金刚石工具制造企业，大行业，小公司

中游环节主要为各类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。该产业链环节 分类杂、产品形态多，使用范围广，故行业集中度较低，行业里多为小规模公司。

下游：多种高端制造核心零部件，CVD 法有望进一步拓展终端应用场景。

目前金刚石终端应用仍以传统建筑石材切割为主，占据销售额的 50%，规模 22 亿；机械、电子板块增幅快（包含光伏切割、消费电子切割，现阶段占比 28%，规模 13 亿），未来有望成为工业金刚石需求重要增长领域；资源开采/地质钻探主要使用 工业金刚石与硬质合金构成的复合片（市场份额 17%，规模 8 亿），随油服/矿山开 采市场增长；未来 CVD 法生产的工业金刚石，可用于半导体领域的集成电路芯片、 散热片等，以及军工的导弹整流罩、红外光学窗口等。

1.2. 自然界最硬物质，高端金刚石工具进口替代空间大

金刚石：自然界最硬物质，人工制造打开应用空间。金刚石俗称“金刚钻”， 是钻石的原身，它是由碳元素组成的矿物，是碳元素的同素异形体，在地球深部高压、高温条件下形成一种由碳元素组成的单质晶体。金刚石具有很高的硬度和耐磨 性，是目前自然界中最硬的物质。

工业金刚石原料：分为金刚石单晶及金刚石微粉两种形态

工业金刚石产品类型为金刚石单晶和金刚石微粉。金刚石单晶产品根据颗粒形貌 和应用领域不同可进一步细分为磨削级单晶、锯切级单晶和大单晶，金刚石微粉产品 根据颗粒形貌和应用领域不同可进一步细分为研磨用微粉、线锯用微粉和其他工具用 微粉。

金刚石工具按照使用方式一般可划分为锯切工具、磨削工具和钻进工具。金刚石 工具广泛应用于石材、玻璃、陶瓷、硅片、硬质金属、合金、宝石、玛瑙、玉器等各 类材料的切、削、磨、钻，其终端应用已涵盖建材石材、装备制造、汽车制造、家用 电器、电子电器、清洁能源、勘探采掘等诸多领域。

传统金刚石工具市场份额不断提升，高端金刚石工具仍需进口。国产金刚 石工具在技术工艺水平和中低端产品质量方面与国际企业基本持平，建筑石 材、光伏硅片加工领域发展迅速，国内产品取代进口并大量出口；但半导体精 密加工中聚晶立方氮化硼（PCBN）、聚晶金刚石（PCD）加工仍以进口为主， 而航空航天等行业的应用刚刚起步。总体上，中国超硬材料在精加工方面与国 外先进水平相比仍有较大发展空间。

1.3. 高温高压法制备磨削/切割工具，CVD 法适用半导体+军工

全球人造金刚石行业主要有高温高压法（HTHP）和化学气相沉积法（CVD） 两大类生产方法，目前国内人造金刚石产品生产主要采用高温高压法（HTHP）， 两种技术形成优势互补、协同发展的良性局面。

高温高压法：垄断我国现阶段工业金刚石产能

高温高压法合成人造金刚石的过程如下：由石墨粉、金属触媒粉和添加剂按照 原材料配方所规定的比例混合后再经过造粒、静压、真空还原、检验、称重等工序 制作成石墨芯柱，然后将石墨芯柱与复合块、辅件等密封传压介质组装在一起形成 可用于合成金刚石单晶的合成块，之后放入六面顶压机内进行加温加压并长时间保 持恒定，待晶体生长结束后停热卸压并去除密封传压介质取得合成柱，之后进行提 纯处理和分选检测获得金刚石单晶。

CVD 法：量产+成本下降难突破，未来应用范围大

CVD 法（化学气相沉淀）钻石是以一块天然钻裸石为母石，利用高纯度甲烷、 加上氢、氮等气体辅助，在微波炉中以高压方式，让甲烷中与钻石一样的碳分子不 断累积到钻石原石上，经过一层层增生，可形成大至 10 克拉之透明钻石；该法能够 制备纯度较高、尺寸较大的金刚石颗粒和金刚石膜，具有更高的利用价值，同时随 着技术的进步，可以工业化生产的尺寸也显著扩大，应用价值持续提升，应用领域 也进一步拓展，未来有望广泛应用于电子器件、激光器、导弹、航天等领域。

MPCVD 法是当前世界上研究和制备金刚石薄膜的主流方法。MPCVD 法可以 制备面积大、均匀性好、纯度高、结晶形态好的高质量金刚石薄膜，适合在各种曲 面（异形表面）上涂复金刚石薄膜，能制备各种不同需要的金刚石薄膜制品。并且 可以原位实施基体与金刚石薄膜之间的中间层的多种不同处理工艺，适用性强。设 备具有使用操作简便，能长期稳定运行，生产的重复性好，能耗低，运行成本低的 优点。

