【中原证券】新材料专题：超硬材料行业深度分析-河南省超硬材料产业发展分析.pdf

2023-05-16

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1. 超硬材料产业链简介

1.1. 超硬材料简介

超硬材料主要是指金刚石（包括天然金刚石和人造金刚石）和立方氮化硼，其制品用于金属及各类高硬脆材料的加工，也可作为功能材料应用于电子电器、装备制造、国防军工、医疗检测等高科技领域。根据河南省工信厅数据，人造金刚石在全球工业用超硬材料中的应用占比超过 90%。因此，金刚石及其制品是主要的超硬材料。从应用领域来看，人造金刚石可分为用于制造业领域的工业金刚石、用于消费领域的培育钻石两大类，相比较而言，工业金刚石是小颗粒人造金刚石及其制品，而培育钻石则是人造金刚石中的颗粒较大、品质较高的宝石级大单晶，二者的制备工艺类似，但产业链有所差异。

从技术手段来看，人造金刚石是通过人工模拟天然金刚石结晶条件和生长环境采用科学方法合成出来的金刚石晶体，其合成方法主要为高温高压法（HTHP）和化学气相沉积法（CVD）。高温高压法（HTHP）是以石墨粉、金属触媒粉为主要原料，通过液压装置保持恒定的超高温、高压条件来模拟天然金刚石结晶条件和生长环境合成出金刚石晶体；化学气相沉积法（CVD）是含碳气体和氧气混合物在高温和低于标准大气压的压力下被激发分解，形成活性金刚石碳原子，并通过控制沉积生长条件促使活性金刚石碳原子在基体上沉积交互生长成金刚石单晶。相比较而言，高温高压法（HTHP）具有成本优势、合成产品多用于精密加工传统制造业领域，化学气相沉积法（CVD）具有品质优势、合成产品多用于新型前沿和尖端科技领域。

从产业链结构来看，超硬材料产业链主要由上游核心装备制造与超硬材料合成、中游超硬制品生产、下游应用领域构成。

2. 工业金刚石产业链

2.1. 产业链构成与主要竞争格局

工业金刚石产业链主要包括上游人造金刚石合成、中游超硬制品工具制造和下游金刚石应用。整体来看我国主导上游全球工业金刚石单晶和微粉制造；中游金刚石制品工具种类繁多呈大行业、小公司业态；在下游工业金刚石应用广泛，主要应用于传统建筑石材切割，并伴随产业升级，作为核心零部件应用于半导体、军工等先进制造领域。

上游：我国基本主导人造石金刚石合成市场，尤其是金刚石单晶和微粉制造。根据河南省工信厅数据，我国人造金刚石销量占全球市场的 90%以上，其中的 80%产量供应集中于河南省。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。根据河南省国民经济和社会发展统计公报，2023 年河南省金刚石总产量为 190.40 亿克拉，同比增长 19%。根据力量钻石招股说明书披露，按照金刚石单晶平均销售单价 0.26 元/克拉测算， 2022 年中国和河南省工业金刚石市场规模分别为 51.5 亿元和 41.2 亿元。我国人造金刚石销量占全球 90%以上，但占据的市场份额大部分为中低端市场,主要应用于机械研磨锯切领域。而产品单价和附加值较高的人造金刚石，诸如光学级、半导体用工业用金刚石依然被欧美、日韩等发达国家（英国的元素六公司、美国的合锐公司、美国的 Diamond Foundry、韩国的日进公司）主导。在半导体行业迭代升级的驱动下，我国部分超硬材料企业（宁波晶钻、四方达、国机精工、上海征世、沃尔德等）已开始进行 CVD 技术研究，积极布局功能性金刚石业务，但仍与元素六等国外公司具有较大的差距。

中游：金刚石工具制造企业，大行业，小公司。中游环节主要为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。由于分类杂、形态多、使用范围广、技术壁垒高的产品属性而呈现行业集中度较低的“大行业、小公司”竞争特点。因此，超硬材料制品生产企业众多，单个公司规模较小。根据 Wind 企业库数据，全国共有 1347 家超硬材料存续企业，而超硬材料制品上市企业仅 6 家，占企业总数 4.45‰。从全球来看，我国超硬材料制品企业市占率仍处于较低水平，现阶段中高端复合超硬材料及工具的供应仍以国外企业为主。

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。下游的金刚石应用，既包括建筑石材切割、勘探采掘等传统工业领域，也包括光伏切割、消费电子切割等战略性新兴领域和量子网络、芯片等尖端科技领域。由于技术原因和历史沿革，高温高压法（HTHP）合成的传统工业领域金刚石应用市场主要由我国主导，而以化学气相沉积法（CVD）合成为主的新型领域和尖端科技领域金刚石应用市场则主要由欧美国家主导。

