1复合超硬材料简介

    1.1复合超硬材料基本情况

    金刚石和立方氮化硼等材料由于其极高的硬度，统称为超硬材料，具有硬度高、耐磨和热传导性能好、热膨胀系数低等优异性能。

    目前，超硬材料主要分为单晶超硬材料和聚晶超硬材料（也称为“复合超硬材料”）两类。单晶超硬材料主要为单晶金刚石/立方氮化硼微粉；聚晶超硬材料主要是指以金刚石或立方氮化硼与相关粘结剂经过烧结工艺制备的复合材料。

    两类材料的主要区别为：单晶金刚石/立方氮化硼材料的特点为硬度更高、耐热性更好，但尺寸较小，多用于制造锯片等切割工具；聚晶金刚石/立方氮化硼的特点是硬度、耐热性略逊于单晶材料，但是由于聚晶超硬材料是内部结构紧密的金刚石致密体，可以增加工具的切割面积，同时克服了单晶超硬材料由于粘结面积小造成的容易从锯片表面脱落的弊端，具有更高的耐磨性。

    总的来说，复合超硬材料相对于传统合金材料具有强大的替代性，市场潜力更大，广泛应用于机械、冶金、地质、石油、煤炭、石材、建筑等传统领域，电子信息、航天航空、国防军工等高技术领域以及汽车、家电等新兴产业。

    1.2复合超硬材料的主要产品用途

    当前，复合超硬材料的产品主要分为四类：石油天然气钻头用聚晶金刚石复合片、煤田矿山用聚晶金刚石复合片、聚晶金刚石高品级拉丝模坯和刀具用聚晶金刚石/聚晶立方氮化硼复合片。

    （1）石油天然气钻头用聚晶金刚石复合片

    石油天然气聚晶金刚石复合片是由无数微小金刚石颗粒和粘结剂混合组成的切削层和硬质合金衬底层在高温高压下烧结合成的，具有很高强度、硬度、耐磨性、抗冲击性以及良好的自锐性，这些优良特性使其能够应用在岩石的钻探领域。该产品主要作为石油天然气钻头的切削齿，是钻头上起到切削和掘进的核心部件。

    （2）煤田矿山钻头用聚晶金刚石复合片

    由于具有硬度高、耐磨性强、抗冲击韧性良好等特点，复合超硬材料除了可用于制作石油天然气用钻头外，还可用于制作煤田矿山钻头用PCD复合片，其用途并不局限制造于煤田和矿山作业用的钻进和切割工具，还可广泛应用于制造建筑建造、水电工程施工、凿岩破碎、公路修补等众多领域的钻进工具。

    （3）聚晶金刚石高品级拉丝模坯

    拉丝模是各种金属线材生产厂家（如电线电缆厂、钢丝厂、焊条焊丝厂等）拉制线材的一种非常重要的易消耗性模具。拉丝模的适用范围十分广泛，主要用于拉拔棒材、线材、丝材、管材等直线型难加工物体，适用于钢铁、铜、钨、钼等金属和合金材料的拉拔加工。复合超硬材料是制造高品级拉丝模最为理想的材料。

    （4）刀具用复合片

    使用PCD/PCBN刀具复合片制造的刀具可以替代几乎所有传统硬质合金材质的刀具，用途十分广泛，包括制造汽车零部件、加工木材、开采石材、数控机床刀头等。基于其下游行业规模庞大，市场对于刀具用复合片的需求量也十分巨大。

    1.3复合超硬材料行业技术现状剖析

    复合超硬材料生产的核心环节在于对单晶超硬材料和粘结剂的原材料配方处理；核心技术在于对单晶超硬材料和相应粘结剂通过高温高压进行烧结的工艺。市场上产品质量过硬，具有明显竞争优势的厂家无不具有独特的配方和先进的生产工艺，上述两点构成了复合超硬材料行业的核心竞争力。在我国行业发展初期，我国复合超硬材料产品与国际先进产品相比在耐磨度、硬度、复合片均匀度和复合片尺寸等技术指标方面均存在一定的差距。但随着我国业内企业和科研人员不断钻研，充分发挥了六面顶压机的性能优势、克服了劣势，我国复合超硬行业技术水平已经形成了自身特点，并且在总体技术指标上接近或达到了国际先进水平。

    外国生产厂商以二面顶压机为主（如E6，DI、住友、日进为两面顶，USSynthetic，MegaDiamond、Novatek等为六面顶），我国生产复合超硬材料的压机以六面顶压机为主（如四方达、新亚、海明润为六面顶、江钻为两面顶）。两种设备各有特点，两面顶压机每组压缸、顶锤的造价较高，高压腔尺寸相对较大，适合生产尺寸较大的产品；六面顶压机每组顶锤的造价较低，操作方便，高压腔尺寸相对较小，适合生产尺寸较小的产品。但是随着近年来六面顶压机的大型化，其能生产的产品尺寸也越来越大，与两面的的差异越来越小，我国四方达公司已经可以生产直径46毫米的PCD复合片，预计在不远的将来，直径2英寸的复合片也可以在六面顶压机上生产出来。

