超硬材料行业深度分析：工业金刚石持续高景气培育钻石未来新风口.pdf

第1页/共39页 本报告版权属于中原证券股份有限公司 请阅读最后一页各项声明 新新材料材料工业金刚石持续高景气工业金刚石持续高景气，培育钻培育钻石未来新石未来新风口风口 超硬超硬材料行业深度分析材料行业深度分析 证券研究报告证券研究报告-行业深度分析行业深度分析强于大市强于大市(首次首次)新材料新材料相对沪深相对沪深 300 指数表现指数表现 资料来源：Wind，中原证券 相关报告相关报告发布日期：2023 年 03 月 23 日 投资要点：投资要点：超硬材料通常是超硬材料通常是硬度特别高的材料硬度特别高的材料，主要用于金属及合金材料、高硬脆材料、复合材料、软韧材料以及难加工材料的加工，同时作为一种重要的功能材料，可应用于电子电器、装备制造、航空航天、国防军工、医疗检测和治疗等高科技领域。目前常见的超硬材料有天然金刚石、人造金刚石、立方氮化硼等。全球工业用超硬材料主要为工业金刚石，其中超过 90%为人造金刚石。工业金刚石应用领域广阔，市场需求大，我国拥有上游定价权工业金刚石应用领域广阔，市场需求大，我国拥有上游定价权。我国是全球第一大人造金刚石生产国，垄断了全球 95%工业金刚石领域市场份额，具有 HTHP 法工业金刚石定价权。工业金刚石单晶作为磨削抛光类超硬材料制品原材料，在勘探采掘、建筑石材领域保持重要地位。机械、光伏、化工、航空航天对材料及加工工具提出了更高的要求，拉动金刚石微粉相关市场需求持续增长。CVD 金刚石金刚石可作为高新技术材料在半导体、光学、量子技术等工可作为高新技术材料在半导体、光学、量子技术等工业领域有广阔的应用空间。业领域有广阔的应用空间。CVD 法合成金刚石具有尺寸大、低杂质浓度、高结晶质量等优点，在大尺寸、高纯度金刚石制备与掺杂研究方面优势更明显，电学、光学、热学、声学等方面性能优异，是一种具有巨大开发潜力的功能性材料。近年来各国陆续布局半导体产业，产业化进程快速崛起。金刚石禁带宽度达 5 eV，是当前单质半导体材料中带隙最宽的材料，同时具有高击穿电场、大饱和载流子速度、高载流子迁移率和底介电常数等优异电学性质，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，有望成为第四代半导体材料。培育钻石巧夺天工，低渗透高增长汇聚投资培育钻石巧夺天工，低渗透高增长汇聚投资价值。价值。培育钻石是人造金刚石中的宝石级大单晶，是依靠超硬材料工业技术不断发展而诞生的品种。随着合成工艺不断改进，宝石级大单晶技术获得突破，已经可以合成出 30 克拉的无色钻石，人工钻石也从工业品市场逐渐走向消费品市场。2021 年全球培育钻石产量为 900 万克拉，天然钻石产量为 1.16 亿克拉，培育钻石产量渗透率仅为 7%；从产值上看，2021 年全球钻石消费为 840 亿美元，培育钻石珠宝消费为 44 亿美元，产值渗透率为 8%。从渗透率来看，培育钻石未来具有比较大的增长空间。投资建议：投资建议：我国超硬材料企业已经形成了比较集中的产业集群和相对完善的特色高技术产业链，工业金刚石应用范围广，未来市场空间大。建议关注超硬材料和培育钻石产业链上游人造金刚石及其微粉制造环节，下游金刚石线和金刚石刀具等应用环节的相关标的：-30%-20%-10%0%10%20%2022.32022.62022.92022.122023.3新材料指数沪深300rQoNqQmOuMoOrNoMmMqPvNbRaO9PoMoOpNnOfQrRpMfQsQmPbRoPtNMYmRzRvPpMqM第3页/共39页 新材料 本报告版权属于中原证券股份有限公司 请阅读最后一页各项声明 内容目录内容目录 1.超硬材料市场空间广阔，超硬材料市场空间广阔，CVD 金刚石有望成为下一代半导体材料金刚石有望成为下一代半导体材料.6 1.1.超硬材料概述.6 1.2.HPHT 工业金刚石应用领域广阔，市场需求大，我国拥有上游定价权.8 1.2.1.金刚石单晶需求旺盛，勘探采掘、建筑石材领域保持重要地位.10 1.2.2.制造业转型升级提升金刚石微粉需求，新兴产业拓宽应用领域.11 1.3.CVD 工业金刚石功能性应用领域潜力大，有望成为半导体材料新秀.14 2.培育钻石巧夺天工，低渗透高增长汇聚投资价值培育钻石巧夺天工，低渗透高增长汇聚投资价值.18 2.1.人工合成真钻石，从工业品走向消费品.18 2.2.