简言之，我国作为全球第一大人造金刚石生产国，在 HTHP 法生产人造金刚石领域占有显著主导地位，但在高附加值的 CVD 法生产人造金刚石领域和高端超硬制品领域在与欧美国家存在较大差距。仅以超硬材料刀具市场为例，根据沃尔德招股书和超硬材料网数据，该市场中的生产供应商分为三个梯队：第一梯队是以山特维克、肯纳金属为代表的欧美企业，技术力量雄厚，主导高端定制化非标刀具市场；第二梯队是以住友电气、京瓷、三星钻石、新韩金刚石为代表的日韩刀具企业，产品通用性高、稳定性好、性价比强，覆盖非定制化刀具市场；第三梯队是沃尔德、富耐克、四方达、威硬工具、奔朗新材、中天超硬为代表的中国刀具企业，企业众多、行业集中度低、生产技术含量不高，集中在中低端刀具市场。

2.2. 工业金刚石发展趋势

2.2.1. 超硬制品向高端化精品化发展

随着我国制造产业转型升级，机械、光伏、化工、半导体、航空航天新兴产业对材料及加工工具提出了更高的要求。由于金刚石具有优异的性能和极佳的化学稳定性，催生出一批用于高端精密制造、新能源汽车、半导体等领域的新型高端金刚石工具，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。而这些新兴产业的发展也促进超硬制品向高端化、精品化发展。在光伏领域，金刚线主要用在硅片制造环节，用于硅棒截断、硅片切方、切片。与砂浆切割相比，金刚石线硬度高，耐磨损能力强，从而切削和使用寿命更长。同时硅片材料损耗少，出片率高，切割造成的损伤层小于砂浆线切割，有利于切割更薄的硅片，降低材料损耗，提高硅片出片率。2023 年 11 月 15 日，中美两国发布了“阳光之乡声明”，声明提出：两国支持二十国集团领导人宣言所述努力争取到 2030 年全球可再生能源装机增至三倍。按本次声明，预计到 2030 年底全球可再生能源装机将达到 8439.48GW 以上；截至 2022 年底全球可再生能源累计装机 3371.79GW，对应 2023-2030 年年均装机 633.46GW 以上。2022 年全球新增可再生能源装机量为 294.56GW，其中光伏装机量占比 64.84%。按此占比计算，对应 2023-2030 年年均光伏装机 410.74GW，与 2022 年相比增幅巨大。在全球双碳目标明确、节能减排的大背景下，光伏需求长期增长具有较高的确定性，从而带动光伏金刚线等高端超硬制品需求。

在半导体领域，金刚石划片刀是用来切割晶圆，制造芯片的重要工具，它对于芯片的质量和寿命有直接的影响。随着芯片的小型化、大容量化、以及高效化，芯片的结构越来越复杂，芯片之间的有效空间越来越小，因而其切割的空间也越来越窄。这对于精密切割晶圆的划片刀的技术要求越来越高。与激光切割相比，采用划片刀机械切割具有发热量小对芯片影响小、设备性价比高、可一次完成切割等优势。因此在很长一段时间，划片刀是半导体封装工艺不可缺少的原材料。

目前国产减薄砂轮和划片刀市场占有率仅 10%和 9%，高端半导体加工企业所用金刚石工具基本上被国外产品垄断。日本 DISCO 公司、东京精密株式会社和以色列 ADT 公司几乎垄断了国内中高端市场。其中，日本 DISCO 公司是全球最大的划片机供应商，减薄机也占主导地位，全球市占率超 70%，高端切割研磨工具在国内市占率高达 80%-85%。伴随着中国集成电路产业国产替代化进程的加快，叠加充足的向上渗透空间，国机精工、上海新阳、三超新材、光力科技等超硬制品企业开始进行研发，并实现了部分划片刀和减薄砂轮的国产替代。根据海关统计，2023 年超硬制品的出口额为 14.9 亿美元，同比下滑 3.66%，出口单价下滑 3.32%。受世界复苏乏力、外需减弱影响，我国超硬材料整体出口总额有所下滑。然而部分高端超硬制品表现亮眼，如超硬凿岩钻探工具实现了量价齐升，出口量、出口额、出口单价分别同比增长 3.36%、9.25%、5.70%。而金刚石拉丝模和部分超硬刀具（镗铰刀、铣刀）出口单价较去年有了较大幅度涨幅。这也从侧面反映我国超硬制品不断向高端化、精品化发展，全球市占率得到进一步提高。

2.2.2. 功能性金刚石发展潜力巨大

CVD 金刚石开发潜力巨大，美日将高端金刚石纳入出口管制名单。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。 2022 年 8 月 12 日，美国商务部宣布对压力增益燃烧技术、EDA 软件、氧化镓和金刚石为代表的宽禁带半导体材料等四项技术加入商业管制清单，限制出口。根据日本经济产业省网站信息，在 2022 年 12 月 6 日生效的日本出口管制条例中，半导体用金刚石设计制造技术、金刚石异质外延衬底等高端金刚石材料被纳入出口管制。美国和日本的出口管制举措从侧面反映出未来半导体用金刚石开发潜力巨大。

