人造金刚石单晶及合成设备

1 目前培育钻石属于从1—10的阶段，渗透率较低，未来戴维斯双击概率较大
2 培育钻石由于价格优势，有望实现“新能源车对于燃油车的替代”
3 中国掌握上游制造的全产业链优势
4 公司业绩爆发式增长，高景气度持续。同时壁垒相对较高，竞争格局较为稳定
5 受设备、工艺限制，导致扩产难度加大，预期到2025年培育钻石将保持供不应求的态势
一 市场规模
根据数据显示：2021年全球钻石销售额约840亿美元，按照原钻销售占比20%计算，预估可替代的原钻规模约为168亿美元。根据2021年数据显示，培育钻石的渗透率约2.4%，潜在理论替代空间可达40倍。
预期2022年到2025年全球培育钻石市场规模年复合增长率将达到35%。
渗透率。根据贝恩咨询 2021 年报告，美国和中国培育钻石零售市场交易额分别占全球 80%和 8%，即 2020 年美国消费培育钻石首饰 13.2 亿美元，中国消费 1.32 亿美元；按照2020 年全球钻石类首饰总消费额 680 亿美元，美国占比 52%，中国占比 10%，即美国消费钻石类首饰 354 亿美元，中国消费 68 亿美元，由此可测算得到美国和中国培育钻石产值渗透率为 4%和 1.9%。
人均价格。2020 年美国和日本人均钻石消费量分别为 105.60 美元和 40.07 美元，而中国和印度人均消费量仅为 4.96 美元和 2.95 美元，我国钻石消费额仅为美国的 1/20，后期提升空间大。
培育钻石又称合成钻石、人造钻石，是在实验室中生产的钻石，与天然钻石在化学成分、晶格结构、物理性能等完全相同。
培育钻石技术实现突破时间尚短，从行业生命周期来看，行业处于发展初期。市场消费需求快速增长，供给能力与消费需求存在一定差距，且培育钻石企业的研发实力、工艺水平和质量控制能力要求都远高于一般人造金刚石企业，因此行业进入门槛较高，竞争相对较小。
培育钻石较天然钻石的优势所在
1.1价格优势：培育钻石价格仅为天然钻石的30%

（数据来源：中兵红箭）
1.2 更环保，更节能，可持续性

二 市场格局
目前培育钻石基本呈现：中国生产—印度加工—美国消费的格局
培育钻石产业链呈现微笑曲线形态，上游天然及培育钻石生产毛利率约 60%- 70%，中游加工依赖大量人力毛利率约 10%，下游零售品牌溢价加成毛利率约 60%-70%。
以 1 克拉 I 色 SI 净度钻石为例，其需 3 克拉培育钻石原石制造而成，培育钻石原石制造商产品售价约 4500 元，毛利率 60%-70%；产品经打磨加工后，裸钻售价约 5000 元（打磨环节毛利率 10%）；经销商通过直销 /代销方式出售给终端零售品牌商（经销商毛利率 30%-40%），品牌商经过进一步设计、加工、搭配制造成成品首饰，售价约 2 万元（零售毛利率约 70%），同品级天然钻石售价约 6-7 万元。

三 生产工艺：主要分为CVD法和HPHT法（数据来源：行行查）
主流为HPHT法，中国基本实现垄断
全球 40%-50%的培育钻石原石来自中国使用高压高温技术生产，基本集中在 河南地区。高温高压技术模拟天然钻石的生长过程，在气压超过 5GPa、温度 1500°C 的高温高压环境中合成培育钻石。在 HPHT 钻石的培育过程中，纯净的碳粉被压缩进一个生长胶囊，随后被放置在个培育仓中。在极高的温度(高达 1300—1600°C)和压力下，日复一日碳原子与碳原子链 接在一起形成钻石晶体。
化学气相沉积法（CVD 法）为高温低压环境，产品净度更高，但需改色处理。化学气相沉积法 CVD 技术是第二代的钻石生长技术，在温度为 800℃~1000℃，压 强小于 1Pa 的环境中，将一块钻石薄片放置在一个真空腔体中，并中充入氨气和甲 烷的混合气体，这些气体提供了碳原子，在特定压力下加热直到他们被热化，碳原 子在薄片上一层一层的沉积，像下雪一样，形成均匀的钻石层，生长到足够的厚 度，就可以成为首饰用的培育钻石。