培育钻石获权威机构认可，比天然钻石成本低更环保颜色可控.20 2.3.产业链呈微笑曲线，供给端和销售端享高毛利率.24 2.4.培育钻石渗透率低，增长潜力大.26 3.投资建议投资建议.28 3.1.中兵红箭.28 3.2.力量钻石.30 3.3.四方达.33 3.4.惠丰钻石.35 3.5.美畅股份.36 图表目录图表目录 图 1：高温高压装置-六面顶压机.6 图 2：HTHP 法制备金刚石主要流程.6 图 3：MPCVD 装置.7 图 4：CVD 法制备金刚石主要流程.7 图 5：2012-2021 中国工业级金刚石单晶产量.8 图 6：工业金刚石及其下游应用.9 图 7：2022 年中国陶瓷砖产量预计 82.5 亿平方米.11 图 8：2025 年中国石材市场规模预计达到 15670 亿元.11 图 9：2011-2022 年中国矿产资源产量.11 图 10：2015-2022 年中国汽车年产量整体呈上升趋势.12 图 11：2015-2022 年中国汽车年保有量逐年增加.12 图 12：2017-2023 年中国消费电子市场规模.13 图 13：2020-2026 年全球折叠屏手机出货量及预测.13 图 14：相同条件下 SiC 器件在车用逆变器中损耗低.14 图 15：2020-2026 年全球碳化硅功率器件市场规模.14 图 16：2022 年 MiniLED/传统面板产品出货量.14 图 17：各代半导体材料禁带宽度.16 图 18：2018-2023 中国半导体材料市场规模统计预测.16 图 19：化合积电 CVD 金刚石热沉片.17 图 20：金刚石和 SiC 热沉基板热管理能力对比.17 图 21：锆石、天然钻石、莫桑石色泽与火彩对比.19 图 22：HPHT 培育钻石中的典型包裹体.20 图 23：CVD 培育钻石中的典型包裹体.20 图 24：钻石 4C 标准比对表.22 图 28：HTHP 和 CVD 彩色培育钻石.24 第4页/共39页 新材料 本报告版权属于中原证券股份有限公司 请阅读最后一页各项声明 图 29：培育钻石产业链毛利率呈微笑曲线.24 图 27：2021-2022 年印度进口培育钻石金额.26 图 28：2021-2022 年印度出口培育钻石金额.26 图 29：2013-2022 年我国城镇居民人均可支配收入、全国人均消费性支出和社会消费品零售总额.27 图 30：钻石市场占珠宝市场比重.27 图 31：2020-2026 年全球钻石原石和培育钻石预测.27 图 32：公司主要产品情况.29 图 33：22H1 公司产品应用领域占比情况.29 图 34：22H1 公司产品结构占比情况.29 图 35：公司近五年营业收入情况.30 图 36：公司近五年净利润情况.30 图 37：公司近五年毛利率和净利率.30 图 38：公司近五年下游应用领域毛利率情况.30 图 39：公司主要产品情况.31 图 40：2022 年公司主要产品占比情况.31 图 41：2022 年公司国内外收入占比情况.31 图 42：公司近五年营业收入情况.32 图 43：公司近五年净利润情况.32 图 44：公司近五年毛利率.32 图 45：公司近五年净利率.32 图 46：公司主要产品情况.33 图 47：2022 年公司主要产品占比情况.33 图 48：2022 年公司国内外收入占比情况.33 图 49：公司近五年营业收入情况.34 图 50：公司近五年净利润情况.34 图 51：公司近五年毛利率.34 图 52：公司近五年净利率.34 图 53：22H1 公司主要产品占比情况.35 图 54：2018-2022 年公司破碎整形料营业收入占比.35 图 55：公司近五年营业收入情况.36 图 56：公司近五年净利润情况.36 图 57：公司近五年毛利率.36 图 58：公司近五年净利率.36 图 63：公司主要产品情况及用途.37 图 60：公司近五年营业收入情况.37 图 61：公司近五年净利润情况.37 图 62：公司近五年毛利率.38 图 63：公司近五年净利率.38 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.7 表 2：金刚石单晶和金刚石微粉在产品特性和应用场景等方面的对比.9 表 3：光伏金刚线用金刚石微粉需求测算.13 表 4：金刚石材料性能.15 表 5：CVD 金刚石与其他半导体材料性能对比.15 表 6：高功率微波窗口常用介质材料的性能参数.17 第5页/共39页 新材料 本报告版权属于中原证券股份有限公司 请阅读最后一页各项声明 表 7：培育钻石、天然钻石、莫桑石与锆石性质对比.18 表 8：培育钻石与天然钻石红外吸收光谱差别.19 表 9：培育钻石行业重要事件梳理.20 表 10：培育钻石与天然钻石对环境影响.23 表 11：河南培育钻石产业集群.25 表 12：国际主要培育钻石品牌简介.26 第6页/共39页 新材料 本报告版权属于中原证券股份有限公司 请阅读最后一页各项声明 1.