光伏领域需求旺半导体、国防未来空间大

1、投资案件投资建议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；中兵红箭培育钻石原石+工业金刚石双龙头，军工业务将扭亏，业绩弹性大；黄河旋风历史包袱逐步卸载，利息和减值有望改善，业绩反转向上；力量钻石行业新秀崛起，短期业绩增幅大；四方达 CVD 法人造金刚石未来之星。关键假设、驱动因素与主要预测传统油服市场持续回暖、“汽车+N”高端制造市场快速增长促超硬刀具/钻头超行业增速上涨；光伏“绿电”大赛 道，金刚石线切割受益硅片放量；消费电子蓝宝石衬底切割需求旺盛；未来 CVD 法人造金刚石有望引领半导体、军工材料行业变革。我们与市场的观点的差异（1）市场担心工业金刚石盈利能力不足

2、，后期面临降价的风险。需求：传统切割市场+光伏、消费电子、高端制造大放量+未来 CVD 法人造金刚石半导体、军工领域应用，工业金刚石应用空间广，新材料有望引领行业变革，预计至 2025 年行业需求 88-114 亿元，复合增速 18%-26%；供给：中国供应全球超 95%工业金刚石，基本为高温高压法制造，2021 年工业金刚石单晶+微粉产量约 150 亿克拉；扩产核心因素：压机数量提升+新型号大压机单次产量增加+工艺提升导致单炉时间缩短，共促行业发展；（3）中兵红箭、黄河旋风、力量钻石占我国约 65%培育钻石原石制造市场份额，预计至 2025 年合计市占率下降至 60%，考虑各家扩产情况，预计

3、 2025 年高温高压法工业金刚石行业总供给达 103 亿，2022-2025 复合增速 23%。供需格局：因扩产速度有限，扩产受限+产能挤压（压机产能转至培育钻石）+需求增加，现有市场供不应求可能导致价格进一步上涨，未来工业金刚石盈利能力有望向培育钻石看齐。（2）市场担心 CVD 法快速放量，颠覆现有工业金刚石供应格局。我们认为：高温高压法和 CVD 法因技术路径及原理不同，其产品适用范围也有显著区别：高温高压法产品耐磨性及硬度高，生长速度快价格低廉，适用于各类切割、磨削类耗材工具；CVD 法金刚石膜具备良好的散热性、耐高压、透波率，未来在半导体领域及军工红外光学窗口等方面有着良好应用，二者

4、技术互补，协同发展。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 法长期应用于半导体、军工领域可期。股价上涨的催化因素工业金刚石下游需求大幅提升；CVD 法技术突破，产品可广泛应用于半导体、军工等领域。投资风险CVD 法技术突破带来竞争格局变化风险、下游高端制造不及预期风险。正文目录 HYPERLINK l _TOC_250014 工业金刚石：工业制备基础产品，我国垄断上游制

5、造 5 HYPERLINK l _TOC_250013 工业金刚石产业链：上游中国垄断，中游种类多，下游应用广 5 HYPERLINK l _TOC_250012 自然界最硬物质，高端金刚石工具进口替代空间大 7 HYPERLINK l _TOC_250011 高温高压法制备磨削/切割工具，CVD 法适用半导体+军工 11需求：光伏高端制造大放量，中长期展望半导体/军工 13 HYPERLINK l _TOC_250010 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 13 HYPERLINK l _TOC_250009 中长期（CVD 法）：第四代半导体材料应用广，军用未

6、来可期 15供给：高温高压法至 2025 年供给复合增速 23%，CVD 法突破后有望放量 20 HYPERLINK l _TOC_250008 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 65%高温高压法工业金刚石 20 HYPERLINK l _TOC_250007 高温高压法扩产 3 大因素：压机数量增加、设备升级、工艺提升 21 HYPERLINK l _TOC_250006 高温高压法工业金刚石：预计 2022-2025 年供给复合增速为 23% 24 HYPERLINK l _TOC_250005 重点推荐中兵红箭、黄河旋风、力量钻石，四方达 27 HYPERLIN