高温高压法（HPHT）与化学气相沉积法（CVD）优势互补、共同发展。在金刚石单晶合成领域，由于化学气相沉积法（CVD）在合成金刚石单晶时只能在布有晶种的基板上生长，属于二维生长，且只能生长单层，不适宜合成小颗粒单晶，无法满足工业领域对金刚石单晶的需求，因此在工业应用方面高温高压法（HTHP）为主流。
在培育钻石合成方面，基于现有技术条件，高温高压法（HTHP）合成培育钻 石以塔状为主，生长速度快、成本低、纯净度稍差，但综合效益具有优势，特别是 在 1-5ct 培育钻石合成方面具有明显优势；化学气相沉积法（CVD）合成培育钻石 呈板状，颜色不易控制、培育周期长、成本较高，但纯净度高，较适宜 5ct 以上培 育钻石合成。因此，在金刚石单晶合成领域，高温高压法（HTHP）占据工业应用主 流；在培育钻石合成领域，两者侧重于不同类型的产品，不构成替代关系。
四 设备相关公司
培育钻石原石产业链，由核心零部件供应商、六面顶压机供应商及培育钻原石制造商组成。铰链梁等核心设备主要由我国多家重工集团进行供应，其随生产的不断大型化，有效提升了六面顶压机的腔体体积和产能效率。
核心设备：六面顶压机设备主要供应商包括国机精工子公司三磨所等，其中黄河旋风自行设计后外采零部件组装，中兵红箭外购部分压机，同时外采核心零部件自行组装。
根据超硬材料网统计数据显示，目前全行业用于培育钻石压机保有量约3000-4000台；其中力量钻石主要外采压机设备，黄河旋风及中兵红箭具备自主设计压机能力，通过外采部分设备+外采核心零部件自行组装等方式取得压机。
郑州国机精工下属子公司三磨所作为我国磨料磨具起始研发单位，自上世纪六十年代成功自主研发第一台六面顶压机以来，经过多年产业积累及协同发展，通过 2001 年中南钻石突破人造金刚石生产核心技术----粉末触媒合成技术，使得中国金刚石制造技术与国际同步，河南也成为全球领跑国际超硬材料技术创新的重要创新地。目前全河南已有超过 200 家超硬材料制造企业，供应全球超 80%金刚石需求，形成“压机零部件-压机整机生产-超硬材料制造-打磨加工-终端零售”的全产业链。
五 新消息
7月15日日消息：印度进出口数据跟踪：
2022 年6 月，印度培育钻石毛坯额为1.48 亿美元，同比增长47.39%，培育钻石裸钻出口额为1.49 亿美元，同比增长56.78%；2022 年6 月，印度天然钻石毛坯额为17.66 亿美元，同比增长3.79%，天然钻石裸钻出口额为20.17 亿美元，同比增长2.25%。
培育钻渗透率：2022 年6 月，印度培育钻石端渗透率为7.75%，同比+2.15pct；出口端渗透率为6.89%，同比+2.32pct。
7月5日协会消息：今年上半年培育钻石产业链上游景气度持续，主要原因是，在行业渗透率低的背景下，大家对未来预期向好，因此毛坯需求量较大；同时乌克兰危机爆发，欧美抵制在全球占比1/3的俄罗斯天然钻出口，市场加大了培育钻石的采购，客观上增加了培育钻石的需求。
六 相关企业
$中兵红箭(SZ000519)$ ：中兵红箭根据公司自身需要及扩产节奏，结合公司目前已下订单及 行业供给上限，预计公司 2022-2024 年年均新增满产压机 300-500 台用于培育钻石 制造；公司为上市多年老牌企业，其存量压机平均寿命较长，每年存量压机约 5%淘 汰率；中兵红箭因其是工业金刚石行业龙头，承担额外社会责任与稳定供应链责 任，假设其转换产能比例较低，每年约 5%；则预计公司 2022 至 2025 年培育钻石收 入复合增速 56%。
