十二五专项规划(超硬材料及制品)

“十二五”专项规划（超硬材料及其制品）一、概述超硬材料及制品主要是指金刚石和立方氮化硼（CBN）以及以这两种材料为主要成分的复合材料，金刚石是目前最主要的超硬材料，由于天然金刚石价值昂贵，因此工业生产中普遍使用人造金刚石。

金刚石因其具有最高强度、最高硬度、高耐磨性而广泛的应用于石材开采工具、机床加工工具、建筑装修工具、高速公路施工工具、煤田、油田挖掘工具、精密仪器仪表等各个领域。

金刚石及其工具是迄今为止人类发明的最坚硬的材料及工具，层出不穷的各种硬质新型材料只能用它们才可加工，它们对高新技术材料及各类制成品的发展提供强力支撑，对国民经济的发展有数百倍的杠杆撬动作用。

金刚石及工具已成为国民经济、国防建设和人民生活不可缺少的重要组成部分，其消耗量成为衡量一个国家工业发展水平的重要标志，西方发达国家甚至将金刚石及工具作为一种战略性储备物资。

在全球经济一体化条件下，我国已成为世界人最大的石材、陶瓷生产、消费与出口大国，这些有利条件有力地促进了我国超硬材料一个最重要分支人造金刚石及工具的迅速发展，中国在世界超硬材料工具市场中已占有重要地位。

但我国人造金刚石及工具的质量与性能和国外发达国家相比，仍有一定差距，高品级率低，品牌少，还不能大量进入国外市场，每年还需进口一些优质的人造金刚石及工具，而出口的只是中低档产品。

因而进一步提高与发展我国人造金刚石及其工具制品具有非常重要的意义。

二、国内外市场情况（一）人造金刚石1、国内外市场状况据统计，2008年我国的人造金刚石单晶总产量约51亿克拉，约占世界总量的80%以上，与2007年比约增长20%。

在品级方面，以中低档产品为主；在粒度方面，除5-10%的为超细颗粒和人造金刚石单晶外，其余为粗颗粒和中粗颗粒的人造金刚石单晶。

目前国内人造金刚石年需求量在50 亿克拉左右，基本都以中低档需求为主，高品级人造金刚石较少，约占总量的20%。

随着人造金刚石新的应用领域的不断开发，市场需求量将更加旺盛，专家预测国内人造金刚石单晶市场需求一直是持续以年均增长率在20%以上快速增长。

而国外人造金刚石生产厂家的生产规模增长缓慢，在中国人造金刚石生产厂家的巨大冲击下，许多不但不扩大规模，甚至转产，因此国内人造金刚石出口量也将迅速增长，国外市场相对国内需求量增长是5倍以上的放大效应。

所以在这种国际背景下，我国人造金刚石的需求年均增长率即使在国际金融危机冲击下，也将在20%以上。

现中国超硬材料及制品直接出口的国家和地区已达104个，若加上经香港等地的转口贸易，几乎遍及世界各地。

这充分说明中国超硬材料及制品被越来越多的国家所接受，国际市场越来越好。

中国金刚石已占美国进口总量的59%、占日本进口总量的40%。

金刚石材料应用的大门尚未真正打开，随着金刚石产品品牌增多和品级提高，作为新材料的一个重要分支，其未来极具发展潜力。

据专家预测，未来5年对优质粗颗粒和中粗颗粒人造金刚石单晶的需求日益增加，其需求量占市场份额的40%以上。

2、项目产品的市场定位和确定目标市场本项目采用国内先进的φ650mm缸径铰链式六面顶液压机合成人造金刚石，可根据市场需求调整粒度，生产以30＃～100＃为主峰和优质粗颗粒和中粗颗粒人造金刚石单晶；产品用于地质、石油、天然气等能源产业和石材、建筑、汽车制造、航空航天及精密加工行业。