超硬材料超硬材料市场市场空间广阔，空间广阔，CVD 金刚石有望金刚石有望成成为下一代半导体材料为下一代半导体材料 1.1.超硬材料超硬材料概述概述 超硬材料通常是指硬度特别高、维氏硬度大于 40 Gpa 的材料，主要用于金属及合金材料、高硬脆材料、复合材料、软韧材料以及难加工材料的加工。同时作为一种重要的功能材料，可应用于电子电器、装备制造、航空航天、国防军工、医疗检测和治疗等高科技领域。超硬材料主要包括固有硬度与其成分相关的本征类超硬材料和固有硬度与显微结构相关的非本征类超硬材料。本征类超硬材料包括金刚石、立方氮化硼（PCBN）、氮化碳和 B-N-C 三元化合物等。非本征类超硬材料包括纳晶金刚石聚集体、聚合金刚石纳米棒等。目前常见的超硬材料有天然金刚石、人造金刚石、立方氮化硼等。全球工业用超硬材料主要为工业金刚石，其中超过 90%为人造金刚石。天然金刚石矿属于不可再生资源且具有储量有限、采掘高昂以及对生态环境不友好等特点，无法被大范围应用于工业领域。因此，工业用金刚石主要为人造金刚石。人造金刚石的制备方法主要为高温高压法（HTHP）和化学气相沉积法（CVD）。HTHP 法即以石墨粉、金属触媒粉末为原料，通过电流加热和液压装置建立高温、高压环境从而模拟天然金刚石结晶和生长环境，使石墨发生相变形成金刚石晶体。从热力学上看，人造金刚石与天然金刚石生长机理类似，都是使碳原子在高温高压环境下重新结合，形成具有 sp3 C-C 键的正四面体金刚石结构。HTHP 法是人类首次成功合成金刚石所采用的技术，也是目前我国人造金刚石主要生产方法，具有制造成本低、生产效率高的特点。HTHP 法金刚石在生长过程中，传压介质和原辅材料里的杂质(如铁、钴、镍等)会不断进入金刚石晶体中，形成各种缺陷，纯度也不够理想，无法满足下游半导体和光学领域应用的高纯度要求。同时受六面顶压机设备体积限制，金刚石的有效生长空间很难突破 100 mm，HTHP 法金刚石的晶体尺寸提升空间有限。图图 1：高温高压装置高温高压装置-六面顶压机六面顶压机 图图 2：HTHP 法制备金刚石主要流程法制备金刚石主要流程 触媒粉石墨粉添加剂混合冷压成柱脱氧处理组装合成块合成提纯粒度筛分品级分级检验 资料来源：超硬材料网，中原证券 资料来源：CNKI，中原证券 化学气相沉积法（CVD）合成金刚石是指在高温低压条件下（1000左右，27kPa 以下），通过一定的方法激活 CH4/H2、CH4/N2、CH4/Ar 等含碳混合气体，使其中的碳原子从碳源气体剥离并在合适的基底（如 Si、c-BN、SiC、Ni、Co、Pt、Ir 和 Pd 等）上进行过饱和沉积，从第7页/共39页 新材料 本报告版权属于中原证券股份有限公司 请阅读最后一页各项声明 而获得高纯度、高性能的金刚石薄膜。CVD 法金刚石生长环境中主要使用碳源气体，利用氢气在高温下蚀刻石墨速度高于金刚石的特点获得单晶金刚石，不需要加入金属触媒粉末，因此金刚石内杂质极少，可满足下游半导体等领域高纯度需求。同时 CVD 法金刚石在种晶盘生长过程中，可在碳源气体中加入致色元素（如氮、硼等），获得与天然钻石类似的粉钻黄钻蓝钻，满足下游珠宝市场的多样化需求。目前，MPCVD 法（微波等离子体化学气相沉积法）由于具有污染少、制备面积大、温度条件易控制的有点，是国内外主流的 CVD 工艺生产金刚石方法。图图 3：MPCVD 装置装置 图图 4：CVD 法制备金刚石主要流程法制备金刚石主要流程 碳源气体氢气微波能量激发含碳活性基团和氢等离子体金刚石基底沉积生长单晶金刚石含多晶金刚石或非晶缺陷金刚石刻蚀或激光处理不合格 资料来源：CNKI，中原证券 资料来源：CNKI，中原证券 目前，我国主要采用 HTHP 法生产人造金刚石。1965 年我国自主研发的金刚石六面顶压机问世并快速在国内大规模推广使用，人造金刚石产品生产效率和产能产量快速提升，我国很快成为金刚石单晶生产第一大国；近年来，合成压机大型化、粉末触媒技术及高温高压合成工艺进一步奠定了我国在高温高压法下合成金刚石单晶的领先优势。