长久以来，钻石被冠以“一颗恒久远”的定义，作为珠宝饰品被卖作高价。而如今，工业化流程诞生的培育钻石，或远不仅被赋予装饰品使命。

在推进饰品需求端对培育钻石接受度的同时，超硬材料企业更目标将“钻石”产业布局向工业化应用场景延申。尺寸更大、杂质更低的化学气相沉积（CVD）法培育钻石，已渐成行业着力研究开拓的方向。

CVD布局力度增强

“除用作饰品外，未来伴随技术升级，公司CVD法金刚石产品有望向高端工业领域拓展，开发电子级金刚石等高级应用。”近期公告增资控股河南天璇半导体科技有限责任公司（下称“天璇半导体”），拓展培育钻石市场的四方达，将目光瞄准了高端工业应用领域。

证券时报记者从四方达了解到，作为该公司CVD法培育钻石业务的重要载体，天璇半导体在今年二季度末已形成10万克拉金刚石年产能，而且已经启动第二期10万克拉培育钻石用金刚石产线建设。未来随着市场需求的变化，公司可快速形成更大的CVD培育钻石产能。今年年底到明年年初，产能有望快速提升至40万克拉的水平。

刚刚披露在8月1日成功研发生产出培育钻石产品的惠丰钻石，也同样看中了CVD法培育钻石的工业化应用前景。

“消费钻石市场近年来逐步成型，国内高温高压法生产大单晶技术已经较为成熟。公司拓展CVD法生产大单晶技术路线，未来目标向半导体器件、集成电路散热、传感器及激光等高精密材料应用领域拓展业务，有很大发展空间，是企业对未来的产业布局。”惠丰钻石相关负责人表示，目前该公司已和河南工业大学、惠州比亚迪电子有限公司建立了金刚石电子应用联合实验室，致力于培育钻石3C应用研发、金刚石复合手机背板材料的研发、6G产品金刚石导热材料的研发等。

中兵红箭近期在投资者活动公告中也表示，CVD能够实现高纯度、大尺寸的金刚石单晶或者薄膜，弥补了高温高压法合成金刚石的不足，是实现金刚石作为功能材料在声、热、光、电等高科技和军事工业领域应用的主要途径和发展方向。

据公开报道，2022年6月中兵红箭旗下中南钻石CVD金刚石技术实验室经过技术攻关，在微波等离子CVD设备上突破了10克拉以上培育钻石毛坯批量制备技术。

工业金刚石应用领域广泛，发展前景广阔

工业金刚石包括金刚石单晶和金刚石微粉，其中金刚石微粉是由金刚石单晶经破碎、球磨等工序形成微米或亚微米级的金刚石粉体。工业金刚石稳定增长的需求主要来自传统加工领域，及以光伏新能源和第三代半导体应用为主的先进制造领域。预计到 2025 年，全球工业金刚石市场规模为 80.27 亿元，年复合增长率达 7.53%，其中我国工业金刚石市场规模将达 72.25 亿元，包括金刚石单晶市场规模 46.13 亿元和金刚石微粉市场规模 26.12 亿元。

传统加工领域对工业金刚石的需求长期保持稳定增长。（1）建材石材：房地产行业作为我国主要产业之一，其投资完成额从 2011 年的 6.2 万亿元增长至 2020年的 14.1 万亿元，长期保持高速增长，未来基础设施投资及房地产开发规模扩张将持续带动建材加工用金刚石工具需求增长。（2）勘探采掘：金刚石单晶的材质优势与技术优势在勘探采掘较为显著，未来在深孔钻中的应用程度将进一步提升，矿产开采数量与难度提升将带动金刚石单晶需求的不断增长。（3）机械制造：人造金刚石是机械制造产业中不可或缺的切削刀具的原材料，切削刀具大约占整个机械加工流程 90%加工量，广泛应用于汽车、摩托车、机床工具、通用机械、模具、航空航天、工程机械等应用领域。据 QYResearch 测算，2026 年切削刀具市场规模将达到 1,999 亿元，年复合增长率为 3.91%。

先进制造领域中的光伏新能源和第三代半导体规模化应用将孕育新兴需求。

（1）光伏新能源：2017 年以来随着金刚石线锯切割技术突破，成本快速下行，金刚石微粉已广泛应用于光伏单晶硅与多晶硅材料的切割领域，有效替代传统的砂浆与碳化硅砂浆切片。据 CPIA 测算，2021-2025 年全球光伏新增装机量将从170GW 增长至 330GW，按照金刚线 37.50 万千米/GW，容配比 1.32 计算，2025年全球硅片需求将达 436GW，金刚线需求量将达 16,335 万千米，年复合增长率达 23.90%。

