超硬材料制品未来两年市场发展及行业展望

发布时间：2011/3/30 7:32:44

　　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*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。*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*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*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*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