7、K l _TOC_250004 中兵红箭：培育钻石+工业金刚石，兵器集团智能弹药龙头军民品双驱动 30 HYPERLINK l _TOC_250003 黄河旋风：业绩反转向上，培育钻+工业金刚石高景气 31 HYPERLINK l _TOC_250002 力量钻石：超硬材料新秀崛起，快速扩张业绩弹性大 31 HYPERLINK l _TOC_250001 四方达：CVD 人造金刚石未来之星，复合超硬材料驶入快车道 31 HYPERLINK l _TOC_250000 风险提示：竞争格局变化、盈利能力波动 32图目录图 1：工业金刚石产业链总览图：上游中国垄断，下游广泛应用建材、光伏、高端制造领

8、域，未来有望向半导体、军工扩产 5图 2：2020 年我国工业金刚石单晶及微粉总产量 145 亿克拉 6图 3：2020 年以来工业金刚石单价已累计上涨 60 6图 4 :工业金刚石下游市场规模（单位：亿元） 7图 5：工业金刚石下游市场消耗数量（单位：亿克拉） 7图 6：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 8图 7：金刚石工具相比普通硬质合金工具具有显著性能优势 9图 8：高温高压法合成人造金刚石的工艺流程 11图 9：CVD 法合成人造金刚石的工艺流程 12图 10：半导体 3 代材料发展历程，目前碳化硅、氮化镓为第三代半导体主要材料 15图 11：各种半导体材料的物理

9、特性，金刚石在耐高温、功率大、耐高压等方面具有显著优势 16图 12：日本成功研发超高纯 2 英寸金刚石晶圆量产 17图 13：2021 年中国大陆半导体市场规模 119 亿美元 17图 14：金刚石散热衬底提升氮化镓功率处理，降低成本、尺寸及重量 18图 15：金刚石在国防和军工领域的应用 19图 16：四家工业金刚石供应商总压机数目及工业金刚石压机数目（截至 2021 年底） 20图 17：核心企业超硬材料业务 2021 年收入（亿元） 20图 18：核心企业工业金刚石业务 2021 年收入（亿元） 20图 19： 核心企业超硬材料业务 2021 年市场份额 21图 20：核心企业工业金刚

10、石 2021 年市场份额 21图 21：压机数量提升、设备升级大型化、工艺提升共促行业产能扩张 21图 22：主要六面顶压机供应商年压机产量 22图 23：制约产能扩张的核心瓶颈-铰链梁 22图 24：压机腔体变大有效提升压机单炉产量 23图 25：工艺提升促单炉时间缩短，同步提升压机产量产值 24图 26：扩产受限+产能挤压+需求增加，供不应求可能导致价格进一步上涨 27图 27：2021 年三家上市公司超硬材料及工业金刚石收入 29图 28：三家公司 2021-2022 年工业金刚石业务收入及利润 29图 29：力量钻石历史包袱小，毛利率/净利率最高 29图 30：中兵红箭在手现金充足，扩

11、产阻力小 29表目录表 1：部分金刚石工具生产公司一览，大行业，小公司 7表 2：金刚石单晶及微粉产品的物理特性 9表 3：金刚石工具分为锯切工具、磨削工具及钻进工具，用于机械制造、建材切割、石油钻探等多个领域 10表 4：CVD 金刚石主要制备方法一览，目前 MPCVD 法为主流 12表 5：HTHP 和 CVD 在合成技术、合成结果和产品应用等方面差异明显 13表 6：需求端：传统建筑石材市场稳健、高端制造、光伏切割、蓝宝石衬底切割有望快速放量 14表 7：CVD 法制备单晶金刚石和多晶金刚石性能差异 15表 8：大尺寸单晶金刚石晶圆制备技术 17表 9：预计至 2025 年单晶金刚石晶圆