    2复合超硬材料的行业市场分析

    2.1复合超硬材料行业市场规模现状

    根据市场调研和对下游市场需求、境外主流复合超硬材料制造商销售数据的分析，按照主要产品分类估算2009年主要复合超硬材料的市场容量如下：石油用PDC全球市场容量约为97亿元人民币，其中国内市场容量约为6亿元人民币；煤田矿山用PDC复合片由于下游产业矿山工具市场极其广阔，其全球市场容量超过200亿元人民币；PCD高品级拉丝模坯目前的全球市场容量约为5亿元人民币，但随着其性价比优势逐渐得到下游客户的认可未来几年内市场容量将增长至10亿元人民币以上；刀具用PCD复合片的市场容量也达到100亿元人民币以上。可见，复合超硬材料的市场容量巨大，且行业前景极其广阔。

    2.2复合超硬材料行业竞争格局分析

    总体而言，来自美国、日本、爱尔兰等国的老牌复合超硬材料制造商在科研积累、行业经验、技术工艺、产品质量上保有一定程度的领先优势，在国际市场上占领了较大的市场；同时，来自韩国、中国等国的一批新兴复合超硬材料制造企业经过十几年的技术科研开发和生产工艺探索，也形成了各具特色的生产工艺、优势产品，此外凭借一定的价格优势占据了一部分市场，其产品范围、经营领域和市场份额正在不断地扩大，成为复合超硬材料市场不可忽视的竞争力量。

    根据对行业内厂商、下游用户的走访调查，复合超硬材料的主要产品各主要公司的全球市场占有率如下：

    表1pcd拉丝模坯市场占有率

    公司市场占有率

    DI公司56%

    日本住友33%

    四方达5%

    其他6%

    合计100%

    表2复合超硬刀具材料市场占有率

    公司市场占有率

    元素六30%

    DI公司20%

    日本住友18%

    韩国日进9%

    MegaDiamond4.5%

    TomeiDiamond4.5%

    Dennistools4%

    其他10%

    合计100%  

    表3石油天然气用pcd市场占有率

    公司市场占有率

    USSynthetic35%

    元素六33%

    DI公司、MegaDiamond、Novatek、Dennistools29

    郑州新亚、四方达、海明润等其他公司3%

    合计100% 

    2.3复合超硬材料行业下游行业剖析

    根据对复合超硬材料下游厂商的调研，复合超硬材料在下游产品成本中所占比重约占30%-60%，由于复合超硬材料制品的用途差异很大，各类制品中复合超硬材料所占比例也各有不同，但一般而言，复合超硬材料占据了下游制品成本的主体部分。

    2009年全球石油用钻头市场容量预计将达到400亿元人民币、矿山用钻头市场容量接近1000亿元人民币、复合超硬材料刀具的市场容量为500亿元左右，下游市场的稳定需求和乐观的发展前景是复合超硬材料行业发展的有效保障。

    3复合超硬材料行业的发展前景

    3.1下游需求稳定且潜力巨大

    可以预见石油开采、矿产资源开发在未来的几十年甚至几百年内都将是人类生存、发展的基础保障，且随着人类对资源需求的持续增长在上述领域的投入将不断扩大，这样的发展趋势赋予了钻头聚晶金刚石复合片良好的发展预期。另外，线材加工、汽车/航天零部件、木材/石材加工的巨大需求也使得PCD拉丝模坯和刀具用PCD/PCBN复合片具有稳定和持续增长的下游市场。此外，复合超硬材料相对于传统硬质合金材料的强大替代功能更是给复合超硬材料带来了十分光明的发展前景和巨大的潜在市场容量。

    3.2行业毛利率将保持较高水平

    由于复合超硬材料行业具有较高的行业壁垒，且市场需求旺盛，本行业近年来保持了较高的行业毛利率。根据对该市场规模较大的主要厂商的调研，本行业近三年来的平均毛利率分别为31.6%、30.4%和35.3%。复合超硬材料的定价依据主要为其产品的性能的优劣，相对于市场传统合金超硬材料和现有产品性能更先进、质量更稳定的复合超硬材料即可保持较高的市场销售价格，而复合超硬材料的生产成本主要集中在原材料和技术研发支出，在上述生产成本得到较好控制的前提下，复合超硬材料的行业盈利水平将得以保持在较高水平。