日本、美国加强功能性金刚石在半导体及工业领域的应用研究。根据钻石观察，日本佐贺大学教授嘉数教授与精密零部件制造商日本 Orbray 在 2022 年 4 月开发出了直径 2 英寸的金刚石单晶晶圆。在此基础上，开发出了用金刚石制成的功率半导体，并以 1 平方厘米 875 兆瓦的电力运行，且电力损耗被认为可减少到硅制产品的五万分之一。2023 年 11 月 6 日，美国 Diamond Foundry 公司在其官网宣布其通过钻石异质外延技术制造出了世界上第一块直径为 100 毫米的单晶金刚石晶圆，重达 110 克拉。大尺寸金刚石晶圆可作为热沉在人工智能、云计算和电动汽车和无线通信等领域具有巨大应用潜力。由于目前技术限制，目前获得的金刚石晶圆尺寸多为 1 英寸左右，不具备应用价值，而 Diamond Foundry 制造的大尺寸晶圆促进了金刚石热沉的产业化进程。其利用金刚石晶圆作为热沉所制造的新型逆变器在同等功率下比 Tesla 3 的逆变器尺寸缩小 6 倍。

中国正在加大功能性金刚石研发力度，取得一定的技术进展。2023 年 11 月 20 日，哈工大和华为联合申请的《一种基于硅和金刚石的三维集成芯片的混合键合方法》专利获得授权。该专利提出了一种混合键合方法，从而实现硅/金刚石的三维异质集成。通过将硅基与金刚石基衬底材料进行三维集成，为硅基器件提供散热通道以提高器件的性能。目前我国部分企业如国机精工、中兵红箭、沃尔德、上海征世等已经开始进行初步的产业化尝试，开发应用于光学、半导体、污水处理等领域的 CVD 金刚石功能材料。这些材料主要包括掺硼金刚石污水处理电极、大单晶和多晶金刚石半导体热沉、激光器发射窗口和拉曼光学晶体、CVD 金刚石扬声器振膜等。美国、日本和我国在功能性金刚石领域持续关注和技术突破，表明功能性金刚石具有极大的应用潜力和市场需求。

2.3. 工业金刚石市场规模

2.3.1. 工业金刚石市场整体增速稳定

工业金刚石市场整体增速比较稳定。一方面是过去数十年房地产行业的发展，带来了磨料、磨具这些建材加工、切割工具需求增长，进而带动工业金刚石需求。另一方面，光伏和半导体行业的迭代升级，也带动了金刚石微粉和 CVD 金刚石产业的发展。根据工信部和光伏协会统计数据，在金刚石产品结构中，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。在光伏持续景气的带领下，光伏用工业金刚石仍会保持一定的高增速。未来，随着 CVD 技术的逐渐成熟，功能性金刚石在半导体领域应用场景将进一步拓展，为工业金刚石产业的发展带来潜在的增长点。

2.3.2. 高端超硬制品市场规模广阔

超硬制品市场广阔，行业规模不断扩大。超硬材料制品及工具包括锯切工具、磨具、切削刀具、钻探工具、修整工具、拉丝模具等。随着汽车、消费电子、航空航天、人形机器人等下游新应用场景的不断涌现，对工件的制造加工要求提高，精密加工的在制造环节占比上升，超硬金刚石刀具、半导体用划片刀等高端超硬制品逐渐成为这些新应用场景的优选，市场规模不断扩大。超硬金刚石刀具凭借高硬度、高耐磨性、高热导率、与非铁金属亲和力小等材料特性优势，与传统硬质合金相比，在加工精度、加工速度、加工质量有显著优势，在汽车工业、模具、机床等硬切削技术应用领域广泛。根据中国机床工具工业协会工具分会统计和中商情报网预测， 2022 年中国刀具市场规模约为 464 亿元，其中金刚石超硬刀具市场规模约为 25.96 亿元，占比约 6.17%。我们假设刀具市场每年增速 5%，同时随超硬材料的性能不断突显，超硬刀具占刀具总消费额的比例将继续增加，2023-2025 年占比每年增加 0.1pct，2025 年超硬金刚石刀具市场规模约为 34.75 亿元。

半导体金刚石工具包括划片刀和减薄砂轮，主要用于晶圆的精密切割、硅片基底集成电路和器件产品的封装。根据轩闯等的论文《半导体加工用金刚石工具现状》，国内半导体用金刚石工具市场中减薄砂轮、划片刀分别占比 26.5%、55.0%。根据上海新阳公告，2018 年国内划片刀需求量在 600-800 万片。根据 IC insights 及 Knometa Research，2018-2022 年中国大陆晶圆产能复合增速约 13.69%，因晶圆划片刀属消耗品，假设晶圆划片刀需求量复合增速与同期中国大陆的晶圆产能复合增速保持一致，测算得2023年国内划片刀需求量在1139-1520万片，取中值为 1330 万片。划片刀价格按 200 元/片计算，2022 年国内划片刀市场规模在 26.59 亿元左右，半导体金刚石工具市场规模在 48.35 亿元左右。

3. 培育钻石产业链

3.1. 产业链构成与主要竞争格局

培育钻石产业链中，上游毛坯钻石生产以我国为主，我国生产的培育钻石产量占全球市场份额约 50%；中游的钻石切割加工，印度占有 90%左右的份额，由于钻石加工需根据需求打磨加工成不同形状，因而难以实现自动化生产，多依赖于人工，而印度人力成本较低且进入加工行业较早，从而发展成为了“全球钻石加工中心”；下游主要为各零售品牌和相关配套服务，根据贝恩数据，美国市场培育钻石销量全球占比 80%，是全球最大的培育钻石消费市场，而中国销售市场占比仅有 10%左右。