CVD 法自 20 世纪 80 年代开始研究并工业化应用，美国、日本、新加坡等国家在化学气相沉积法（CVD）技术研究和产业应用方面取得较多成果。HTHP 法和 CVD 法在合成原理和合成方法上不尽相同，从成本上来看 HTHP 法更低，从品质上看 CVD 法金刚石纯度更高，因此下游产业链主要应用领域也有不同侧重。我们认为，两种方法在未来一段时间会保持共同发展、相互促进的态势。表表 1：HTHP 法和法和 CVD 法在技术路线、产品和应用等方面的特点对比法在技术路线、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）合成技术 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 合成产品 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 较低，杂质多为金属助熔剂残余 较高，可能含有微量无定形碳杂质 产品磁性 无金属包体，因此无磁性 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 应用情况 应用领域 金刚石单晶主要作为加工工具核心耗材；培育钻石用于钻石饰品 主要作为光、电、声等功能性材料，少量用于工具和钻石饰品 第8页/共39页 新材料 本报告版权属于中原证券股份有限公司 请阅读最后一页各项声明 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 1.2.HPHT 工业工业金刚石应用领域广阔，市场需求大，我国拥有上游定价权金刚石应用领域广阔，市场需求大，我国拥有上游定价权 我国是全球第一大人造金刚石生产国我国是全球第一大人造金刚石生产国，垄断了全球 95%工业金刚石领域市场份额，具有HTHP 法工业金刚石定价权。根据超硬材料网数据显示，我国目前行业存量压机 1-1.2 万台，其中用于工业金刚石 7000-9000 台；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，其中工业金刚石单晶+微粉 145 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。工业工业金刚石金刚石下游需求平稳，产能供应充足。下游需求平稳，产能供应充足。工业金刚石早期由日本、欧美等国家垄断，产品价格居高不下，可达 100 美元/克拉。2001 年国内突破了金刚石关键粉末触媒技术，工业金刚石产量大幅提升，同时价格快速下降，2015 年前后跌至 0.1 元/克拉。受产品价格大幅下跌影响，2015-2016 年工业金刚石产量有所下降。之后一段时间内，工业金刚石价格稳定在 0.2元/克拉左右。2018 至 2019 年，工业用金刚石单晶和微粉出售均价受国内制造业投资产出增速下降影响出现下滑。2020 年和 2021 年，受消费需求和光伏领域需求增长影响，工业用金刚石单晶和微粉销售均价有所回升。21 年金刚石单晶平均销售单价为 0.26 元/克拉，金刚石微粉价格 0.36 元/克拉。2021 年我国金刚石单晶和金刚石微粉市场规模约为 42.1 亿元和 17.5 亿元。图图 5：2012-2021 中国工业级金刚石单晶产量中国工业级金刚石单晶产量 资料来源：中国磨料磨具工业年鉴，共研网，中原证券 工业金刚石下游应用领域广泛，建筑石材切割用金刚石为主。工业金刚石下游应用领域广泛，建筑石材切割用金刚石为主。2020 年，金刚石产品结构中用于制作建筑石材切割工具制造的金刚石约占总量 50，规模约 30 亿元；机械及电子行业磨具刀具用金刚石约占 25-30，规模约 17 亿元；勘探采掘工具用金刚石约占 15-20，规模约 10 亿元。机械及电子行业磨具用金刚石增幅较快，有望成为工业金刚石需求新的增长极。勘探采掘工具用金刚石受下游油气开采周期影响，具有周期性趋势。综合考虑下游各细分子行12414015316815113614314914214516202040608010012014016018020112012201320142015201620172018201920202021金刚石单晶产量（亿克拉）第9页/共39页 新材料 本报告版权属于中原证券股份有限公司 请阅读最后一页各项声明 业发展增速，预计至 2025 年工业金刚石需求约为 101 亿元，复合年均增速约为 13.9%。