作者:邱世梁、王华君联系人:王洁若来源:浙商机械国防团队报告浙商机械国防团队:致力于做深、做好研究!如您认可我们的研究,恳请在打分派点上酌情支持!非常感谢!行业观点工业金刚石:上游中国垄断、中游分类众多,下游应用场景多发展空间大1)产业链:上游看中国,我国垄断全球95%工业金刚石制造,目前工业金刚石单晶+微粉近150亿克拉,掌握全球工业金刚石行业规则制定及产品定价权;中游因工业金刚石高硬度、耐高温等多个优异性能,制作成砂轮、切割线、刀具等多种形态产品,广泛应用于下游石油钻探、石材切割、光伏切割等市场,使用范围广、应用场景多。2)高温高压法主供应,CVD法未来可期:目前工业金刚石主要由高温高压法制备,产品适用于多类钻探、切削工具;CVD法工业金刚石因其射频大、耐高压、透波强等诸多声光热电领域优势,未来有望在半导体衬底、晶圆制备及红外光学窗口、武器装备方面有多种应用。需求:短期光伏+高端制造,长期四代半导体+军工,预计至2025年复合增速18%-26%1)高端制造、光伏、消费电子快速上量,预计至2025年需求复合增速18%-26%:目前工业金刚石年市场需求约45亿元,其中建筑石材需求占比50%(约22亿元),光伏/高端制造/消费电子占比28%(约13亿元),资源开采占17%(约8亿元),后期随“汽车+N”高端制造市场促超硬刀具/微钻需求上涨、“绿电”光伏大赛道促金刚线切割快速放量、蓝宝石衬底受益消费电子不断攀升,预计2025年工业金刚石需求88-114亿元,复合增速18%-26%。2)未来半导体+军工,材料引领变革:CVD法工业金刚石因耐高温、射频大、耐高压等多项优异性能,未来有望在半导体散热片、晶圆制造领域大幅放量、在军工导弹整流罩、红外光学窗口、防弹领域也有大应用空间。如在半导体和国防领域规模推广,需求将上一大台阶。供给:受设备增加、压机换新、工艺限制,工业金刚石供不应求致价格进一步上涨1)高温高压法工业金刚石制造:存量压机7000-9000台,年扩产上限1500台(培育钻石+工业金刚石);扩产核心因素:压机数量增加(核心零部件铰链梁产能受限,致压机年扩产额受制约)、设备升级(合成腔室变大显著提升单次产量,同比增长75%)、工艺升级(单炉时间缩短,单产值提升)共促发展。2)竞争格局:中兵红箭、黄河旋风、力量钻石、豫金刚石供应我国超73%高温高压法工业金刚石,前三家供应约65%份额;后期随其他中小型企业的不断扩张,上述三家企业合计市占率预期将有所下降,预计至2025年市占率下降至60%;综合考虑扩产计划,预计行业总产值至2025年达103亿元,复合增速23%。4)结论一:因扩产速度有限,扩产受限+产能挤压+需求增加,现有市场供不应求可能导致价格进一步上涨,工业金刚石未来盈利能力有望进一步提升;结论二:CVD法工业用途仍在研发阶段,后期稳定量产+价格下降,具备明显性能优势及成本优势后,有望在半导体、国防军工等领域打开大发展空间。竞争格局:中兵红箭为工业金刚石龙头,黄河旋风、力量钻石布局较少我们详细比较了三大龙头优劣势,详见正文。我们认为中兵红箭被低估:(1)中兵红箭:抗风险能力强:国企+现金多负债少+工艺技术好+工业金刚石行业龙头地位稳固,存量压机最多产能大;改善空间大:压机结构改善+工艺改善+CVD法技术储备最先进公司之一+金刚石涨价,长期业绩弹性大,被明显低估;黄河旋风、力量钻石工业金刚石布局较少,四方达CVD法未来有望生产应用于半导体、军工领域工业金刚石。投资建议:工业金刚石发展空间大——中兵红箭、黄河旋风、力量钻石、四方达工业金刚石发展空间大,重点推荐中兵红箭、黄河旋风、力量钻石、四方达。(1)中兵红箭:全球培育钻石原石+工业金刚石双龙头,军工业务将扭亏,业绩弹性大;(2)黄河旋风:业务高景气,历史包袱逐步卸载,利息和减值有望改善,业绩反转向上;(3)力量钻石:行业新秀崛起,短期业绩增幅大。(4)四方达:CVD法人造金刚石未来之星风险提示:竞争格局变化和盈利能力波动、CVD法技术突破的风险1.工业金刚石:工业制备基础产品,我国垄断上游制造1.1.工业金刚石产业链:上游中国垄断,中游种类多,下游应用广上游:世界看中国,中国看河南。我国垄断全球工业金刚石单晶+微粉制造,市场存量压机7000-9000台:我国自2001年突破工业金刚石关键粉末触媒技术后,工业金刚石行业得到了快速发展,在以河南省为核心的多家工业金刚石企业,技术先进、产能充足、产业链配套齐全,已形成研发、生产一体化的超硬材料产业集群,2020年我国工业金刚石总产量200亿克拉(工业金刚石单晶+金刚石微粉+金刚石复合片),其中工业金刚石单晶+微粉145亿克拉,垄断全球95%工业金刚石原料市场份额。技术突破致价格下跌,近些年受下游需求旺盛+培育钻石产能挤压显著上涨。工业金刚石早期由欧美等国家垄断,产品价格居高不下,可达100美元/克拉;中南钻石于2001年通过自主研发突破了关键粉末触媒技术,开启了人造金刚石快速发展道路,产品因产量大幅提升价格快速下降,2015年前后跌至0.1元/克拉,多家工业金刚石企业迎来“至暗时刻”;2020年起,受光伏、消费电子、新能源汽车制造等高端制造领域快速增长需求,以及培育钻石对工业金刚石带来的产能挤压,工业金刚石供不应求产品价格上涨,后续有望维持高位甚至进一步上升。中游: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。本文重点分析人造金刚石中用于工业领域的金刚石原料、工具、应用场景及相关上市公司。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。金刚石制备工具性能优异:金刚石工具具有超硬、超耐磨、耐高温、抗氧、抗腐蚀等优异的性能,具有较低的摩擦系数、较高的导热性能和较低的热膨胀系数,是一种非常特殊且不可替代的新型工具;如图所示,普通硬质合金车刀每磨除1克金属需要消耗磨料4-15克,而金刚石车刀仅消耗2-4克;普通硬质合金打磨汽车发动机气缸需300块碳化硅磨石,而金刚石磨石仅需一块,损耗大大降低;其余在加工表面精细度、椭圆度/锥度以及成本节约等方面,金刚石工具都具备显著优势。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。油服市场回暖,资源开采用金刚石进一步扩容:自2020年四季度以来,油气开采类产品市场景气度正在逐步回升,截至2022年3月,活跃钻机数已增至661台,逐步恢复至疫情前水平。随着世界经济的进一步恢复和油价的走高,未来这一趋势有望持续;PDC钻头具有高磨损性,属于油气开采过程中的耗材,随着钻井数量增多+钻井深度增加,钻头需求量也将增长,从而带动石油复合片市场进一步扩容。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