新材料：超硬材料产业链分析之河南概况

分析师：顾敏豪 登记编码：S0730512100001 gumh00@ccnew.com021-50586308 研究助理：石临源 登记编码：S0730123020007 shily@ccnew.com0371-86537085 超硬材料产业链分析之河南概况 证券研究报告-行业深度分析 相关报告 《新材料行业月报：半导体销售额同比增长， 报告要点： 发布日期：2024年04月23日 超硬制品1-2月出口量大幅增加》 2024-03-29 《新材料行业月报：全球半导体销售额继续环比增长，超硬材料2023年出口量价齐降》 2024-02-28 《新材料行业月报：半导体稳步复苏，特种气体价格持续下跌》2024-01-15 《河南省超硬材料产业发展分析》 2023-05-15 《新材料行业深度分析：工业金刚石持续高景气，培育钻石未来新风口》2023-03-23 联系人：马嶔琦 电话：021-50586973 地址：上海浦东新区世纪大道1788号16楼 邮编：200122 产业概况：人造金刚石是主要的超硬材料，根据应用可分为用于制造业的工业金刚石和用于珠宝首饰的培育钻石。产业链主要由上游核心装备制造与超硬材料合成、中游超硬制品生产、下游应用领域构成。 竞争格局：工业金刚石领域，我国在传统金刚石生产占有显著主导地位，但在高附加值的功能性金刚石材料与欧美日等国存在较大差距；培育钻石领域，我国主要负责上游毛坯钻石生产。印度负责中游钻石切割加工，占有90%左右的份额。美国是全球最大的培育钻石下游消费市场。 河南现状：中国人造金刚石销量占全球市场的90%以上，其中的80%产量供应集中于河南省。目前河南省已形成包括原辅材料和专用设备仪器、超硬材料制品和市场销售一体化的超硬材料产业链。 河南特色：（1）产业集群化特色显著。河南省已形成郑州-许昌、焦作-洛阳、南阳-商丘等多个具有特色超硬材料产业集群。（2）产业配套完备，发展基础雄厚。在技术研发、产品生产与销售、人才培养、公共服务体系均有一定特色，形成了产学研结合的产业支撑体系。（3）政策大力支持，自2018年以来河南省连续出台多项政策支持由超硬材料大省向超硬材料强省迈进，提升产业核心竞争力。 河南相关企业：河南省相关超硬材料企业主要有中兵红箭、国机精工、黄河旋风、四方达、力量钻石、惠丰钻石、富耐克等公司。 风险提示：CVD技术研发及项目产业化进展不确定；经济不及预期导致培育钻石市场需求低于预期；绿色节能等相关政策调整可能影响产能扩张。 内容目录 1.超硬材料产业链简介4 1.1.超硬材料简介4 1.2.产业链图谱5 1.3.企业库图谱6 2.工业金刚石产业链7 2.1.产业链构成与主要竞争格局7 2.2.工业金刚石发展趋势9 2.2.1.超硬制品向高端化精品化发展9 2.2.2.功能性金刚石发展潜力巨大11 2.3.工业金刚石市场规模13 2.3.1.工业金刚石市场整体增速稳定13 2.3.2.高端超硬制品市场规模广阔13 3.培育钻石产业链14 3.1.产业链构成与主要竞争格局14 3.2.培育钻石发展趋势15 3.3.培育钻石市场规模16 4.超硬材料政策导向17 4.1.中国政策导向17 4.2.河南省政策导向19 4.3.超硬材料政策导向21 5.河南省超硬材料产业发展现状22 5.1.具有雄厚的产业链发展基础22 5.2.产业链完备，集聚优势明显23 5.3.传统技术领域占据主导，新型技术领域涉足有限24 5.4.产品结构失衡，高附加值产品缺失24 5.5.产业政策集中，政策边界宽泛25 6.河南省超硬材料产业发展措施与建议26 7.超硬材料行业重点企业28 7.1.中兵红箭28 7.2.国机精工29 7.3.黄河旋风30 7.4.四方达31 7.5.力量钻石32 7.6.惠丰钻石32 7.7.富耐克33 7.8.美畅股份34 7.9.沃尔德34 7.10.