两种技术互补，协同发展：两种生产方法采用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，主要产业应用也侧重在不同的终端领域。 我国目前主要采用高温高压法（HTHP），在未来相当长的时间内，HTHP 和 CVD 将保 持共同发展的态势，这是人造金刚石行业的基本特色。

2. 需求：光伏高端制造需求向好，半导体/军工未来空间大

2.1. 现阶段（高温高压法）：建筑、油服市场稳健，光伏、消费电子 快速发展

现阶段工业金刚石行业规模约 45 亿,其中产品 50%（约 22 亿）下游应用于建筑 石材切割，28%（约 13 亿）用于高端制造、光伏、消费电子衬底切割，17%（约 8 亿）用于资源开采、地质勘探等； 传统建筑石材用金刚石切割工具需求稳定：通过切割、磨削等方式来加工石材 等产品，属于工业金刚石传统应用加工领域，成本低廉，切割效果良好，是目前主 流的建材切割工具；在国家政策支持下，以及城市化进程加速和住宅更新换代的巨 大需求，中国建筑行业逆势增长将进一步激活，市场规模整体呈上升趋势，预计到 2035 年，中国的城镇化率达 75%，工业金刚石工具随建筑工业发展平稳增长。

高端制造“汽车+N”市场大涨，“进口替代+合金替代”共促放量：以工业金 刚石为原料制造的 PCD（聚晶金刚石）刀具/微钻等产品，广泛应用于下游多种精密 机械加工，汽车、消费电子、钢铁加工、航空航天等多种领域，需求因 1、高端制 造需求增加促机床数量增加+开工率提升，机床升级+老旧替换共促行业进入上行周 期，2、精细化生产对高性能刀具提出更多要求，超硬刀具取代硬质合金刀具成发展 趋势，3、我国“1+N”市场驱动超硬刀具行业强势扩张共促放量。

光伏大赛道，硅片切割精细化要求不断提升：因度电成本不断下降、综合优势 明显，加之全球能源政策利好，光伏发电量和渗透率在过去十年间增长迅猛，新增 装机量 2010 年至 2020 年 10 年间增长将近 20 倍；预计 2030 年中国光伏新增装机需 求达 416-537GW，CAGR 达 24%-26%；全球新增装机需求达 1246-1491GW，CAGR 达 25%-27%，光伏装机需求未来十年迎来十倍增长，拥有巨大的市场空间；金刚线 切割具有薄片化切割、减小切口损失、降低硅料损耗、提高加工效率、提高出片 率、降低污水及 COD 排放等优势，可以大幅降低硅片生产企业成本，提高硅片品 质，未来金刚线需求有望随硅片放量大幅增长。

消费电子高景气，蓝宝石切割需求旺盛：随着 LED 厂商大幅扩产、智能手机用 摄像头保护玻璃、指纹识别保护镜片的规模扩大，全球消费电子市场扩大+蓝宝石在 智能设备领域渗透率的增加，蓝宝石衬底需求高景气发展；金刚线作为其核心切割 耗材，需求同步大幅增加。 碳化硅衬底：新能源车+光伏需求崛起，国产替代有望突破，未来金刚石线切割 新市场。 综合考虑下游各细分子行业发展增速，预计至 2025 年工业金刚石需求端合计约 88-114 亿元，复合增速 18%-26%。（报告来源：未来智库）

2.2. 中长期（CVD 法）：第四代半导体材料应用广，军用未来可期

CVD 法制备人造金刚石因其耐高压、大射频、低成本、耐高温等诸多优势，被 普遍认为是制备下一代高功率、高频、高温及低功率损耗电子器件最优材料；CVD 法 人造金刚石根据原子排列方式不同又分为多晶金刚石及单晶金刚石，其中多晶金刚石 多用于半导体领域热沉材料的制造（散热片），单晶金刚石因其原子规则排列、一致 性强等优势，有望在半导体衬底等多种领域大幅应用。

单晶人造金刚石：第四代“终极半导体”晶圆制造：半导体材料是制作半导体器件 和集成电路的电子材料，目前第三代宽禁带材料主要为碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）、 氮化铝（ALN）、氧化镓（Ga2O3）等，近 10 年世界各国陆续布局、产业化进程快速 崛起；展望未来，CVD 法人造金刚石可通过晶圆拼接方式制作大面积单晶晶圆，作 为半导体芯片衬底可完全解决散热问题及利用金刚石的多项超级优秀的物理化学性 能，制造第四代“终极半导体”。

