培育钻石行业深度研究：中国培育钻制造商：受益于全球C端崛起

培育钻石东风，推动产业革命：培育钻石是实验室培育出的真钻石，具有和天然钻石同样的物理、化学特性。培育钻石生产包括高温高压法（HPHT）和化学气相沉积法（CVD）两条技术路线，不同技术路线取长补短，钻石毛坯趋同。1960s中国自产HPHT合成设备六面顶压机后，合成技术位于世界前列，供应了全球近一半培育钻石毛坯。 培育钻石产业链：中印美三国主导。1）上游生产端，2020年全球培育钻石毛坯产能约700万克拉，其中中国厂商占比40%+，毛利率高达60%，我们预计2025年全球培育钻石产量达到2930万克拉，在钻石生产端渗透率达到18%；2）中游加工端，印度占据全球90%市场份额，属于劳动密集型环节，进入门槛低，毛利率仅10%左右；3）下游零售端，美国消费市场占全球的80%，品牌溢价效应强，毛利率高达60-70%。 下游需求空间广阔，2025年可达100亿美元：与天然钻石相比，培育钻石在性价比、色彩等方面优势明显，对年轻群体而言极具吸引力。美国培育钻石饰品消费占全球80%，消费额约为30亿美元/年，市场渗透率约7％。预计较长时间内美国仍为主要消费市场，其渗透率提升是未来培育钻石消费的主要增量。中国培育钻石市场尚处于起步阶段，市场渗透率不足1％。假设美国市场培育钻石渗透率每年提升2-3pct，我们预计2025年全球培育钻石饰品市场空间约100亿美元。 投资建议：目前全球培育钻石市场C端渗透率仅4%，高性价比优势带动下游需求快速增长。中国厂商供应了全球40%+的培育钻石毛坯，将显著受益于下游需求崛起。我国培育钻石生产以高温高压法为主，受上游设备商产能限制，行业扩产有限，建议关注市占率高且与上游设备商合作良好的力量钻石、中兵红箭、黄河旋风，及同时布局HPHT/CVD两条技术路径的国机精工。 风险提示：下游需求不及预期、产能投放不及预期、行业竞争加剧 1.培育钻石东风，推动产业革命 1.1.实验室培育的真钻石，从工业明珠到消费新风尚 钻石性能优异，下游应用广泛。钻石是金刚石精加工而成的产品，也是世界上最坚硬的、成份最简单的宝石，它是由碳元素组成的、具有立方结构的天然晶体。 自然界中的天然钻石是由地表以下约100英里深处碳单质形成的，压力为4.5-6.0Gpa、温度为1100-1500℃。近代以来科学家通过实验室模拟金刚石生长环境，生产出人造金刚石，并通过改良技术培育出钻石。 钻石作为强折射、高色散的宝石品种，在奢侈珠宝中占据一席之地，同时具备高强度、高灵敏、高透光、高功率、高热传导率和高电子迁移等热、光、电、声和化学性能优势，被广泛应用于建材石材、勘探采掘、机械加工、清洁能源、消费电子、半导体等领域。人造金刚石被广泛应用于工业生产中，而培育钻石作为钻石消费领域的新兴选择，主要用于制作各类钻石饰品及其他时尚消费品。 图1.钻石产业链 培育钻石与天然钻石无异，都是真钻石。培育钻石在物理性质（晶体结构、折射率、色散率、硬度、密度等）、化学成分（碳C）上与天然钻石完全相同。与之相对应的，锆石（立方氧化锆）、莫桑石（碳化硅）、白色蓝宝石、金红石、尖晶石等与钻石在物理性质、化学成分上差异较大，是伪钻石。 图2.培育钻石图示 图3.天然钻石图示 表1.培育钻石、天然钻石、莫桑石、锆石对比 技术突破培育宝石级金刚石，中国占据优势地位。自然界中金刚石储量稀少，且集中于南非、俄罗斯等地。20世纪以来采掘钻探、精密加工等行业对金刚石需求大增。受技术水平限制，工业金刚石合成量曾是一国工业综合实力的象征，人造金刚石也被誉为工业明珠。1953年，瑞典通用电机公司ASEA成功制造了1mm以下的金刚石晶体。1964年，中国科学院使用200吨级的两面顶压机，首次成功合成人造金刚石。1965年，中国成功研发六面顶压机，此设备逐步成为我国金刚石合成的主导设备。截至2021年，我国金刚石合成量已连续18年稳居世界第一。 