3、市场中主要竞争者及其产品情况、产业格局及竞争趋势国外人造金刚石生产以GE公司和Element Six公司（元素六公司）为领军。

GE 公司人造金刚石单晶的质量和产量在西方国家中名列前茅；Element Six公司是包括英国、南非、爱尔兰、瑞典、德国等国在内的世界最大的金刚石跨国集团，控制着全世界天然金刚石的80%以上，又是人造金刚石单晶和立方氮化硼最大的科研和生产公司之一，采用两面顶压机，合成腔体其人造金刚石单晶生产周期长，质量优但生产成本昂贵。

国内人造金刚石单晶生产多采用铰链式六面顶液压机，人造金刚石单晶产量约占世界总量80%。

国内两大产业巨头为中南金刚石有限公司和黄河旋风股份有限公司。

中南公司现有六面顶液压机约1700台，主打机型为φ500mm和φ550mm缸径，人造金刚石单晶年产量约15亿克拉，在国内超硬材料行业占据龙头地位。

河南黄河旋风股份有限公司是上市公司，有1200台左右的六面顶液压机，机型以φ460mm缸径为主，人造金刚石单晶年产量约8亿克拉，位居国内第二。

国内第三位为山东昌润集团，现六面顶液压机约160余台，机型以φ460mm和φ500mm缸径为主，人造金刚石单晶年生产能力2亿克拉以上。

本项目采用的φ650mm缸径六面顶液压机，是目前国内生产规格最大、控制方式最先进的设备，其单位产出效率是φ460mm缸径压机的5倍多，φ500mm缸径压机的近3倍，φ550mm缸径压机的2倍多，具有十分显著的竞争优势。

据有关专家预测，随着项目φ650mm缸径大吨位压机的投入，国内人造金刚石单晶制造装备格局将会被更新，在未来5年，预计φ500mm缸径以下的小缸径、小吨位压将被逐步淘汰，转向φ650mm缸径大吨位压机的投入是超硬行业发展的趋势和必然。

（二）金刚石工具1、国内外市场状况金刚石工具由于充分利用并有效发挥了金刚石本身超硬、超耐磨、耐高温、耐腐蚀等优异的综合工具材料性能，已成为切割与保工花岗岩、大理石等各尖矿石，砖、耐火材料等各种建筑材料及钢筋混凝土建筑、沥青路面、机场跑道等不可替代的新型工具。

目前全球金刚石工具约为100亿美元，其中金刚石钻、切工具的应用最为广泛，约占市场容量的70%。

随着世界各国经济的复苏，特别是亚洲地区中国与印度经济的飞速发展，对能源的需求日益增长，油田钻井格外繁荣，PDC钻头供不应求，全世界钻井工业约需使用3亿美元的PDC钻头，国内市场仅石油钻井和天然气田钻探就有约4亿元人民币的市场需求。

切削用刀具复合片是金刚石工具的另一个重要分支，主要用于生产各种切削工具，包括车刀、铣刀和镗刀等，用来加工铜、铝等有色金属及其合金、硬质合金以及碳、石墨、塑料、橡胶、陶瓷、玻璃钢等非金属材料切削加工。

不仅是加工高硬度材料的理想刀具，而且适用于高速、精密和自动化加工，尤其是在以车代磨、以铣代磨方面，具有高效、低耗、适应性强、制造周期短等优点。

目前广泛应用于汽车制造、航空航天及精密加工行业，每年有近百亿元人民币的市场需求。

2、项目产品的市场定位和确定目标市场项目将重点研发系列优质钻井用PDC复合片和切削用刀具PDC复合片。

优质钻井用PDC复合片应用于硬地层、夹层、深井层井位或风险较大的地区油田及天然气田的开采和钻探。

如国内新疆油田及四川天然气田等，地质条件相对复杂，现国产PDC复合片不能满足其要求，采用部分价格昂贵的进口PDC复合片。

切削用刀具复合片主要制作成各种车刀、铣刀和镗刀，用于汽车、摩托车、航空、矿山、电子、玻璃等行业的高精密和高难度的机械加工。

3、市场中主要竞争者及其产品情况、产业格局及竞争趋势美国合成公司于1983年进入PDC市场，1997年成为了钻井PDC市场份额的领先者，如今世界上钻井用高品质PDC的主要供货商是合成公司DI（Diamond Innovations 即原来的GE公司），E6（Element 6 即原来的De Beers）公司，其次是梅加金刚石公司。