上游：中国提供 50%以上培育钻石产量。根据贝恩数据，2020 年全球共生产 700 万克拉培育钻石，中国产能达 350 万克拉，与全球其他地区产能总和相当，占比约 50%。其次是印度、美国、新加坡，产能分别达 150 万克拉、100 万克拉、100 万克拉，合计占比超过 45%。其余产能主要分布在欧洲、中东、俄罗斯等地，占比不超过 10%。中游：印度为主要钻石打磨加工市场。钻石加工打磨难以实现自动化生产，人工成本较高，属于劳动力密集型行业，由于印度人力成本较低，90%以上的培育钻石都会被运到印度进行集中加工。因此印度钻石的进出口数据能够一定程度的反应全球培育钻石毛坯和裸钻的需求。根据 GJEPC 统计，2024 年 1 月，印度培育钻石原石进口金额为 1.40 亿美元；印度培育钻石出口金额为 1.14 亿美元。2023 年 4 月-2024 年 1 月印度培育钻石累计渗透率为 8.54%，渗透率稳中有增。下游：美国是全球最大的培育钻石消费市场，约占全球市场的 80%。中国 HTHP 法产品供应了全球 50%的培育钻石，而零售市场占全球份额的 10%。因此，中国的培育钻石主要以出口为主。

简言之，中国作为培育钻石的生产大国，产能主要集中于中南钻石（中兵红箭旗下子公司）、黄河旋风、力量钻石、豫金刚石四家企业，供应我国超 80%培育钻石毛坯，均已 HTHP 法生产为主；而四方达、沃尔德、惠丰钻石等企业，近年来在培育钻石市场持续发力，但多采用 CVD 法生产培育钻石。在下游的零售品牌及销售服务环节，尽管有培育钻石厂商通过与下游零售商合作或自建珠宝品牌，布局培育钻石零售业务，如力量钻石与珠宝厂商潮宏基展开合作、四方达与海南珠宝展开合作、沃尔德自建 Anndia 品牌等，但培育钻石产品整体在国内市场的渗透率仍处于较低水平仅 30%，与美国市场 70%的渗透率差距较大，我国培育钻石零售市场在未来有较大的提升潜力和空间。

3.2. 培育钻石发展趋势

在消费升级的大背景下，培育钻石市场前景值得期待。培育钻石由于其真钻石、低价格、高环保等特点，受到越来越多的消费者信赖，特别是在钻石主要消费区域美国、欧盟，培育钻石消费呈快速增长态势。2019 年全球钻石市场占珠宝市场的平均比重是 26%，第一大钻石市场美国的比重是 56%。目前，中国钻石市场占国内珠宝市场比重低，国内市场广阔。2021 年中国钻石市场占国内珠宝市场的比重 13%。来随着年轻一代对钻石首饰的消费偏好不断提高，中国钻石市场在珠宝市场中的占比会逐步提升，带动培育钻石的渗透率增长。经测算，至 2025 年中国培育钻石毛坯市场规模有望达到 48 亿元，前景市场广阔。

未来培育钻石毛利率或有较大幅度下降。对于培育钻石而言，超过 50%的产品毛利率从长期来看势必会吸引更多企业的加入，从而导致竞争加剧以及产品利润下降。国内方面，四方达、沃尔德、惠丰钻石等公司也纷纷布局 CVD 培育钻石业务，其中四方达拟投资 7 亿元建设年产 70 万克拉培育钻石项目、沃尔德拟投资 3.3 亿元建设 20 万克拉培育钻石项目。国外方面，自 2022 年以来，印度政府相继出台了免除培育钻石生产电力税、取消培育钻石晶种进口税、设立培育钻石研发中心等一揽子扶持政策，培育印度自身钻石产业链，占据高毛利率的培育钻石生产环节。未来随着生产技术提升、整体产品品质提高、产量扩大，将导致价格进一步下降，裸石价格的下降也将导致上游毛坯钻价格下跌，长期视角下最终毛利率或将稳定在高于工业金刚石一定程度的水平。

3.3. 培育钻石市场规模

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 5.37%。根据中商产业研究院预测，到 2025 年全球培育钻石产量在 2500 万克拉左右。

对于培育钻石市场规模估计，我们做出以下假设：（1）根据力量钻石年报问询函回复，公司 2022 年培育钻石平均销售单价为 465.90 元/ 克拉，且销售单价呈逐季度下降趋势。培育钻石销售单价从 2022 年一季度 663.64 元/克拉迅速下降至四季度的 319.25 元/克拉，降幅达 51.89%。伴随培育钻石新增产能逐渐达产，供给将逐渐充足，因此，我们假设培育钻石毛坯销售价格 2023-2026 年增速为-10%/-10%/-5%/-5%。（2）培育钻石的毛坯损耗率为 66.67%，即加工 3 克拉培育钻石毛坯可获得 1 克拉培育钻石裸钻。（3）根据 Lightbox 官网显示，1 克拉培育钻石裸钻终端销售单价为 800 美元/克拉，伴随着培育钻石产能释放，我们预计终端销售价格也会持续下降，因此我们假设培育钻石毛坯销售价格 2023-2026 年增速为-10%/-10%/-5%/-5%。（4）根据贝恩数据，2020 年中国培育钻石终端市场规模约为全球培育钻石终端市场规模 10%，我们假设随着国内对培育钻石认知和接受度的提高，到 2025 年中国占比提升至 15%。综上，我们预计到 2025 年，培育钻石供给端市场规模约为 89.66 亿元，全球培育钻石终端市场规模约为 51.32 亿美元，中国培育钻石终端市场规模 9.17 亿美元。