$黄河旋风(SH600172)$ ：根据黄河旋风 4 月 6 日发布的募资公告显示，其拟计划向实控人发 布定增 8-10.5 亿元，其中约 9 亿用于设备购置。综合考虑公司扩产节奏及制造成 本，预计公司 2022-2024 年年均新增满产压机 300-500 台用于培育钻石制造。公司 为上市多年老牌企业，其存量压机平均寿命较长，每年存量压机约 5%淘汰率；因其 自身快速发展需求，部分工业压机产能转换至培育钻石，预计年转换产能约 10%；预计公司 2022-2025 年培育钻石收入复合增速 35%。
$力量钻石(SZ301071)$ ：根据 3 月 26 日公告的募资报告，公司拟购置用于培育钻石压机总数 1500 台，项目建设期分 3 年完成。考虑到其购置交付及设备调试等进度，假设建设 期内设备进场百分比分别为 30%、30%、40%，项目建设完成后再新增压机为自行 购置，则预计公司 2022-2025 年新购置压机数目分别为 450 台、450 台、600 台、400 台；考虑到设备安装调试及产能爬坡等因素，预计当年新增设备平均满产率约 60%，第二年达满产状态。综合推测公司 2022-2025 年培育钻石收入复合增速 78%。
再次强调：以上内容仅个人观点，学习交流所用，绝不能作为投资买卖依据
以下仅知识补充（可不看）
其他介绍（完整版可参考力量钻石的招股书）
金刚石的化学成分为碳（C），属于碳元素的一种同素异形体，其密度为3.52g/cm、硬度为莫氏 10 级，是目前人类已知自然界中坚硬的物质。金刚石按照成因可分为天然金刚石和人造金刚石。
天然金刚石是一种稀有、贵重的非金属矿产，其中质优粒大、可用于制作饰品的宝石级金刚石被称为天然钻石，天然金刚石原生矿主要分布在南非、扎伊尔、博茨瓦纳、俄罗斯、澳大利亚等国，矿藏储量不高且采掘难度较大。
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。目前，国 内人造金刚石产品生产主要采用高温高压法（HTHP）。
天然金刚石矿属于非可再生资源且具有矿藏储量稀少、开采成本高昂以及开 采过程对生态环境破坏程度较高等特点，无法被大范围应用于工业领域，因此，全球工业用金刚石主要是人造金刚石。人造金刚石作为一种先进碳材料，不仅具 有超硬、耐磨和抗腐蚀等优异力学特性，还具有其他材料无可比拟的热学、光学、声学、电学和化学等优异性能，属于高效、高精、半永久性、节能、绿色环保型 材料，对其他高新技术产业的支撑作用极大，享有“材料之王”的美誉。
随着人造金刚石合成工艺的不断提高，金刚石大单晶中颗粒较大、品质较高 的单晶作为培育钻石用于制作钻石类镶嵌饰品或其他时尚消费品而应用于消费 领域。培育钻石和天然钻石都是由碳元素形成的晶体，具有相同的化学、物理特 性，培育钻石在晶体结构的完整性、透明度、折射率、色散等方面可以与天然钻 石相媲美。培育钻石作为钻石行业的新生力量，为喜爱钻石的消费者提供了一项 新的选择。随着培育钻石合成技术的不断提高，培育钻石在产品质量、生产成本 以及品级、尺寸、颜色、定制化等可控性方面的优势越来越突出，发展潜力巨大。
人造金刚石的应用领域
人造金刚石在力学、热学、光学、声学、电学和化学等方面性能优异，终端应用领域十分广泛，主要包括工业领域应用和时尚消费领域应用两大类。
①工业领域应用
人造金刚石的工业应用主要包括两个方面，一是利用人造金刚石超硬、耐磨、抗腐蚀的力学特性，可制作磨、削、切、割等各类金刚石工具，应用于金属及合金材料、高硬脆材料（硅、蓝宝石、磁性材料等）、软韧材料（橡胶、树脂等）及其他难加工材料的加工；二是利用人造金刚石在光、电、声、磁、热等方面的特殊性能，作为重要的功能性材料，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。
