1復合超硬材料簡介

    1.1復合超硬材料基本情況

    金剛石和立方氮化硼等材料由于其極高的硬度，統(tǒng)稱為超硬材料，具有硬度高、耐磨和熱傳導性能好、熱膨脹系數(shù)低等優(yōu)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“復合超硬材料”）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(jié)劑經(jīng)過燒結(jié)工藝制備的復合材料。

    兩類材料的主要區(qū)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，多用于制造鋸片等切割工具；聚晶金剛石/立方氮化硼的特點是硬度、耐熱性略遜于單晶材料，但是由于聚晶超硬材料是內(nèi)部結(jié)構緊密的金剛石致密體，可以增加工具的切割面積，同時克服了單晶超硬材料由于粘結(jié)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，復合超硬材料相對于傳統(tǒng)合金材料具有強大的替代性，市場潛力更大，廣泛應用于機械、冶金、地質(zhì)、石油、煤炭、石材、建筑等傳統(tǒng)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(chǎn)業(yè)。

    1.2復合超硬材料的主要產(chǎn)品用途

    當前，復合超硬材料的產(chǎn)品主要分為四類：石油天然氣鉆頭用聚晶金剛石復合片、煤田礦山用聚晶金剛石復合片、聚晶金剛石高品級拉絲模坯和刀具用聚晶金剛石/聚晶立方氮化硼復合片。

    （1）石油天然氣鉆頭用聚晶金剛石復合片

    石油天然氣聚晶金剛石復合片是由無數(shù)微小金剛石顆粒和粘結(jié)劑混合組成的切削層和硬質(zhì)合金襯底層在高溫高壓下燒結(jié)合成的，具有很高強度、硬度、耐磨性、抗沖擊性以及良好的自銳性，這些優(yōu)良特性使其能夠應用在巖石的鉆探領域。該產(chǎn)品主要作為石油天然氣鉆頭的切削齒，是鉆頭上起到切削和掘進的核心部件。

    （2）煤田礦山鉆頭用聚晶金剛石復合片

    由于具有硬度高、耐磨性強、抗沖擊韌性良好等特點，復合超硬材料除了可用于制作石油天然氣用鉆頭外，還可用于制作煤田礦山鉆頭用PCD復合片，其用途并不局限制造于煤田和礦山作業(yè)用的鉆進和切割工具，還可廣泛應用于制造建筑建造、水電工程施工、鑿巖破碎、公路修補等眾多領域的鉆進工具。

    （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(chǎn)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。拉絲模的適用范圍十分廣泛，主要用于拉拔棒材、線材、絲材、管材等直線型難加工物體，適用于鋼鐵、銅、鎢、鉬等金屬和合金材料的拉拔加工。復合超硬材料是制造高品級拉絲模最為理想的材料。

    （4）刀具用復合片

    使用PCD/PCBN刀具復合片制造的刀具可以替代幾乎所有傳統(tǒng)硬質(zhì)合金材質(zhì)的刀具，用途十分廣泛，包括制造汽車零部件、加工木材、開采石材、數(shù)控機床刀頭等�；�于其下游行業(yè)規(guī)模龐大，市場對于刀具用復合片的需求量也十分巨大。

    1.3復合超硬材料行業(yè)技術現(xiàn)狀剖析

    復合超硬材料生產(chǎn)的核心環(huán)節(jié)在于對單晶超硬材料和粘結(jié)劑的原材料配方處理；核心技術在于對單晶超硬材料和相應粘結(jié)劑通過高溫高壓進行燒結(jié)的工藝。市場上產(chǎn)品質(zhì)量過硬，具有明顯競爭優(yōu)勢的廠家無不具有獨特的配方和先進的生產(chǎn)工藝，上述兩點構成了復合超硬材料行業(yè)的核心競爭力。在我國行業(yè)發(fā)展初期，我國復合超硬材料產(chǎn)品與國際先進產(chǎn)品相比在耐磨度、硬度、復合片均勻度和復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(yè)內(nèi)企業(yè)和科研人員不斷鉆研，充分發(fā)揮了六面頂壓機的性能優(yōu)勢、克服了劣勢，我國復合超硬行業(yè)技術水平已經(jīng)形成了自身特點，并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(chǎn)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(chǎn)復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、江鉆為兩面頂）。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(chǎn)尺寸較大的產(chǎn)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(chǎn)尺寸較小的產(chǎn)品。但是隨著近年來六面頂壓機的大型化，其能生產(chǎn)的產(chǎn)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(jīng)可以生產(chǎn)直徑46毫米的PCD復合片，預計在不遠的將來，直徑2英寸的復合片也可以在六面頂壓機上生產(chǎn)出來。