4. 超硬材料政策导向

4.1. 中国政策导向

人造金刚石作为战略性新兴产业，近年来，国家出台了一系列支持和促进超硬材料产业发展的法律法规和产业政策文件，对促进我国人造金刚石行业发展提供给了强有力的政策支持和良好的政策环境。 2018 年，国家统计局发布《战略新兴产业分类（2018）》，将“立方氮化硼”列入“先进无机非金属材料”，“金刚石与金属复合材料”、“金刚石与金属复合制品”、“氮化物与金属复合材料”列入“高性能纤维及制品和复合材料”，属于国家重点发展的新材料。 2020 年，国家发改委发布《产业结构调整指导目录（2019 年本）》，鼓励信息、新能源、国防、航天航空等领域用高品质人工晶体材料、制品和器件，功能性人造金刚石材料生产装备技术开发等产业发展。

2021 年，全国人大发布《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和 2035 年远景目标纲要》，要求聚焦新一代信息技术、生物技术、新能源、新材料、高端装备、新能源汽车、绿色环保以及航空航天、海洋装备等战略性新兴产业,加快关键核心技术创新应用,增强要素保障能力,培育壮大产业发展新动能。 2024 年，国家发改委发布《产业结构调整指导目录(2024 年本)》，鼓励高品质人工晶体材料、多功能透明件、特种光学玻璃材料、制品和器件，功能性人造金刚石材料生产装备技术开发；鼓励硬质合金、超硬材料等切削刀具及工具系统，高性能磨料磨具（金刚石、CBN 等超硬材料及其微粉，特殊材料磨削用砂轮）开发。 2024 年，国家工信部等七部门发布《关于推动未来产业创新发展的实施意见》，要求加强前瞻谋划部署。把握全球科技创新和产业发展趋势，重点推进未来制造、未来信息、未来材料、未来能源、未来空间和未来健康六大方向产业发展。推动有色金属、化工、无机非金属等先进基础材料升级，发展高性能碳纤维、先进半导体等关键战略材料，加快超导材料等前沿新材料创新应用。

4.2. 河南省政策导向

超硬材料产业链作为河南省 28 条重点发展的产业链之一，河南省先后出台了一系列文件，从不同角度明确了推动超硬材料产业发展、力图构建千亿级超硬材料产业链，以创新驱动加快从原材料大省向新材料强省的转变。与此同时，河南十八个地市中先后有郑州、商丘、南阳、许昌、济源、开封、漯河等七个地市也出台了做优做强本地超硬材料产业或发展本地超硬材料产业集群的相关政策。 2022 年，河南省人民政府发布《河南省“十四五”战略性新兴产业和未来产业发展规划》，指出要依托郑州高新区、柘城县、方城县、长葛市等，规划建设超硬材料特色园区，大力发展聚晶金刚石复合片、精密高效磨具等高端超硬材料及制品，打造全球最大的超硬材料研发生产基地。

2023 年，河南省人民政府发布《河南省 2023 年国民经济和社会发展计划》，要求在高端轴承、动物疫苗、超硬材料、光电信息等优势特色领域争创 5 家左右国家级创新平台，新增省级创新平台 400 家以上。 2024 年，河南省人民政府发布《2024 年河南省政府工作报告》，指出要打造新型材料产业集群。聚焦超硬、关键金属等先进基础材料，新型电池及储能、高性能纤维、高纯石英等关键战略材料，功能性金刚石、高熵合金、智能仿生等前沿新材料，推动产品高端化、结构合理化、发展绿色化、体系安全化。 2024 年，河南省人民政府发布《河南省加快制造业“六新”突破实施方案》，指出要重点发展芯片制造、油气钻探等领域用复合超硬材料及制品和关键装备，扩大应用领域，打造全球最大的超硬材料研发生产基地。

4.3. 超硬材料政策导向

通过对国家和河南省主要政策的梳理，发现以下政策导向：在国家层面上，重点发展超硬制品和功能性金刚石材料。发展金刚石复合片、超硬切削刀具等超硬制品和超硬复合材料在《工业战略性新兴产业分类目录》、《产业结构调整指导目录》、《工业企业技术改造升级投资指南》等多个政策中被提及，主要目的为调整我国超硬材料品种结构，改善我国上游超硬材料发展实力雄厚、中下游超硬制品发展较为薄弱的情况，同时促进功能性金刚石、金刚石与金属复合制品等前沿新材料研发应用。在河南省层面上，河南省超硬材料产业支持力度持续加大。超硬材料作为河南省优势产业，河南省连续出台多项政策促进超硬材料产业发展，力图打造千亿级产业集群。据不完全统计，自 2021 年起，河南省人民政府至少出台 9 项政策提及超硬材料，要求重点发展宝石级金刚石、功能性金刚石、复合超硬材料等超硬材料及其制品。同时，各地市也因地制宜积极推出多项超硬材料产业链政策，促进当地超硬材料产业链延链、补链、强链。