图图 6：工业金刚石及其下游应用工业金刚石及其下游应用 资料来源：力量钻石招股书，惠丰钻石招股书，中原证券 工业金刚石包括金刚石单晶和金刚石微粉，作为工业耗材，主要用于生产锯、切、磨、钻、抛光等加工工具，应用领域十分广泛。金刚石单晶分为锯切级单晶、磨削级单晶和大单晶，主要用于磨削工具、锯切工具、钻头、修整器等的制作。金刚石微粉主要分为研磨用微粉和线锯用微粉的制作，主要用于研磨膏、研磨液、金刚石线锯、砂轮、复合片钻头等的制作。表表 2：金刚石单晶金刚石单晶和和金刚石微粉金刚石微粉在产品在产品特性特性和和应用场景应用场景等方面的对比等方面的对比 产品类别 产品名称 产品特性 应用场景 金刚石单晶 磨削级单晶 粒度范围集中在 60/70 目以细；晶体完整、热稳定性高、低磁性 主要用于制作砂轮、磨轮、磨块、滚轮、滚筒等磨削工具，多用于硬质合金、石材、陶瓷和玻璃等非金属硬脆材料的磨削以及抛光等 磨削级单晶 粒度范围集中在 60/70 目以粗，20/25 以细；晶形规则、边缘锋利、机械强度高 主要用于制作锯片、绳锯和刀具等锯切工具，多用于大理石、花岗岩、混凝土建筑材料以及半导体硅片、光学玻璃、陶瓷等非金属硬脆材料 的锯断和切割等 大单晶 粒度范围集中在 20/25 目以粗，晶体完整，内部杂质较少 主要用于制作金刚石钻头、刀具、修整器等工具，多用于有色金属、光学平面镜、芯片晶圆等的超精密加工及磨床砂轮修整等 金刚石微粉 研磨用微粉 粉体粗端粒径主要为 7 m 以下，粒度分布极为集中，晶型规则，微粉颗粒强度高，杂质含量极低 主要用于制作研磨膏和研磨液等，多用于精密元器件、精细陶瓷、液晶玻璃、宝石及半导体等产品的研磨和抛光 线锯用微粉 粉体粗端粒径主要为 7-14 m，晶型较好，多棱角、锋利度好、粒度分布集中 主要用于制作金刚石线锯等，多用于蓝宝石、单晶硅、多晶硅、精密陶瓷、磁性材料等硬脆材料的切割 复合片用微粉 粉体粗端粒径主要为14 m以上，耐高温、晶型规整度高、强度高、表面杂质含量 ppm 级、热稳定性 主要用于 PDC 复合片、PCD 刀具用复合片、拉丝模等。终端主要应用于开采及勘探等。第10页/共39页 新材料 本报告版权属于中原证券股份有限公司 请阅读最后一页各项声明 好、耐磨性能高 其他工具用微粉 粉体粗端粒径主要为14 m以上，晶形规则、粒度分布集中、颗粒形状呈浑圆状、具有良好的分散性、耐磨性 主要用于制作砂轮、磨片、复合片等其他工具，多用于陶瓷、石材和玻璃等材料的磨削 资料来源：力量钻石招股书，惠丰钻石招股书，中原证券 1.2.1.金刚石单晶金刚石单晶需求旺盛，需求旺盛，勘探采掘、建筑石材勘探采掘、建筑石材领域保持重要地位领域保持重要地位 目前工业金刚石单晶作为磨削抛光类超硬材料制品原材料，主要应用于建筑陶瓷加工和石材切割领域。在建筑陶瓷行业，需要进行磨削、抛光及切割加工处理的陶瓷产品占 80%以上，超硬材料制品作为加工处理过程中必需的消耗品具有巨大的市场需求。我国是世界最大的陶瓷生产国和消费国，根据中国建筑卫生陶瓷年鉴和Ceramic World Review，我国 2020 年建筑陶瓷砖产量为 84.7 亿平方米，占全球产量的 52.7%，我国 2020 年的建筑陶瓷砖消费量为78.5 亿平方米，占全球消费量的 49.0%。根据中国建筑卫生陶瓷协会统计，2021 年我国建筑陶瓷产量为 81.74 亿平方米。目前我国建筑陶瓷市场呈现“大市场小企业”的竞争格局，行业集中度低，能够生产高档建筑陶瓷的企业数量较少，市场格局相对稳定，龙头优势显著；随着国内消费能力提高，消费者会更加青睐高品质建筑陶瓷产品。海外市场方面，根据Ceramic World Review，2021 年全球瓷砖产量达到 183.39 亿 m2，较 2020 年增长 7.2%。2021 年全球前十大建筑陶瓷砖生产国的陶瓷砖生产总量占全球总产量的 84.4%，其中，中国为全球最大的陶瓷砖生产国，印度和巴西分别居第二、第三位。中国、印度、巴西也是世界主要的瓷砖消费国，2021 年度合计占全球总消费量的 61.8%。2021 年，巴西瓷砖消费量伴随巴西建筑业扩张而上升 9.80%。根据 Manufacturing and Economic Studies 的预测，到 2025 年全球陶瓷砖产量可能会新增 45 亿平方米，增速为 5.1%，届时陶瓷砖产量将会突破 200 亿平方米。