1複合超硬材料簡介

    1.1複合超硬材料基本情況

    金剛石和立方氮化硼等材料由於其極高的硬度，統稱為超硬材料，具有硬度高、耐磨和熱傳導性能好、熱膨脹係數低等優異性能。

    目前，超硬材料主要分為單晶超硬材料和聚晶超硬材料（也稱為「複合超硬材料」）兩類。單晶超硬材料主要為單晶金剛石/立方氮化硼微粉；聚晶超硬材料主要是指以金剛石或立方氮化硼與相關粘結劑經過燒結工藝製備的複合材料。

    兩類材料的主要區別為：單晶金剛石/立方氮化硼材料的特點為硬度更高、耐熱性更好，但尺寸較小，多用於製造鋸片等切割工具；聚晶金剛石/立方氮化硼的特點是硬度、耐熱性略遜於單晶材料，但是由於聚晶超硬材料是內部結構緊密的金剛石緻密體，可以增加工具的切割面積，同時克服了單晶超硬材料由於粘結面積小造成的容易從鋸片表面脫落的弊端，具有更高的耐磨性。

    總的來說，複合超硬材料相對於傳統合金材料具有強大的替代性，市場潛力更大，廣泛應用於機械、冶金、地質、石油、煤炭、石材、建築等傳統領域，電子信息、航天航空、國防軍工等高技術領域以及汽車、家電等新興產業。

    1.2複合超硬材料的主要產品用途

    當前，複合超硬材料的產品主要分為四類：石油天然氣鑽頭用聚晶金剛石複合片、煤田礦山用聚晶金剛石複合片、聚晶金剛石高品級拉絲模坯和刀具用聚晶金剛石/聚晶立方氮化硼複合片。

    （1）石油天然氣鑽頭用聚晶金剛石複合片

    石油天然氣聚晶金剛石複合片是由無數微小金剛石顆粒和粘結劑混合組成的切削層和硬質合金襯底層在高溫高壓下燒結合成的，具有很高強度、硬度、耐磨性、抗衝擊性以及良好的自銳性，這些優良特性使其能夠應用在岩石的鑽探領域。該產品主要作為石油天然氣鑽頭的切削齒，是鑽頭上起到切削和掘進的核心部件。

    （2）煤田礦山鑽頭用聚晶金剛石複合片

    由於具有硬度高、耐磨性強、抗衝擊韌性良好等特點，複合超硬材料除了可用於製作石油天然氣用鑽頭外，還可用於製作煤田礦山鑽頭用PCD複合片，其用途並不局限制造於煤田和礦山作業用的鑽進和切割工具，還可廣泛應用於製造建築建造、水電工程施工、鑿岩破碎、公路修補等眾多領域的鑽進工具。

    （3）聚晶金剛石高品級拉絲模坯

    拉絲模是各種金屬線材生產廠家（如電線電纜廠、鋼絲廠、焊條焊絲廠等）拉制線材的一種非常重要的易消耗性模具。拉絲模的適用範圍十分廣泛，主要用於拉拔棒材、線材、絲材、管材等直線型難加工物體，適用於鋼鐵、銅、鎢、鉬等金屬和合金材料的拉拔加工。複合超硬材料是製造高品級拉絲模最為理想的材料。

    （4）刀具用複合片

    使用PCD/PCBN刀具複合片製造的刀具可以替代幾乎所有傳統硬質合金材質的刀具，用途十分廣泛，包括製造汽車零部件、加工木材、開採石材、數控工具機刀頭等。基於其下遊行業規模龐大，市場對於刀具用複合片的需求量也十分巨大。

    1.3複合超硬材料行業技術現狀剖析

    複合超硬材料生產的核心環節在於對單晶超硬材料和粘結劑的原材料配方處理；核心技術在於對單晶超硬材料和相應粘結劑通過高溫高壓進行燒結的工藝。市場上產品質量過硬，具有明顯競爭優勢的廠家無不具有獨特的配方和先進的生產工藝，上述兩點構成了複合超硬材料行業的核心競爭力。在我國行業發展初期，我國複合超硬材料產品與國際先進產品相比在耐磨度、硬度、複合片均勻度和複合片尺寸等技術指標方面均存在一定的差距。但隨著我國業內企業和科研人員不斷鑽研，充分發揮了六面頂壓機的性能優勢、克服了劣勢，我國複合超硬行業技術水平已經形成了自身特點，並且在總體技術指標上接近或達到了國際先進水平。