2013年CVD钻石开始逐步进入珠宝市场，随着技术突破，2015年实验室开始陆续鉴定1克拉以上的CVD培育钻石。2015-2016年，豫金刚石在1-3克拉毛坯培育钻石生产中取得突破，可加工为1克拉以下裸钻。2018年，中南钻石、黄河旋风先后突破3-6克拉毛坯技术，并开始批量化生产，意味着我国在培育钻石生产领域达到世界领先水平。 图4.培育钻石发展历程 1.2.权威机构背书，共享4C分级标准 培育钻石与天然钻石均使用4C分级标准。20世纪40年代，美国宝石研究院（GIA）首创“4C”标准和国际钻石分级系统，从颜色（Colour）、净度（Clarity）、切工（Cut）和克拉重量（Carat）四个维度对钻石进行认证。 钻石颜色分为5个级别，包含Colorless（无色，包含DEF色）、Near Colorless（接近无色，包含GHIJ色）、Faint（淡黄色，包含KLM色）、Very Light（包含N-R色）、Light（包含S-Z色），钻石越接近无色，其价值越高（彩钻例外）； 净度分为6个级别，包含Flawless（FL，完美无暇）、Internally Flawless（IF，内部无暇）、Very Very Slightly Included（VVS，极微瑕，包含VVS1~VVS2）、Very Slightly Included（VS，微瑕，包含VS1~VS2）、Slightly Included（SI，小瑕SI1~SI2）、Included（I，包含I1~I3）； 切工分为5个级别，包含完美（Excellent）、很好（Very good）、好（Good）、一般（Fair）、差（Poor）。 图5.钻石4C分级体系 国际宝石学院（IGI）自2005年开始提供培育钻石检测和认证服务，并于2021年成为首个获得ISO认证的培育钻石鉴定机构；GIA于2007年推出合成钻石鉴定证书，并于2019年7月开始提供实验室培育钻石证书；2021年3月，我国国家珠宝玉石质量监督检验中心（NGTC）推出培育钻石专用检测证书。 图6.IGI培育钻石证书 图7.GIA培育钻石证书 1.3.HPHT与CVD两条路线长期并存，技术殊途同归 两条技术路线共同发展，推升培育钻石产量。经过多年研究发展，已有多种方法可以制备培育钻石，目前商业化的仅高温高压法（HPHT）和化学气相沉积法（CVD）两类技术路线。HPHT法和CVD法采用完全不同的合成原理和合成技术，生产出的产品类型和产品特点也各不相同。2020年，全球培育钻石毛坯产量700万克拉中，HPHT法和CVD法分别为320、380万克拉。 图8.HPHT法设备——六面顶压机 图9.CVD法设备 国内HPHT合成技术世界领先，其合成原理是石墨粉在超高温、高压条件及金属触媒粉催化作用下发生相变生长出钻石晶体，合成速度快、单次产量高。HPHT合成培育钻石以塔状为主，生长速度快、成本低、纯净度稍差，但综合效益具有优势，特别是在1-5ct培育钻石合成方面具有明显优势。2020年，国内培育钻石毛坯产量约300万克拉，占全球产量的43%，其中HPHT法产量约280万克拉，几乎垄断全球HPHT法生产。 图10.HPHT法培育钻石制备流程 CVD法培育技术在国外应用多年，其合成原理是含碳气体（ CH4 ）和氢气混合物在超高温、低压条件下被激发分解出活性碳原子，通过控制沉积生长条件促使活性碳原子在基体上沉积交互生长成钻石晶体。CVD合成培育钻石呈板状，颜色不易控制、培育周期长、成本较高，但纯净度高，较适宜5ct以上培育钻石合成。 图11.CVD法培育钻石制备流程 不同技术路线取长补短，钻石毛坯趋同。目前培育钻石毛坯供给中，HPHT法和CVD法各占约一半，中国则以HPHT法为主。受上游设备产能限制，HPHT法与CVD法两条技术路线均无法快速扩产，核心厂家注重专利保护限制技术外溢，供给格局难以在短时间内改变。