现国内PDC复合片生产厂家有郑州新亚复合超硬材料有限公司和深圳市兆丰达复合片开发有限公司，郑州新亚复合超硬材料有限公司是国内最大的，与国际同行相比，处于第四位，其产品规格与国外产品已基本接近，产品质量及可靠性也进一步提高，基本上能满足国内外钻头客户用于钻进软—中硬地层钻头的技术要求，大大促进了我国能源工业的发展与技术进步。

4、本企业在市场中所处的地位湖南航天泰山工业有限公司（原湖南泰山机械厂，内部代号7803厂）是○六八基地长期致力于超硬材料行业主要装备----六面顶液压机和人造金刚石单晶科研和生产重要企业。

自1986年加入超硬材料行业以来，其产品和生产能力在超硬材料行业中有着较高的地位，压机制造就素有“南有航天,北有大连”称号，“华鹏”人造金刚石产品在国内大型制品单位为免检产品。

公司先后自主开发研究出40余种不同产品投放市场，先后为公司也获得了不少名誉，其中“HTDS-030 6×8MN六面顶液压机”获得航空航天部科技进步一等奖，“CZX928-B 车钻铣机床”获得航空航天部科技进步一等奖，粗颗粒高强度人造金刚石单晶合成工艺研究获航空航天部科技进步一等奖，“HTDS-034DM 6×21MN铰链式人造金刚石六面顶液压机”通过了湖南省新技术、新成果鉴定，并认定为新产品，还获得了省国防工办科技成果推广一等奖。

基地所属的湖南航天泰山工业有限公司（原湖南航天7803厂）从事超硬材料已经二十多年，是国内较早从事超硬材料及制品制造和铰链式六面顶液压机研制生产的企业之一，生产的人造金刚石单晶及其制品和铰链式六面顶液压机在国内同行业中具有较高的知名度。

人造金刚石单晶生产规模在国内同行业名列第九，且单晶质量、单位产出和设备使用挖潜能力一直是国内其他规模化厂家仍无法超越的。

三、国内外技术发展现状及趋势(一)人造金刚石1、国内外技术发展现状人造金刚石生产工艺是通过高温超高压条件，使得石墨片层局部形成C-C 键，完成石墨晶格结构向金刚石结构的转变。

世界上人工合成金刚石的专用超高压设备，在工业生产中实际应用的主要有3类：年轮式（环带式）两面顶压机，欧美及日韩等各国在广泛使用；凹模式（双面凹）两面顶压机，俄罗斯等独联体国家使用；六面顶液压机，主要在中国使用。

国外比较著名的几大公司多使用大吨位两面顶压机合成人造金刚石，腔体利用空间大（可采用70-80mm合成腔体），单次产量高，高品级金刚石所占的比例高，可以达到50%～60%左右。

但生产周期长，对操作的技术要求高，制造成本非常昂贵。

随着我国科技人员的不断研究开发和改进，国内人造金刚石制造工艺也突飞猛进，人造金刚石的品级及其性能得到大幅度提高，达到了世界前列。

如最高品级人造金刚石冲击韧性TI(Toughness Index)值由原来的85(筛上物％：表示未破碎颗粒的百分比)提高到95以上；从TI和TTI(Thermal Toughness Index)检测标准来衡量，水平基本达到发达国定最高档产品指标，TI-TTI值≤3%，次高档产品的TI-TTI值≤10%；最高品级金刚石的静压强度(单颗粒静压破碎负荷值)已经远超过100kg（原来是50kg）；合成腔体由18mm到现有的52mm，产次单量由原来的40克拉提高到现在的250克拉。

这些粗粒度、高韧性、高强度的重要指标都达到了美国MBS900系列和英国、德国的SDA系列、SDB系列、和DSN系列产品的水平。