奔朗新材35 图表目录 图1：超硬材料产业链图谱5 图2：超硬材料企业图谱6 图3：中国金刚石单晶产量和河南省金刚石总产量8 图4：中国超硬刀具市场份额分布9 图5：2020-2023年中国光伏单季度新增装机容量10 图6：2011-2022年世界光伏新增装机容量10 图7：半导体封装划片刀在半导体封装工艺中的使用示意图10 图8：Tesla电动车逆变器12 图9：基于金刚石晶圆制作的电动车逆变器12 图10：钻石和珠宝市场规模15 图11：2020-2026年全球钻石原石和培育钻石预测15 图12：河南省超硬材料产业集群地域分布特征23 表1：HTHP法和CVD法在技术路线、产品和应用等方面的特点对比4 表2：工业金刚石产业链主要特点及竞争格局7 表3：部分金刚石工具制造企业8 表4：2023年中国超硬材料类商品出口数据汇总11 表5：基于金刚石晶圆制作的电动车逆变器和Tesla电动车逆变器性能对比12 表6：光伏金刚线用金刚石微粉潜在市场规模13 表7：培育钻石产业链主要特点及竞争格局14 表8：培育钻石供给端和消费端市场规模预测16 表9：我国国家层面超硬材料政策17 表10：河南省层面超硬材料政策19 表11：河南省超硬材料上市公司基本信息（截至2024年4月22日）24 表12：超硬材料上市公司按产业链环节分类的营收及毛利率25 表13：2022年河南省超硬材料上市公司营业收入构成25 1.超硬材料产业链简介 1.1.超硬材料简介 超硬材料主要是指金刚石（包括天然金刚石和人造金刚石）和立方氮化硼，其制品用于金属及各类高硬脆材料的加工，也可作为功能材料应用于电子电器、装备制造、国防军工、医疗检测等高科技领域。根据河南省工信厅数据，人造金刚石在全球工业用超硬材料中的应用占比超过90%。因此，金刚石及其制品是主要的超硬材料。 从应用领域来看，人造金刚石可分为用于制造业领域的工业金刚石、用于消费领域的培育钻石两大类，相比较而言，工业金刚石是小颗粒人造金刚石及其制品，而培育钻石则是人造金刚石中的颗粒较大、品质较高的宝石级大单晶，二者的制备工艺类似，但产业链有所差异。 从技术手段来看，人造金刚石是通过人工模拟天然金刚石结晶条件和生长环境采用科学方法合成出来的金刚石晶体，其合成方法主要为高温高压法（HTHP）和化学气相沉积法（CVD）。高温高压法（HTHP）是以石墨粉、金属触媒粉为主要原料，通过液压装置保持恒定的超高温、高压条件来模拟天然金刚石结晶条件和生长环境合成出金刚石晶体；化学气相沉积法（CVD）是含碳气体和氧气混合物在高温和低于标准大气压的压力下被激发分解，形成活性金刚石碳原子，并通过控制沉积生长条件促使活性金刚石碳原子在基体上沉积交互生长成金刚石单晶。相比较而言，高温高压法（HTHP）具有成本优势、合成产品多用于精密加工传统制造业领域，化学气相沉积法（CVD）具有品质优势、合成产品多用于新型前沿和尖端科技领域。 表1：HTHP法和CVD法在技术路线、产品和应用等方面的特点对比 类型项目 高温高压法（HTHP） 化学气相沉积法（CVD） 主要原料 石墨粉、金属触媒粉 含碳气体（CH4）、氢气 生产设备 六面顶压机 CVD沉积设备 合成技术合成环境 高温高压环境 高温低压环境 生长速度 较快 较慢 生产成本 较低 较高 主要产品 金刚石单晶、培育钻石 金刚石膜、培育钻石 产品纯度 合成产品 产品磁性 较低，杂质多为金属助熔剂残余无金属包体，因此无磁性 较高，可能含有微量无定形碳杂质可能残余金属触媒，部分有磁性 产品特点 呈颗粒状，多为1-5ct大小金刚石 呈片状，适宜5ct以上金刚石合成 金刚石单晶主要作为加工工具核 主要作为光、电、声等功能性材料， 应用领域 心耗材；培育钻石用于钻石饰品 少量用于工具和钻石饰品 应用情况主要性能超硬、耐磨、抗腐蚀等力学性能光、电、磁、声、热等性能 应用程度 技术成熟，国内应用广泛且在全球具备明显优势 国外技术相对成熟，国内尚处研究阶段，应用成果较少 资料来源：力量钻石招股书，中原证券 从产业链结构来看，超硬材料产业链主要由上游核心装备制造与超硬材料合成、中游超硬制品生产、下游应用领域构成。 