较长时间内，业内普遍认为，1）HPHT法下颜色优势更为明显，无需后期改色，但合成工艺中需添加金属触媒，净度稍有劣势； 2）CVD法下毛坯净度更高，大部分产品均在VS以上，但颜色上稍有劣势，多为褐色。 我们认为，经过工艺技术改良，HPHT法和CVD法产品逐步同质化。国内HPHT法工艺路线成熟，占据主要市场份额，设备供应也以国内为主。CVD法技术则在多国应用，海外设备供应商较为分散。 都可生产高色高净产品：1）HPHT法下，主要生产厂家均可量产白钻（D-F色），且净度能达到VS以上；2）CVD法下毛坯净度大部分都在VS以上，部分厂家已可直接长白，无需后期改色。 都可生产大克拉产品：消费用培育钻石1-2克拉最佳，对应需要3-6克拉毛坯。1）HPHT法下，国内头部厂家均已突破3-6克拉毛坯技术，大克拉技术成熟；2）CVD法下，毛坯相对更大，具备一定优势。 经济效应趋同：设备投资回收期均在2年以内，1）HPHT法下，850压机单价约200万元，年产值约150万元，投资回收期为1.33年；2）CVD法下，高端设备单价约300万元，年产值约210万元，投资回收期为1.43年。 表2.HPHT&CVD法培育钻石比较 2.培育钻石产业链：中国具备一体化优势 2.1.全球培育钻石产业：中印美三国主导 中国、印度、美国分别为培育钻石生产、加工、消费第一大市场。全球相当数量的培育钻石也经历了“中国→印度→美国”的流动过程。2020年，中国生产了全球40%+培育钻石，其中70-80%最终流向美国市场；印度打磨了全球90%的钻石；美国则消费了全球80%的培育钻石，其中30-40%可追溯至中国。 图12.2020全球培育钻石供需图示 图13.2020全球培育钻产业图解 图14.2021（E）全球培育钻产业图解 2.2.预计2025年培育钻石在生产端渗透率达到16% 中国占据全球近一半培育钻石产能。2020年，全球培育钻石毛坯产能约700万克拉/年，其中中国、印度、美国、新加坡产能分别约为300、150、100、100万克拉/年，占比分别为43%、21%、14%、14%。按工艺路线来看，全球HPHT法和CVD法产能各占一半。中国以HPHT为主，海外以CVD为主。 下游需求持续扩大，中国主要企业扩增产能。据培育钻石网数据，截至2021年9月，我国高温高压培育钻石产能已超30万克拉/月，年化产能达360万克拉，考虑CVD法后，预计总产能在400万克拉/年左右，占世界近一半产能。 图15.培育钻石产能结构（万克拉，2020） 图16.全球培育钻石产能分布 设备端产能限制行业扩产，高端产能不足。1）HPHT法下，生产设备六面顶压机主要由我国供应，设备商产能合计约1500台/年，考虑汰旧换新需求预计用于培育钻石生产的压机年净增900台；2）CVD法下，高端CVD设备需配套高精密真空设备使用，主要由欧美厂商提供，印度可自产设备但性能较差，预计中国、印度、发达地区2022-2025年CVD设备数量年增速分别为50%、40%、10%。 预计到2025年培育钻石产量达到2930万克拉。仅考虑产量规模，培育钻石在钻石生产端渗透率达到18%，年复合增速为32%。核心假设如下： 中国培育钻石用六面顶压机年净增长900台；中国、印度、发达地区2022-2025年CVD设备数量年增速分别为50%、40%、10%； 预计2022-2025年天然钻石产量增速为3%。 表3.培育钻石供给测算（2021-2025） 2.3.培育钻石产业链概述 培育钻石产业链可划分为上游设备商、钻石毛坯生产商，中游贸易商、加工商、检验机构，下游零售商等。我国培育钻石产业链齐全，涵盖HPHT和CVD两条技术路线，生产了全世界几乎所有的高温高压毛坯，预计未来大量CVD毛坯也会在中国生产。中国正逐步建立自有加工体系、推出培育钻石检验分级“中国标准”、加快对C端消费者的教育，抢夺国际培育钻石的定价权。 设备端：根据工艺路线划分，上游设备包括六面顶压机（HPHT法）及CVD沉积设备（CVD法）。我国自1965年自产铰链梁