5. 河南省超硬材料产业发展现状

5.1. 具有雄厚的产业链发展基础

“一五”期间，国家将机械行业中的磨料磨具行业设置在郑州，不仅建立了磨料磨具的重要生产基地——第二砂轮厂（白鸽集团），还成立了机械部第六设计院和郑州磨料磨具磨削研究所（以下简称：郑州三磨所），其中的郑州三磨所不仅是当时的国家超硬材料工程中心，还是全国唯一专门从事超硬材料及其制品研究开发的专业研究机构。1963 年，郑州三磨所成功研制出我国第一颗人造金刚石（超硬材料主要品种）后，相继研制出我国第一颗立方氮化硼单晶、立方氮化硼微粉、金刚石复合片等金刚石工具系列产品，奠定了其在我国超硬材料技术领域中的主导地位，也带动了河南省超硬材料行业的发展。发展至今，河南省超硬材料行业已形成了包括原辅材料和专用设备仪器、超硬材料制品和市场销售一体化的产业链，并在技术研发、产品生产与销售、人才培养、公共服务体系等方面也形成了一定特色，具体而言：

技术研发方面，在郑州“三磨所”技术先发优势的影响下，河南省不仅形成了包括三磨所、郑州大学、哈工大郑州研究院、中国地质大学郑州研究院、河南工业大学等一批高校和科研院所的超硬材料技术支撑体系，还拥有力量钻石、四方达等一批由郑州“三磨所”科技人员创办的超硬材料企业，从而形成了以郑州三磨所的“种子”技术为基础而逐渐衍生扩展的超硬材料技术开发路径和产品系列。产品生产和销售方面，河南省不仅具有相当规模的金刚石单晶、金刚石微粉、培育钻石、超硬材料制品等全产业链产品生产能力，还建成了郑州市高新区、商丘柘城、长葛黄河金刚石城、南阳方城等多个金刚石交易集散地，逐步形成了以美国、欧盟、印度为主要出口国，中国香港为主要转口贸易地的销售网络。人才培养方面，河南本土的郑州大学、河南工业大学、河南理工大学、中原工学院、河南职业技术学院等高校，不仅开设了超硬材料学科专业，还通过与哈工大、中国地质大学、武汉理工大学等省外高校或研究机构的合作办学或科研联合，为超硬材料行业发展在基础理论研究和专业人才培养方面提供了有利保障。

公共服务体系方面，在超硬材料信息及研发环节，河南拥有全国超硬材料行业协会、全国磨料磨具行业情报网、超硬材料网、河南工业大学超硬材料数据库、中国机械工程学会金刚石及制品分会等机构；除了郑州三磨所以外，河南还拥有超硬材料磨具国家重点实验室、国家超硬材料及制品工程技术研究中心、河南金刚石及制品工程技术研究中心、金刚石微纳粉体河南省工程实验室、河南省亚微米超硬材料粉体工程技术研究中心等研发机构。在超硬材料创新孵化及成果转化方面，河南省拥有郑州超硬材料产业园孵化中心、国家火炬计划河南超硬材料产业基地、超硬材料产业创新中心等工程化中试平台以及国家磨料具质量监督检验中心、全国磨料磨具标准化技术委员会等检测中心。

5.2. 产业链完备，集聚优势明显

从空间分布来看，河南省超硬材料产业的发展呈现以郑州-许昌为中心、焦作-洛阳为上支、南阳-商丘为下支的“工”字形地域分布和产业集群特征，各集群发展各有侧重，集群内企业则通过纵向为主、横向为辅的经济技术关联形成了协同和集聚优势。具体而言：焦作-洛阳产业集群内主要为六面顶压机及其零部件等生产设备制造企业，该集群内企业（焦作天宝恒祥、洛阳启明、孟州博泰圣莎拉等）的年压机产能在 1500 台左右、约占行业总产能的 2/3。南阳-商丘产业集群内主要为金刚石单晶和微粉制造企业，目前南阳年产金刚石 70 亿克拉、产量占全国的 50%以上，是全球最大的金刚石单晶生产基地，而商丘柘城县的金刚石微粉年产量和出口量分别占全国的 70%和 50%，是全国最大的金刚石微粉生产基地。郑州-许昌产业集群集聚了从技术研发、装备制造到原材料合成再到超硬制品生产的全产业链企业，典型企业如金刚石单晶厂商华晶金刚石和黄河旋风、金刚石微粉厂商沃德金刚石、超硬制品厂商四方达、联合精密和富耐克等龙头企业，三磨所母公司国机精工则实现了从六面顶压机生产到培育钻石再到超硬制品生产的全产业覆盖。