随着高品质陶瓷产品需求上升、建筑陶瓷行业集中度的提升以及陶瓷砖海外市场的扩大，对陶瓷磨削抛光超硬材料制品具有巨大需求，促进国内金刚石单晶类产品进入新一轮成长。超硬材料制品贯穿于整个产业链，从最初的石材开采到加工都需要使用大量绳锯、锯片、磨轮、排锯等超硬材料制品。近年来我国超硬材料制品技术获得了迅猛发展，应用于石材矿山开采及加工用的超硬材料制品性能接近世界先进水平，中国石材加工工具市场份额不断扩大。2016-2019 年我国规格石材行业市场规模从 9921 亿元增长至 12716 亿元，年复合增长率达7.04%，2020 年行业增速有所下降。在石材行业逐渐市场化的环境下以及消费升级带来的供给侧结构性改革的大背景下，公共建筑装修装饰工程市场、家装业务向中高端转化迈进，我们认为 2023 年行业增速会逐步恢复，预计到 2025 年我国规格石材行业市场规模增长至 15670 亿元。海外市场方面，根据Stone World网站发布的数据，2020年全球天然石材市场规模为333.75 亿美元，预计到 2030 年将达到 504.65 亿美元，年均复合增长率为 4.0%。随着全球范围内住宅投资的增加，建筑产业的扩张和建设支出的增加，全球石材市场在不断增长。巴西、印度等国对于石材的高消费、高产出与高储备推动了我国超硬材料制品的出口增长，带动了金刚石单晶的需求。第11页/共39页 新材料 本报告版权属于中原证券股份有限公司 请阅读最后一页各项声明 图图 7：2022 年中国陶瓷砖产量预计年中国陶瓷砖产量预计 82.5 亿平方米亿平方米 图图 8：2025 年年中国石材市场规模预计达到中国石材市场规模预计达到 15670 亿元亿元 资料来源：中国建筑卫生陶瓷协会，中原证券 资料来源：华经产业研究院，中原证券 矿产开采数量和深度增加，带动金刚石单晶在勘探采掘领域需求提升矿产开采数量和深度增加，带动金刚石单晶在勘探采掘领域需求提升。随着世界经济的发展与地缘局势的变化，全球对矿产资源的需求日益提升。伴随着我国现代化进程的不断加快，对矿产资源的进口与消耗量也稳步增长，中国是过去十年全球石油需求的主要推动者，2022年我国进口原油 5.08 亿吨，进口天然气 1.09 亿吨。提高我国矿产勘探采掘水平，提升我国矿产资源产量，有助于打造自主可控矿产资源供应链，确保矿产资源稳定长期供应。过去十年我国矿产开采量保持稳定，2022 年我国原煤产量 45.0 亿吨，同比增长 9%；原油产量 2.05 亿吨，同比增长 2.9%；天然气产量 2220 亿立方米，同比增长 7.8%；十种常用有色金属产量 6774.3万吨，同比增长 4.3%。目前，我国浅部地层的矿产资源已基本开采殆尽，需采掘更多的原矿量以保持产量稳步增长，深部找矿和采掘已成为我国采矿事业发展方向。金刚石单晶相比于其他硬质合金，金刚石单晶更能适应深孔要求且在坚硬岩层中具有优良的钻进效果。随着勘探深度的增加，金刚石单晶钻进的经济性优势更加明显，我们认为金刚石单晶未来在深部采矿中具有良好的应用前景，矿产采掘力度的加大也将进一步增加金刚石单晶及其工具制品的需求 图图 9：2011-2022 年年中国中国矿产资源产量矿产资源产量 资料来源：国家统计局，中原证券 1.2.2.制造业制造业转型转型升级升级提升提升金刚石微粉需求金刚石微粉需求，新兴产业新兴产业拓宽应用领域拓宽应用领域 101.590.182.285.781.782.5020406080100120201720182019202020212022E建筑陶瓷产量（亿平方米）9921108571183912716129831394415670050001000015000200002016201720182019202020212025E中国规格石材市场规模（亿元）0.00.51.01.52.02.53.03.54.04.55.0201120122013201420152016201720182019202020212022原煤（十亿吨）原油（亿吨）天然气（千亿立方米）十种有色金属（亿吨）第12页/共39页 新材料 本报告版权属于中原证券股份有限公司 请阅读最后一页各项声明 我国机械制造产业我国机械制造产业转型升级转型升级，拉动金刚石微粉，拉动金刚石微粉相关市场相关市场需求持续增长。需求持续增长。机械、光伏、化工、航空航天对材料及加工工具提出了更高的要求。