代的到来,全球智能手机出货量快速增长。2011年至2021年,全球智能手机出货量由4.95亿台增长至13.55亿台,年复合增长率10.59%。5G手机正处于加速渗透阶段,有望推动智能手机整体出货量稳步增长。
2011-2021年全球智能手机出货量分析
数据统计:中金企信国际咨询
对于消费电子行业而言,5G和物联网等技术的快速发展需要更加复杂的材料和精细的加工,金刚石微粉及制品可为金属、陶瓷和脆性材料等提供高质量的精密表面处理。电子玻璃是电子产业的关键原材料,主要可分为显示玻璃基板和盖板玻璃。其中,显示玻璃基板是手机、电视等电子设备中显示面板的重要组成部分,对面板的性能有着直接而显著的影响。电子玻璃市场随着电子产品出货量的快速增长而不断扩张,随着行业技术迭代升级,对于产品性能和品质的要求不断提高,将为金刚石微粉创造广阔的市场空间。
3、第三代半导体快速发展带动金刚石微粉需求不断增长:全球第三代半导体材料、器件已实现了从研发到规模性量产的成功跨越,并进入产业化快速发展阶段,在新能源汽车、高速轨道交通、5G通信、光伏并网、消费类电子等多个重点领域实现了应用突破。第三代半导体目前主流器件形式为碳化硅基-碳化硅外延功率器件、碳化硅基-氮化镓外延射频器件。其中,碳化硅器件更适合高压和高可靠性情景,应用在新能源汽车和工控等领域,氮化镓器件更适合高频情况,应用在5G基站等领域。新能源汽车是碳化硅半导体应用的主要驱动力,专家预计国内SiC汽车市场将以30.6%的复合年增长率增长,2020年市场规模15.8亿元,到2025年将超过45亿元;预计国际SiC汽车市场将以38%的复合年增长率增长,到2025年将超过100亿元。
2019-2025年新能源汽车市场SiC、GaN功率市场规模分析
数据统计:中金企信国际咨询
相对硅片全球市场规模已达上百亿美元,碳化硅衬底的全球市场销售额仍较小,主要系碳化硅行业供给侧成本仍较高,制约了目前的市场购买力和需求的释放。未来,随着碳化硅衬底和器件制造行业的持续发展,制造成本
有望持续下降,碳化硅器件和系统有望显示出竞争力并在下游行业得到广泛应用并快速发展,从而带动整体需求和市场规模的快速发展。第三代半导体碳化硅(SiC)材料硬度大,在碳化硅(SiC)晶体切割、晶片研磨、晶片抛光等几个生产环节均需使用金刚石微粉或相关产品进行加工。
4、矿产资源的开采与勘探带动金刚石微粉及其工具制品需求不断增长:经历了长时间的开采,地球上浅部矿产资源正在逐渐枯竭,矿产资源特别是金属矿产资源的开采正不断向地球更深处推进。此外,地下开采对环境的影响要小于地上开采,露天开采留下的尾矿堆占据土壤面积造成的压力也越来越大。目前,煤矿的开采深度已达到1,500m,地热的开发已超过5,000m,有色金属矿山的深度已达到4,500m左右,而油气开采的深度已达约7,500m。未来随着新理论的诞生和现代技术的快速发展,智能采、装、运等设备被开发和引进,矿产开采将继续向深部推进。而随着勘探深度和难度的增加,金刚石微粉及其工具制品在采矿过程中高效率、经济性的优势将进一步彰显出来,具有广阔前景。
我国是矿产品生产和消费大国,煤炭、钢铁、有色金属、水泥等产量和消费量均居世界第一。过去十年,我国主要矿产资源开采量整体由高速增长阶段过渡至稳步发展阶段。国家统计局数据显示,2020年全国原煤产量39.02亿吨,同比增长1.4%;原油产量19.48千万吨,同比增1.6%;天然气产量19.25百亿立方米,同比增长9.8%;其他十种有色金属产量为6.19千万吨,同比增5.5%。矿产资源是非常重要的不可再生自然资源,是经济社会可持续发展战略实施的资源保障。未来随着我国经济继续增长,矿产资源的消耗仍将会长时间维持较高增速。
2016-2020年我国主要矿产资源开采量分析
数据统计:中金企信国际咨询
由金刚石微粉制成的金刚石钻头、PCD刀片、金刚石刀具、金刚石锯片等产品广泛应用于石油、煤炭、冶金、地质勘探等钻探和开采中。目前我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,矿产采掘力度的加大将进一步增加金刚石微粉及其工具制品的需求。
5、机械工业升级带动金刚石微粉需求不断增长:根据我国制造强国战略和《中国制造2025》的相关要求,大力发展先进制造业,加快传统产业转型升级和创新发展是当前及未来一段时期内我国工业发展的中心任务。在此背景下,新材料、新技术、新产品层出不穷,相对于传统加工领域,新兴加工领域要求有更快的加工速度、更高的加工精度以及更稳定的加工性能。加工对象和加工工艺的变化推动加工工具的不断改进,催生出一批新型金刚石工具,如金刚石线锯、高精密金刚石砂轮和金刚石超薄划片等,使制造行业对高端金刚石工具需求不断增加。
机械工业包括工程机械、汽车、矿山设备、机床工具、农业机械等制造工业。其中,汽车产业历经百年发展,已成为世界上规模最大、最重要的产业之一,是美国、日本、德国、法国等众多工业发达国家的国民经济支柱产业。刀具是机械制造产业链中不可或缺的工具,切削刀具大约占整个机械加工流程90%加工量,直接影响产品加工质量优劣和加工效率高低,下游广泛应用于汽车、摩托车、机床工具、通用机械、模具、航空航天、工程机械等应用领域。根据中金企信统计数据,2020年全球切削刀具市场规模为1,528亿元,同比增长3.03%。预计2026年市场规模将达到1,999亿元,年复合增长率3.91%。
在工业制造升级的大背景下,难加工材料的应用日益增多,对加工刀具性能也不断提出更高的要求。目前汽车发动机活塞、缸体、缸盖、汽车轮毂、变速箱齿轮、壳体、曲轴和凸轮轴等部位已广泛使用超硬材料进工。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,未来我国机械工业仍有较大的发展空间,超硬材料及金刚石微粉的应用也将会更加普及。
(4)金刚石微粉行业发展现状:随着智能制造国家战略的深入推进,超高速、超精密、智能数控、精细加工等先进制造技术不断创新应用,精密机械加工、清洁能源、消费电子、半导体等新兴行业快速发展带动金刚石微粉产品市场需求不断增长。
从行业出口情况来看,随着疫情的恢复,2021年金刚石微粉出口量和出口额大幅提高。据中国研磨网数据显示,2021年中国金刚石微粉出口量为47.85亿克拉,同比增长48.79%;金刚石微粉出口额13.40亿元,同比增长41.50%。
2019-2021年中国金刚石微粉出口分析
数据统计:中金企信国际咨询
我国金刚石微粉行业中规模以上厂家相对较少,除柘城惠丰钻石科技股份有限公司以外,还包括力量钻石、河南省亚龙超硬材料有限公司等企业;规模以下、生产技术水平较低的小厂家较多,主要以生产低端微粉为主;随着下游金刚石工具产品升级和应用领域不断拓展,对金刚石微粉产品性能和品质提出更高要求,行业集中化趋势不断加强。