1.2.产业链图谱 图1：超硬材料产业链图谱 资料来源：岱勒新材、美畅股份、力量钻石、惠丰钻石等公司招股说明书，中原证券 1.3.企业库图谱 图2：超硬材料企业图谱 资料来源：岱勒新材、美畅股份、力量钻石、惠丰钻石等公司招股说明书，中原证券 2.工业金刚石产业链 2.1.产业链构成与主要竞争格局 工业金刚石产业链主要包括上游人造金刚石合成、中游超硬制品工具制造和下游金刚石应用。整体来看我国主导上游全球工业金刚石单晶和微粉制造；中游金刚石制品工具种类繁多呈大行业、小公司业态；在下游工业金刚石应用广泛，主要应用于传统建筑石材切割，并伴随产业升级，作为核心零部件应用于半导体、军工等先进制造领域。 表2：工业金刚石产业链主要特点及竞争格局 产业链环节主要特点龙头企业及竞争格局 中兵红箭、黄河旋风、力量钻石、豫金刚石、惠丰钻石、 人造金刚石合成、 上游 金刚石微粉制造 龙头企业 竞争格局龙头企业 国机精工 我国垄断全球主要市场，年产量达200亿克拉，全球市占率约95%；高端市场由欧美主导 四方达、沃尔德、奔朗新材、博深股份、美畅股份、岱勒 新材。 中游超硬制品制造 典型产品超硬刀具、超硬磨具、金刚线。 竞争格局产品形态多、使用范围广、行业集中度低 矿产、油服开采；精密制造、家电制造；光伏；消费电子； 下游金刚石应用 应用场景 竞争格局 半导体用散热片；生物传感器；军工 应用范围广，需求增长快，CVD金刚石可作为下一代半导体材料 资料来源：岱勒新材、美畅股份、力量钻石公司招股说明书，中原证券 上游：我国基本主导人造石金刚石合成市场，尤其是金刚石单晶和微粉制造。根据河南省工信厅数据，我国人造金刚石销量占全球市场的90%以上，其中的80%产量供应集中于河南省。根据磨料磨具网数据显示，2020年我国工业金刚石总产量200亿克拉，其中金刚石单晶及微粉产量达145亿克拉，宝石级单晶244万克拉，金刚石复合片587万片。根据河南省国民经济和社会发展统计公报，2023年河南省金刚石总产量为190.40亿克拉，同比增长19%。根据力量钻石招股说明书披露，按照金刚石单晶平均销售单价0.26元/克拉测算，2022年中国和河 南省工业金刚石市场规模分别为51.5亿元和41.2亿元。 我国人造金刚石销量占全球90%以上，但占据的市场份额大部分为中低端市场,主要应用于机械研磨锯切领域。而产品单价和附加值较高的人造金刚石，诸如光学级、半导体用工业用金刚石依然被欧美、日韩等发达国家（英国的元素六公司、美国的合锐公司、美国的DiamondFoundry、韩国的日进公司）主导。在半导体行业迭代升级的驱动下，我国部分超硬材料企业 （宁波晶钻、四方达、国机精工、上海征世、沃尔德等）已开始进行CVD技术研究，积极布局功能性金刚石业务，但仍与元素六等国外公司具有较大的差距。 168 171 153 151 149 140 136 143 14 161162162 158 145146 124 2 图3：中国金刚石单晶产量和河南省金刚石总产量 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 201120122013201420152016201720182019202020212022 中国金刚石单晶产量（亿克拉）河南金刚石总产量（亿克拉） 资料来源：中国磨料磨具工业年鉴，河南省国民经济和社会发展统计公报，共研网，中原证券 中游：金刚石工具制造企业，大行业，小公司。中游环节主要为金刚石工具制造企业，通过将工业金刚石经过破碎、与硬质合金结合、聚晶等多种工艺，打造多种金刚石工具，如金刚线、金刚砂轮、金刚砂带、金刚石复合片等，广泛用于下游多种切割、磨削、钻探、抛光等场景。由于分类杂、形态多、使用范围广、技术壁垒高的产品属性而呈现行业集中度较