由于金刚石微粉具有优异的性能和极佳的化学稳定性，催生出一批新型金刚石工具，如金刚石线锯、高精密金刚石砂轮、金刚石超薄划片和高精度套料钻头等，其独特优势在制造业升级中进一步凸显。汽车行业精密加工领域已经广泛人造金刚石工具，高端金刚石工具可以满足汽车及其零配件制造过程中镗孔、铣削、开槽、铰孔、研磨、车削和珩磨等工艺的极端技术要求。同时，存量汽车更换汽车零配件的维修需求也会带动金刚石微粉的市场需求。从汽车消费端来看，全球汽车产量从 2011 年的 8005 万辆增加至 8850 万辆。我国汽车产量由 2011 年的 1842 万辆上升到 2022 年的 2702 万辆，整体呈上升趋势，随着我国在新能源汽车领域的优势逐步扩大，以及2023 年我国经济逐渐复苏，汽车市场未来具有较大的增长空间。从存量汽车维修来看，截至2022 年底全国汽车保有量达 3.19 亿量，比 2021 年增加 1752 万辆，同比增长 6.79%，占机动车总量的 76.59%，为机动车保有量的主要构成主体。根据前瞻产业研究院计算，2021 年中国平均车龄达 6.5 年，根据发达国家的经验，车龄超过 5 年，汽车维护保养部件和频次都会上升，我们预计，未来中国汽车零部件市场有较大的增长空间。图图 10：2015-2022 年年中国中国汽车年汽车年产量产量整体呈上升趋势整体呈上升趋势 图图 11：2015-2022 年年中国汽车中国汽车年年保有量保有量逐年增加逐年增加 资料来源：国家统计局，中原证券 资料来源：公安部，中原证券 碳达峰、碳中和背景下，光伏增速有望得到维持，支撑光伏用金刚石微粉需求持续增长。光伏发电和 LED 照明所用单晶硅、多晶硅、蓝宝石以及其他光电磁材料的加工均需使用金刚石工具。2021 年 9 月 22 日，国务院发布关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见，意见要求建立清洁低碳安全高效的能源体系，到 2030 年，风电、太阳能发电总装机容量达到 12 亿千瓦以上。截至 2022 年，太阳能发电装机容量 3.93 亿千瓦，其中光伏发电装机容量为 3.92 亿千瓦，占比 99.75%。目前，我国风电、太阳能发电总装机量为 7.63亿千瓦，未来 7 年市场规模需要扩大 60%才可达到目标要求。清洁能源下游应用领域发展确定性高，带动线锯用金刚石微粉需求扩增。根据 CPIA 测算，2023-2025 全球光伏新增装机规模分别为 248、273、300GW，按照每片硅片（约 4W）需耗用电镀金刚石线 1.5m 测算，2025年全球硅片需求将达 750 亿片，金刚线需求将达 11250 万千米。按照每千米金刚石线耗用 7.14克拉金刚石微粉计算，我们预计光伏金刚线用金刚石微粉量将从 2022 年的 4.69 亿克拉增长到2025 年的 8.03 亿克拉，未来市场空间广阔。2373 2450 2812 2902 2783 2568 2532 2626 2702 010002000300040002014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022中国汽车年产量（万辆）1.721.942.172.42.62.813.023.190123420152016201720182019202020212022汽车保有量（亿）第13页/共39页 新材料 本报告版权属于中原证券股份有限公司 请阅读最后一页各项声明 表表 3：光伏金刚线用金刚石微粉需求测算光伏金刚线用金刚石微粉需求测算 2021 2022 2023E 2024E 2025E 全球光伏新增装机量（GW)175 228 248 273 300 硅片需求量（亿片）438 569 620 683 750 金刚石线需求量（万千米）6563 8531 9300 10238 11250 耗用微粉（亿克拉）4.69 6.09 6.64 7.31 8.03 资料来源：CPIA，美畅股份招股书，中原证券 消费消费电子电子温和回暖温和回暖，金刚石微粉需求提升，金刚石微粉需求提升。5G 和物联网等技术的快速发展需要更加复杂的材料和精细的加工，金刚石微粉及制品可为金属、陶瓷和脆性材料等提供高质量的精密表面处理。近年来，消费电子业发展极为迅速，随着 VR、AR、智能手表、5G 手机、折叠屏手机等新产品的不断涌现，对于产品性能和品质的要求不断提高，为金刚石微粉创造广阔的市场空间。