    2復合超硬材料的行業(yè)市場分析

    2.1復合超硬材料行業(yè)市場規(guī)模現(xiàn)狀

    根據(jù)市場調(diào)研和對下游市場需求、境外主流復合超硬材料制造商銷售數(shù)據(jù)的分析，按照主要產(chǎn)品分類估算2009年主要復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(nèi)市場容量約為6億元人民幣；煤田礦山用PDC復合片由于下游產(chǎn)業(yè)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(yōu)勢逐漸得到下游客戶的認可未來幾年內(nèi)市場容量將增長至10億元人民幣以上；刀具用PCD復合片的市場容量也達到100億元人民幣以上�？梢�，復合超硬材料的市場容量巨大，且行業(yè)前景極其廣闊。

    2.2復合超硬材料行業(yè)競爭格局分析

    總體而言，來自美國、日本、愛爾蘭等國的老牌復合超硬材料制造商在科研積累、行業(yè)經(jīng)驗、技術工藝、產(chǎn)品質(zhì)量上保有一定程度的領先優(yōu)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復合超硬材料制造企業(yè)經(jīng)過十幾年的技術科研開發(fā)和生產(chǎn)工藝探索，也形成了各具特色的生產(chǎn)工藝、優(yōu)勢產(chǎn)品，此外憑借一定的價格優(yōu)勢占據(jù)了一部分市場，其產(chǎn)品范圍、經(jīng)營領域和市場份額正在不斷地擴大，成為復合超硬材料市場不可忽視的競爭力量。

    根據(jù)對行業(yè)內(nèi)廠商、下游用戶的走訪調(diào)查，復合超硬材料的主要產(chǎn)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復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復合超硬材料行業(yè)下游行業(yè)剖析

    根據(jù)對復合超硬材料下游廠商的調(diào)研，復合超硬材料在下游產(chǎn)品成本中所占比重約占30%-60%，由于復合超硬材料制品的用途差異很大，各類制品中復合超硬材料所占比例也各有不同，但一般而言，復合超硬材料占據(jù)了下游制品成本的主體部分。

    2009年全球石油用鉆頭市場容量預計將達到400億元人民幣、礦山用鉆頭市場容量接近1000億元人民幣、復合超硬材料刀具的市場容量為500億元左右，下游市場的穩(wěn)定需求和樂觀的發(fā)展前景是復合超硬材料行業(yè)發(fā)展的有效保障。

    3復合超硬材料行業(yè)的發(fā)展前景

    3.1下游需求穩(wěn)定且潛力巨大

    可以預見石油開采、礦產(chǎn)資源開發(fā)在未來的幾十年甚至幾百年內(nèi)都將是人類生存、發(fā)展的基礎保障，且隨著人類對資源需求的持續(xù)增長在上述領域的投入將不斷擴大，這樣的發(fā)展趨勢賦予了鉆頭聚晶金剛石復合片良好的發(fā)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復合片具有穩(wěn)定和持續(xù)增長的下游市場。此外，復合超硬材料相對于傳統(tǒng)硬質(zhì)合金材料的強大替代功能更是給復合超硬材料帶來了十分光明的發(fā)展前景和巨大的潛在市場容量。

    3.2行業(yè)毛利率將保持較高水平

    由于復合超硬材料行業(yè)具有較高的行業(yè)壁壘，且市場需求旺盛，本行業(yè)近年來保持了較高的行業(yè)毛利率。根據(jù)對該市場規(guī)模較大的主要廠商的調(diào)研，本行業(yè)近三年來的平均毛利率分別為31.6%、30.4%和35.3%。復合超硬材料的定價依據(jù)主要為其產(chǎn)品的性能的優(yōu)劣，相對于市場傳統(tǒng)合金超硬材料和現(xiàn)有產(chǎn)品性能更先進、質(zhì)量更穩(wěn)定的復合超硬材料即可保持較高的市場銷售價格，而復合超硬材料的生產(chǎn)成本主要集中在原材料和技術研發(fā)支出，在上述生產(chǎn)成本得到較好控制的前提下，復合超硬材料的行業(yè)盈利水平將得以保持在較高水平。