    外國生產廠商以二面頂壓機為主（如E6，DI、住友、日進為兩面頂，USSynthetic，MegaDiamond、Novatek等為六面頂），我國生產複合超硬材料的壓機以六面頂壓機為主（如四方達、新亞、海明潤為六面頂、江鑽為兩面頂）。兩種設備各有特點，兩面頂壓機每組壓缸、頂錘的造價較高，高壓腔尺寸相對較大，適合生產尺寸較大的產品；六面頂壓機每組頂錘的造價較低，操作方便，高壓腔尺寸相對較小，適合生產尺寸較小的產品。但是隨著近年來六面頂壓機的大型化，其能生產的產品尺寸也越來越大，與兩面的的差異越來越小，我國四方達公司已經可以生產直徑46毫米的PCD複合片，預計在不遠的將來，直徑2英寸的複合片也可以在六面頂壓機上生產出來。

    2複合超硬材料的行業市場分析

    2.1複合超硬材料行業市場規模現狀

    根據市場調研和對下游市場需求、境外主流複合超硬材料製造商銷售數據的分析，按照主要產品分類估算2009年主要複合超硬材料的市場容量如下：石油用PDC全球市場容量約為97億元人民幣，其中國內市場容量約為6億元人民幣；煤田礦山用PDC複合片由於下游產業礦山工具市場極其廣闊，其全球市場容量超過200億元人民幣；PCD高品級拉絲模坯目前的全球市場容量約為5億元人民幣，但隨著其性價比優勢逐漸得到下遊客戶的認可未來幾年內市場容量將增長至10億元人民幣以上；刀具用PCD複合片的市場容量也達到100億元人民幣以上。可見，複合超硬材料的市場容量巨大，且行業前景極其廣闊。

    2.2複合超硬材料行業競爭格局分析

    總體而言，來自美國、日本、愛爾蘭等國的老牌複合超硬材料製造商在科研積累、行業經驗、技術工藝、產品質量上保有一定程度的領先優勢，在國際市場上占領了較大的市場；同時，來自韓國、中國等國的一批新興複合超硬材料製造企業經過十幾年的技術科研開發和生產工藝探索，也形成了各具特色的生產工藝、優勢產品，此外憑藉一定的價格優勢占據了一部分市場，其產品範圍、經營領域和市場份額正在不斷地擴大，成為複合超硬材料市場不可忽視的競爭力量。

    根據對行業內廠商、下游用戶的走訪調查，複合超硬材料的主要產品各主要公司的全球市場占有率如下：

    表1pcd拉絲模坯市場占有率

    公司市場占有率

    DI公司56%

    日本住友33%

    四方達5%

    其他6%

    合計100%

    表2複合超硬刀具材料市場占有率

    公司市場占有率

    元素六30%

    DI公司20%

    日本住友18%

    韓國日進9%

    MegaDiamond4.5%

    TomeiDiamond4.5%

    Dennistools4%

    其他10%

    合計100%  

    表3石油天然氣用pcd市場占有率

    公司市場占有率

    USSynthetic35%

    元素六33%

    DI公司、MegaDiamond、Novatek、Dennistools29

    鄭州新亞、四方達、海明潤等其他公司3%

    合計100% 

    2.3複合超硬材料行業下遊行業剖析

    根據對複合超硬材料下游廠商的調研，複合超硬材料在下游產品成本中所占比重約占30%-60%，由於複合超硬材料製品的用途差異很大，各類製品中複合超硬材料所占比例也各有不同，但一般而言，複合超硬材料占據了下游製品成本的主體部分。

    2009年全球石油用鑽頭市場容量預計將達到400億元人民幣、礦山用鑽頭市場容量接近1000億元人民幣、複合超硬材料刀具的市場容量為500億元左右，下游市場的穩定需求和樂觀的發展前景是複合超硬材料行業發展的有效保障。

    3複合超硬材料行業的發展前景

    3.1下游需求穩定且潛力巨大

    可以預見石油開採、礦產資源開發在未來的幾十年甚至幾百年內都將是人類生存、發展的基礎保障，且隨著人類對資源需求的持續增長在上述領域的投入將不斷擴大，這樣的發展趨勢賦予了鑽頭聚晶金剛石複合片良好的發展預期。另外，線材加工、汽車/航天零部件、木材/石材加工的巨大需求也使得PCD拉絲模坯和刀具用PCD/PCBN複合片具有穩定和持續增長的下游市場。此外，複合超硬材料相對於傳統硬質合金材料的強大替代功能更是給複合超硬材料帶來了十分光明的發展前景和巨大的潛在市場容量。

    3.2行業毛利率將保持較高水平

    由於複合超硬材料行業具有較高的行業壁壘，且市場需求旺盛，本行業近年來保持了較高的行業毛利率。根據對該市場規模較大的主要廠商的調研，本行業近三年來的平均毛利率分別為31.6%、30.4%和35.3%。複合超硬材料的定價依據主要為其產品的性能的優劣，相對於市場傳統合金超硬材料和現有產品性能更先進、質量更穩定的複合超硬材料即可保持較高的市場銷售價格，而複合超硬材料的生產成本主要集中在原材料和技術研發支出，在上述生產成本得到較好控制的前提下，複合超硬材料的行業盈利水平將得以保持在較高水平。