（2）第三代半导体：第三代半导体广泛应用于新能源汽车、高速交通、5G 通信等领域，其碳化硅材料硬度大，在晶体切割、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。据 CASA Research测算，国际碳化硅汽车市场将以 38％的复合年增长率增长，到 2025 年将超过 100亿元。

CVD技术壁垒高，行业集中度提高

CVD 技术是在金刚石亚稳定的压力温度条件下的生长方法。原理是将含碳气 体甲烷（CH4）和氢气混合物在负压和温度 100-1500℃条件下激发分解出活性碳 原子，通过控制沉积生长条件促使活性碳原子在基体上沉积，按照晶种提供的钻 石模板排列堆积，交互生长成金刚石晶体，该种方法下合成的金刚石主要为片状 金刚石膜。化学气相沉积法可分为热丝法（HFCVD）和微波等离子体法（MPCVD） 等。其中 MPCVD 法可以制备出面积较大、晶体良好、杂质少、比较纯净的高质 量金刚石薄膜。据美国 Lightbox 官网显示，培育钻石生产商元素六（ElementSix） 通过 CVD 技术生产培育钻石的周期约为 2 周。

高温高压法和 CVD 法生产培育钻石各有优劣。使用 HPHT 技术合成培育钻 石具有生长周期短、成本低、技术成熟和设备产能相对充足的优势，能够大批量 生产。随着生产技术提高，过去存在的毛坯内金属杂质多、颜色发黄等问题得到有效改善，是目前国内最常用的生产方式。CVD法能够根据晶种大小和形状控制 最终晶体的对应属性，在生产大克拉钻的领域更具有优势，同时不需要添加金属 催化剂，毛坯净度高。但技术如果不够成熟，生产出的毛坯则需要后期改色，同时 生长周期相对较长。

中国深耕高温高压法生产合成金刚石近 60 年，生产商拥有丰 富经验，贡献了全球主要的高温高压产量。CVD 生产方式具有相对更高的技术壁垒以及专利壁垒，产能主要集中在美国、新加坡、印度、欧洲等地，中国生产商中 仅杭州超然、上海征世和宁波晶钻等少数企业能够量产高品质的 CVD 培育钻石。 相对于 CVD 法，高温高压法在工业级金刚石和小克拉宝石级金刚石生产上具有成本优势，CVD 技术可在高温高压技术基础上生产高于宝石级金刚石的产品。

未来宝石级金刚石产品有望因生产工艺不同，而出现应用场景分化。由于高 温高压法生产金刚石具有成本优势，但边际成本随克拉数增加而加速上升，将主 要应用于工业金刚石及中小克拉的宝石级金刚石的生产及应用场景。CVD 技术培 育的金刚石适用范围更广，涵盖诸如电子级金刚石等高级应用。而在宝石级金刚 石生产中，头部 CVD 企业生产的培育钻石毛坯普遍要大于高温高压法，考虑到成 本因素，未来更适合大克拉宝石级、光学级、热学级、电子级等应用场景。

技术升级和设备升级助供给端实现工业化量产。目前就高温高压与 CVD 两 种技术路径而言，均存在提效预期。高温高压法提效驱动主要来自于优质品率提升和设备升级。据公司公开交流，当前头部三家高温高压法生产企业黄河旋风、 中南钻石及力量钻石均在通过新购入顶压机进行积极扩产，预计 2022 年仍会保 持压机上新速度，中期看良品率的提升将成为培育钻石企业研发的核心所在。优 质品率的提升将带动在产设备产值稳步提升。据力量钻石招股书披露，800 型号 锻造法压机相较 700 型号铸造法压机单产均值可提升 25.0%至 78.6%。

随着头部 高温高压生产企业的设备升级，其生产效率有望实现逐步提升。CVD 法提效驱动 主要来自于技术升级。CVD 法生产培育钻石整体成熟较晚，目前主流的工业化量 产技术路线为微波等离子体法（MPCVD）。目前，全球仅少数企业可以实现无改色的情况下量产 D-F 色的毛坯钻，多数企业量产毛坯钻的色号仅为 G-H 色及以 下。整体来看，高温高压法及 CVD 法均可作为工业化量产的技术路径，高温高压 法已相对成熟，技术迭代空间已相对有限；CVD 法存在较强技术壁垒，研发能力 成为 CVD生产企业竞争力的核心。

文章来源：思瀚产业研究院，未来智库，证券时报