根据机床工具工业协会超硬材料分会统计，2022 年河南省人造金刚石、金刚石微粉、复合超硬材料、培育钻石产量均占全国的 80%左右，全省超硬材料及其制品行业产值超过 400 亿元，占全国产值的比重大约 40%；从超硬材料 A 股上市公司的情况来看，河南省超硬材料上市企业在数量、总市值、总资产等方面的占比均超过半数。

5.3. 传统技术领域占据主导，新型技术领域涉足有限

人造金刚石的合成方法主要为高温高压法（HTHP）和化学气相沉积法（CVD），其中：（1）高温高压法（HTHP）的金刚石晶体生长速度快，具有成本优势但产品纯度不高，用于生产 1-5 克拉大小金刚石，合成产品多用于精密加工传统制造业领域；（2）化学气相沉积法（CVD）的金刚石晶体生长速度慢，可合成大克拉金刚石、纯度高杂质少、生产成本较高，用于生产片状金刚石，合成产品多用于新型前沿和尖端科技领域。从技术成熟度及应用来看，高温高压法（HTHP）更为传统，河南省具有完善的 HTHP 法技术储备和产业研发基础，目前全国主要的 HTHP 金刚石生产厂商和产能均主要集中在河南。化学气相沉积法（CVD）技术起源于国外，国内对该技术的研发深度及应用成果均相对有限，国内技术实力比较领先的 CVD 金刚石公司如宁波晶钻、上海征世等公司主要集中在江浙等沿海地区，河南省内仅有郑州三磨所、四方达等为数不多的企业开展了较为深入的技术研究。

5.4. 产品结构失衡，高附加值产品缺失

就产品结构而言，河南省的超硬材料产能及产业布局主要集中在中上游人造金刚石合成、金刚石微粉制造等材料领域，而在下游环节的研发投入和产能布局方面，尤其是工业金刚石产业链的超精、高精加工产品领域和培育钻石产业链的珠宝零售品牌打造环节，却相对薄弱。具体而言：（1）在工业金刚石产业链上，尽管郑州三磨所的精密和超薄砂轮、四方达的聚晶金刚石复合片等超硬制品在行业内有一定优势，但整体生产规模较小；（2）在培育钻石产业链上，河南省相关企业主要集中在上游培育钻石的原石生产，河南培育钻石聚集地之一的商丘柘城也是在2023年才有了第一家高品质钻石打磨工厂，填补了当地在中游钻石切割打磨环节的空白。而在下游珠宝零售环节，尽管四方达、国机精工、力量钻石、惠丰钻石等主要原石生产企业在近两年有所布局，但均未形成一定规模。此外，超硬材料 A 股上市公司的数据分析显示，近五年来，全部超硬材料 A 股上市公司和合计实现的制品板块营收及毛利均强于材料板块，毛利率表现也比较稳定波动性较小，但河南相关的 6 家超硬材料 A 股上市公司，则是材料板块的产能及营收明显强于制品板块，从中也反映了河南超硬材料企业的产品结构问题。

5.5. 产业政策集中，政策边界宽泛

整体从所列举的河南省政策来看，河南省级或地市级出台的产业政策具有如下特征：（1）无论是省级层面，还是地市级层面的产业政策基本都涵盖了技术研发、标准制定、装备制造、生产、检测、交易等各个产业链环节，从扶持重点企业、激发有效投资、强化技术创新、引进产业人才、建立产业平台等方面提出了一揽子扶持政策，也即，政策边界相对宽泛，且多偏重于财政补贴、要素倾斜等传统支持手段；（2）部分地市的政策导向雷同，如，如郑州、商丘、南阳、许昌均提出产业链向下延伸，工业金刚石向功能性金刚石、超硬制品发展，培育钻石向钻石切割打磨、珠宝首饰终端消费发展。这也意味着，个别地市的产业政策可能针对性不够，未能充分结合自身的资源禀赋，同时，由于各地市积极落实省级政策，从而可能在地市层面出现政策重复的问题，这无疑既不利于集中有限资源攻克关键技术或薄弱环节，也不利于各地市产业集群的错位发展、有机融合。与此同时，我们对河南相关超硬材料企业实地调研中也了解到，企业在实际经营中也面临缺乏高端技术领军人才、缺乏新兴应用场景平台、缺乏多样化融资渠道等等问题，尤其是多数中小企业由于规模小而持续存在融资难、融资成本高、扩产慢、技术低的问题。

6. 河南省超硬材料产业发展措施与建议

河南超硬材料已形成了相对较为完备的全产业链体系，但在高附加值产品及技术创新引领等方面，与建设现代化产业体系的要求仍存在差距。为此，可以聚焦超硬材料产业链的强链、补链、延链和效能提升，以链长制为抓手，进一步发挥产业链“链长+链主+链创”的“三链” 融合效应，并形成以市场化为导向的产融结合机制，从而促进全省超硬材料产业的高质量发展。具体而言，至少可以从如下几方面着手：