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。锯切工具主要包括锯片、锯条、绳锯、线锯、刀具等；磨削工具是指以金刚石为磨料，借助于结合剂或其他辅助材料在一定生产条件下制成的具有一定形状和性能可用于磨削、研磨、抛光等用途的工具，其产品种类主要分为固结磨具、涂附磨具、膏状液态磨具三大类，具体包括砂轮、磨头、切割片、磨盘、油石、砂布、砂带、抛光膜、研磨膏、研磨液等；钻进工具主要包括地质钻头、油（气）井钻头、工程薄壁钻头，其分别应用于地质勘探、油（气）勘探与开采及各类建筑物钻孔。上述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。
科技的发展使得人造金刚石作为功能材料的新兴应用层出不穷。人造金刚石作为用途广泛的极端材料，不仅可加工各种难加工材料，而且正在向高灵敏、高精度、高功率、高透光、高热传导、高电子迁移、高人体亲和、高耐磨、抗腐蚀、抗辐射等功能性元器件方向发展1。金刚石在光学、电学、声学、热学等方面具有特殊性能，其作为一种重要的功能材料也日益引起重视，这方面的性能和用途正在不断的得到研究开发。
② 时尚消费领域应用
人造金刚石中颜色、重量和纯净度达到一定标准的宝石级金刚石大单晶可作为培育钻石镶嵌饰品应用于消费领域，培育钻石经过设计、切割、打磨和加工等工序可以被制作成各种璀璨夺目的钻石饰品。培育钻石与天然钻石除生长环境不同外，化学成分以及颜色、净度等物理性质完全相同，但培育钻石饰品的销售价格约为同等级天然钻石饰品销售价格的 30%至 50%。近几年来，随着培育钻石合成技术的发展以及消费者对培育钻石认知程度的提升，培育钻石越来越多地应用到佩戴饰品、工艺装饰品和艺术收藏品中。
人造金刚石行业发展概况
金刚石凭借卓越的物理和化学性能在工业生产和科学技术领域广受青睐，但天然金刚石矿藏稀少、成本昂贵，无法满足全球日益增长的工业需求，客观上促使科学家探寻金刚石工业化制造模式。1954 年美国 G.E.公司（即现在的 D.I.公司）研制成功了世界上第一颗人造金刚石，我国则在 1963 年成功研制出第一颗人造金刚石。
1965 年，由郑州磨料磨具磨削研究所自主研发的我国第一台人造金刚石合成设备——六面顶压机投产使用，其生产效率较原来国外研发的两面顶压机提高近 20 倍。中国六面顶压机的卓越表现得到了全球人造金刚石生产企业的青睐，元素六（Element Six）、日本住友电工、韩国 ILJIN 公司等国际知名人造金刚石生产企业均陆续购买中国生产的大型六面顶压机替代原有的两面顶压机。随着自主研发的六面顶压机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；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金刚石单晶合成的技术优势。美国、日本、德国、韩国等国家在人造金刚石领域的优势则集中于金刚石制品、金刚石复合材料的研究开发和应用。
人造金刚石作为重要超硬材料之一，对其他高新技术产业发展起到极大的支撑作用。人造金刚石及其制品的问世不仅破解了层出不穷的新材料无法用传统工具加工的难题，还成百倍地提高了传统加工的速度和精度，降低了消耗和废物排放，在加工效率、加工精度、节能环保等方面起到重要作用；同时，也催生了一些新兴工业领域。人造金刚石及制品是发展低碳经济不可替代的极端材料，已成为国民经济、国防工业和人民生活不可缺少的重要组成部分，其消耗量成为衡量一个国家工业发展水平的重要标志，赢得了世界范围前所未有的高度重视，具有良好的发展前景。
中国人造金刚石行业经过 50 多年的发展，已形成相对完整的产业体系，人造金刚石行业经历从无到有、由弱变强的过程，并且逐步发展成为引领全球的民族产业。从 2000 年开始，中国一直是全球金刚石单晶生产和消费大国，截至目前，我国金刚石单晶产量占世界总产量的 90%以上；金刚石单晶的生产技术和产品品质已达到世界先进水平，我国人造金刚石行业为国家乃至全球诸多高新技术的创新发展提供了强力支撑。