半导体产业链：衬底为技术壁垒最高环节，价值量占比 40%-50%。半导体产业 链由衬底、外延构成基础材料，通过芯片设计、制造、封测分装，最终应用于新能源、 电子等诸多领域。其中衬底的制造是产业链技术壁垒最高、价值量最大环节，衬底材 料选择将成为未来新一代半导体发展重要方向。 耐高压、大射频、低成本、耐高温，多重特性助推金刚石成下一代半导体材料： 金刚石禁带宽度 5.5 eV 超现有氮化镓、碳化硅等，载流子迁移率也是硅材料的 3 倍， 同时金刚石在室温下有极低的本征载流子浓度，且具备优异的耐高温属性。基于这些 优异的性能参数，金刚石被认为是制备下一代高功率、高频、高温及低功率损耗电子 器件最有希望的材料。

现阶段大尺寸单晶金刚石晶圆制备技术主要有同质外延生长、马赛克拼接以及异 质外延生长等方法，通过高能粒子轰击、拼接生长以及其他衬底缓冲层生长等方式， 实现单晶金刚石晶圆的大尺寸制备。

半导体景气高涨，带动上游材料市场需求扩张：在 5G、物联网、汽车、云计算 等需求的带动下，半导体市场需求持续增长，中国大陆半导体材料市场规模从 2016 年起逐年增长，2017 年达到 76 亿美元，2020 年增 长至 97.83 亿美元，2017-2020 年复合增长率为 7.8%；2020 年中国大陆半导体材料市场 规模超过韩国成为全球第 二，同比增速为 19.45%，是全球仅有的两个增长市场之一，2021 年中国大陆半导体 材料市场规模达到 119 亿美元，同比增长 21.94%。

5G 信息化发展促新材料研发紧迫性提升：随着 5G 通讯时代全面展开，金刚石 单晶材料在半导体、高频功率器件中的应用日益凸显，目前全球各国都在加紧金刚石 在半导体领域的研制工作，其中日本已成功研发超高纯 2 英寸金刚石晶圆量产方法， 其存储能力相当于 10 亿张蓝光光盘。金刚石单晶及制品是超精密加工、智能电网等 国家重大战略实施及智能制造、5G 通讯等产业群升级的重要材料基础，相关技术的 突破与产业化对于智能制造、大数据产业自主安全具有重大意义。

市场规模测算：假设 1：假设半导体材料随下游半导体市场快速增长，考虑到在新能源、互联网、 云计算、数据中心、消费电子等诸多领域信息化发展对半导体的庞大需求，预计至 2025 年半导体材料同比增速在 10%-15%之间； 假设 2：现阶段半导体材料市场结构可分为晶圆制造材料和封装材料，其中晶圆 制造材料占比 63%、封装材料占比 37%，假设后期该比例不发生明显变化； 假设 3：根据美国 Akhan 半导体公司预测数据显示，假设未来单晶金刚石大尺寸 晶圆成本显著下降，金刚石晶圆因其优异性能逐渐放量并占据相应市场份额，渗透率 随产能建设不断提升，至 2025 年渗透率达 10%。 综上，预计至 2025 年单晶金刚石晶圆市场需求 65.4 亿美元，2022-2025 年累计 需求 138 亿美元，折合人民币 963 亿元。

多晶人造金刚石因散热性强、成本低、尺寸大，有望应用于大功率散热片：多晶 金刚石作为大功率芯片、电子器件散热片方面具备高性能优势，未来随产量提升+成 本下降有望在半导体散热片领域得到大规模应用。目前元素六公司已实现 4 英寸电子 级多晶金刚石的商业化量产，国际最大制备尺寸可达 8 英寸，随着 MPCVD 技术的改 善升级有望与现存的 8 英寸半导体晶圆制造产线兼容，最终实现多晶金刚石热沉材料 在半导体材料产业的规模化应用推广。

新一代国防军工防御品：CVD 法制备的工业金刚石因其高硬度、强导热率与红 外透光率等优异性能，未来有望在军事上有诸多用途。如用于抗热冲击、耐高温的 导弹整流罩；红外透光率高、激光折射损耗度低的红外光学窗口；高强度、高硬度 等性能可用于单兵防弹衣以及坦克、舰艇等外层防护层，军事上 CVD 法工业金刚石 应用空间大。

以光学窗口应用为例，金刚石性能优异，应用于红外窗口可以提高武器装备的 性能，具有很高的军事应用价值。金刚石硬度最硬，机械性能好，可以承受极端战 场条件下高速雨滴和沙粒的冲刷及由于高速飞行引起的气动加热和热震等；金刚石 热导率最高，可减轻噪声，促进武器装备效能的发挥；金刚石还拥有理想的红外透 过能力，是现有红外窗口理想的保护层或替代材料；除此之外,金刚石对于硅、锗来 说，是增透膜材料,因此可以有效地减小硅、锗在 8~14μm 波长内的反射，提升武器 装备的性能。

3. 供给：高温高压法至 2025 年供给复合增速 23%，CVD法突破后有望放量