根据 Statista 的数据，中国消费电子产品市场规模从 2016 年的 16120 亿美元增长到 2021年的 18113 亿美元。受疫情影响，智能手机等电子产品出现库存积压，伴随着未来疫情影响边际减弱，需求有望进一步向好，库存会得到进一步消耗，逐步回归正常的安全备货水平。同时随着折叠屏技术逐渐成熟，未来 5G 折叠屏手机不断出货放量，进而拉动相关领域金刚石微粉需求稳中有升。图图 12：2017-2023 年年中国消费电子市场规模中国消费电子市场规模 图图 13：2020-2026 年年全球折叠屏手机出货量及预测全球折叠屏手机出货量及预测 资料来源：Statista，中商产业研究院，中原证券 资料来源：Counterpoint，IDC，中原证券 第三代半导体快速发展带动金刚石微粉需求不断增长第三代半导体快速发展带动金刚石微粉需求不断增长。碳化硅作为第三代半导体材料努氏硬度达到了 30Gpa，相较第二代半导体材料砷化镓（努氏硬度 7Gpa）加工难度大，因此在碳化硅晶体切割、晶片研磨、晶片抛光等几个生产环节均需使用金刚石微粉或相关产品进行加工。国家十四五规划提出，要推进碳化硅、氮化镓等宽禁带半导体材料的发展；长三角区域一体化发展规划提出，要加快培育布局第三代半导体等未来产业。根据 Yole 统计，碳化硅功率器件市场规模约 7.1 亿美元，预计 2026 年将增长至 45 亿美元，2020-2026 年复合增长率近 36%。随着国内外新能源车和光伏发电等下游需求不断增长，对功率器件和衬底材料的功率及频率适用性要求也不断提高，碳化硅作为衬底可开发出更适应高温、高压、高频率和大功率等条件的半导体器件，满足下游需求。因此，碳化硅衬底的市场规模有望快速增长，带来广阔的国产替代空间和带动金刚石微粉需求。16120165871778017347181131790618142-5%0%5%10%150001600017000180001900020172018201920202021 2022E 2023E市场规模（左轴，亿元）年增速（右轴，%）350910149022702840352041500%50%100%150%200%01000200030004000500020202021 2022E 2023E 2024E 2025E 2026E出货量（左轴，万部）年增速（右轴，%）第14页/共39页 新材料 本报告版权属于中原证券股份有限公司 请阅读最后一页各项声明 图图 14：相同相同条件下条件下 SiC 器件在车用逆变器中器件在车用逆变器中损耗低损耗低 图图 15：2020-2026 年年全球碳化硅功率器件市场规模全球碳化硅功率器件市场规模 资料来源：Wolfspeed，中原证券 资料来源：Yole，中原证券 LED 与消费电子行业增长，带动蓝宝石切割用金刚石与消费电子行业增长，带动蓝宝石切割用金刚石微粉需求提升。微粉需求提升。蓝宝石主要作为 LED行业的蓝宝石衬底材料和消费电子行业光学蓝宝石材料，根据 Yole 统计，超过 80%蓝宝石用于 LED 衬底材料。LED 已经逐步取代普通白炽灯、节能灯，加上新型态的 Micro&Mini LED 出现，LED 的渗透率会持续攀高。根据 Arizton 预测，2021-2024 年全球 MiniLED 市场规模有望从1.5亿美元增至23.2亿美元，复合年增长率约为140%。2021年中国MiniLED产值约为187.8亿元，预计 2026 年 MiniLED 背光模组市场空间将达到 1250 亿元。MiniLED 面板需求的增长将会带动对上游金刚石切割线的需求。图图 16：2022 年年 MiniLED/传统面板产品出货量传统面板产品出货量 资料来源：TrendForce，Omdia，CMMA，中原证券 1.3.CVD 工业工业金刚石金刚石功能性应用领域潜力大，有望成为功能性应用领域潜力大，有望成为半导体材料半导体材料新秀新秀 CVD 金刚石开发潜力巨大。金刚石开发潜力巨大。人造金刚石不仅限于工业金刚石，还可作为高新技术材料在半导体、光学、量子技术等工业领域有广阔的应用空间。与 HTHP 法相比，CVD 法合成金刚石具有尺寸大、低杂质浓度、高结晶质量等优点，在大尺寸、高纯度金刚石制备与掺杂研究方面优势更明显，电学、光学、热学、声学等方面性能优异，是具有巨大开发潜力的功能性材料。29%35%45%59%30%33%38%43%48%0%20%40%60%80%1