一是，完善多层次链长制体系，强化全省超硬材料产业发展顶层设计的引导作用。目前省内多个地市均提出要向上下游延伸超硬材料产业链，打造“钻石小镇”、“钻石之都”、“超硬材料产业基地”等。为此，可考虑从省级层面，进一步梳理全省范围内的超硬材料生产布局方案，推动建立不同行政层级、不同支持视角的多层次链长制政策体系，引导各地市结合自身资源禀赋，保持各自的产业发展边界，从总体上形成各具特色、有机协调、逐步拓展的超硬材料产业链格局，避免各地市盲目建设和产业发展扎堆的问题。比如，郑州市考虑依靠省会人才优势、资金优势，重点发展对人才、产业、技术要求较高的功能金刚石和高端金刚石制品；商丘市考虑依靠辖区内培育钻石企业重点向钻石切割打磨和电子商务等珠宝首饰零售领域发展；南阳市考虑依靠辖区内工业金刚石企业，做大做强工业金刚石产业，突出设备-原辅料-工业金刚石-立方氮化硼协同发展。

二是，厘清政府和市场边界，充分发挥“链长”的宏观调控和统筹协调作用。政府部门作为链长，可侧重于产业链整体的宏观调控与统筹协调，围绕营商环境和超硬材料产业公共服务体系建设，一方面，投入资金支持并引导建立超硬材料智能创新研发平台和开放交易平台，建立健全包括企业、产品、人才等各类信息的超硬材料产业数据库，加强对研发投入项目及成果应用的论证和跟踪评估，逐步形成超硬材料技术影响力评估体系框架和产业风险预估系统，从而持续提升服务型政府的“放管服”能力；另一方面，针对我省高端技术领军人才匮乏的现状，实施超硬材料产业链高水平人才计划，加大对科创机构及人员的科研激励，鼓励并引导企业在省外高层次人才引进、本地人才梯度化培养等方面给予更多政策倾斜，建立与国际接轨的人才评价方法和职业资格认证体系。

三是，发挥“链主”企业的示范引领作用，促进产业链上下游整体配套协同发展。一方面，要引导省内超硬材料企业以市场需求为中心，瞄准前沿先进技术和装备，充分利用数字技术结合数字化发展趋势，探索跨区域产业协同创新模式，积极布局下游，改善同质化竞争和高端产品匮乏的境况；如，针对工业金刚石产业链，鼓励并支持四方达等企业应积极开展超硬材料精密加工工具等制品研发、生产，推动绿色超硬材料及制品在本地齿轮、轴承等优势产业中替代进度，带动产业链向下游延伸；针对培育钻石产业链，鼓励并支持力量钻石等企业应积极布局中游钻石切割打磨环节，从而填补产业链空白，同时加强与零售商合作，布局培育钻石零售业务，提高盈利空间。另一方面，鼓励“链主”企业和科研机构、高校联合共建超硬材料前沿领域的重点实验室和中试基地等，搭建“异地”孵化载体，对其他中小企业开放共享实验室等创新要素资源，从而促进超硬材料上中下游的整体配套协同发展。

四是，建立健全链长制主导下的“链创”机制，促进超硬材料创新链产业链的双向融合。一方面可以通过加大科研投入补贴、推行研发合同制等激励创新的措施，引导并鼓励郑州大学、郑州三磨所等高校或科研机构与超硬材料企业，通过建立产业研究院、技术研发中心等“知识同盟”、“技术同盟”，合力解决大尺寸 CVD 金刚石异质外延生长、超精密切磨抛等行业关键共性“卡脖子”技术以及超硬材料声光电热等应用领域的技术攻关，实现技术知识的积累、转化、配置，促进创新链向产业链延伸；另一方面，可通过适当增加对超硬材料企业的创新补助，鼓励并促进其积极探索科技创新成果的应用场景，促进产业链向创新链逐步靠拢。在此基础上，不仅要形成资源共享、技术共进、利益共赢、风险共担的科技创新与产业应用一体化的新机制，真正做实超硬材料产业链创新联合体，还应加强对科技创新项目管理责任主体和程序的监督等，避免出现腐败或骗取国家奖励资金及套取政府补贴等现象。

五是，加强产融结合，健全完善产业链顺畅运转所需的资金链。超硬材料产业属于技术密集型、资金密集型产业，企业利用自有资金很难在把握产业发展的机遇。为此，除了政府财政对产业基础研究的资金投入以外，还需持续优化投融资环境，建立健全覆盖超硬材料产业链各环节的多元投融资体系，为超硬材料企业提供充足且多元化的资金支持。比如，（1）“以投带引”引导超硬材料产业转型升级，建议依托新设立的河南省新材料投资集团省级投资平台作为开展资本招商的“牵引器”和“主力军”，联合中信、招商等国内头部投资机构以及中原证券等我省头部投资机构共同设立产业基金群，形成“引导性股权投资+社会化投资+天使投资+投资基金+基金管理”的多元化科技投融资体系，不断增强创新资本生成能力。（2）引导我省金融机构创新金融服务模式、丰富金融工具类型，充分发挥信用中介和信息中介的作用，结合超硬材料产业链供应链特点开发信贷、保险等金融产品，支持并帮助超硬材料企业充分利用资本市场的 IPO 及再融资、发行债券等直接融资工具筹措资金，在政府创设引导产业基金、企业并购重组或分拆上市、制定股权激励方案以吸引高端技术人才等方面，充分发挥金融中介机构的专业作用。

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