12、市场需求 65.4 亿美元 18表 10：常用红外窗口材料与金刚石的特性比较 19表 11：我国六面顶压机性能不断提升：产品迭代速度加快 23表 12：力量钻石工业金刚石业务收入测算，至 2025 年收入复合增速 32% 25表 13：黄河旋风工业金刚石业务收入测算，至 2025 年收入复合增速 20% 25表 14：中兵红箭工业金刚石业务收入测算，至 2025 年收入复合增速 21 26表 15：高温高压法工业金刚石行业供给 2022-2025 年复合增速 23（单位：亿元） 26表 16：中兵红箭、黄河旋风、力量钻石三家企业业务对比 28表 17：中兵红箭、黄河旋风、力量钻石三家企业核心优

13、势 30工业金刚石：工业制备基础产品，我国垄断上游制造工业金刚石产业链：上游中国垄断，中游种类多，下游应用广图 1：工业金刚石产业链总览图：上游中国垄断，下游广泛应用建材、光伏、高端制造领域，未来有望向半导体、军工扩产资料来源：岱勒新材/美畅股份/力量钻石招股说明书上游：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，根据超硬材料网数据显示，我国目

14、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（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。图 2：2020 年我国工业金刚石单晶及微粉总产量 145 亿克拉180160140168153151149140145136143142124921201008020102011201220132014201520162017201820192020金刚石单晶产量（亿克拉）中国磨料磨具工业年鉴，技术突破致价格下跌，近些

15、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。图 3：2020 年以来工业金刚石单价已累计上涨 60900800700600500400300200

16、100200120022003200420052006200720082009201020112012201320142015201620172018201920202021202208000.10.20.3资料来源：公开资料，整理中游：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。表 1：部分金刚石工具生产公司一览，

17、大，小公司公司名称主营业务2021 收入（亿元）四方达超硬材料股份有限公司聚晶金刚石及相关制品4.2河南亚龙金刚石制品股份有限公司金刚石复合片及刀具等北京沃尔德金刚石工具股份有限公司金刚石刀具等3.3杨凌美畅新材料股份有限公司电镀金刚石线等18.5长沙岱勒新材料科技股份有限公司金刚石线等2.7博深股份有限公司金刚石圆锯片、钻头及刀具等15.8晶日金刚石工业有限公司金刚石单晶、金刚石锯片和金刚石聚晶等山东昌润钻石股份有限公司磨削锯切级金刚石、金刚石单晶及微粉等资料来源：天眼查下游：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

18、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。图 4 :工业金刚石下游市场规模（单位：亿元）图 5：工业金刚石下游市场消耗数量（单位：亿克拉）82213建筑石材（50%）2机械、电子（28%）资源开采/地质钻探（17%）其他（5%）建筑石材 机械、电子725

19、7341资源开采/地质钻探其他硬质合金商务网央视财经自然界最硬物质，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。图 6：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百度百科，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

20、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。表 2：金刚石单晶及微粉产品的物理特性产品类别产品名称产品特性产品用途应用场景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、低制作砂轮、磨轮、磨块、滚轮、滚筒等磨削工具硬质合金、石材、陶瓷和玻璃等非金属硬脆材金刚石单晶磁性锯切级单晶粒度范围集中在 20/25 以细；晶形规则、边缘锋利、机械强度高大单晶粒度范围集中在 20/25 目以粗，晶体完整，内部杂质较少制作锯片、绳锯和刀具等锯切工具制作金刚石钻头、刀具、修

21、整器料的磨、削以及抛光建筑材料及半导体硅片、光学玻璃、陶瓷等切割有色金属、光学平面镜、芯片晶圆等超精密加工金刚石微粉研磨用微粉粗端 7m 以下，粒度分布集中，晶型规则，微粉颗粒强度高，杂质含量低线锯用微粉粗端 7-14m，晶型较好，多棱角、锋利度好、粒度分布集中其他粗端 14m 以上，具有良好的分散性、耐磨性制作研磨膏和研磨液等 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制作金刚石线锯蓝宝石、单晶硅、多晶硅、精密陶瓷、磁性材料切割制作砂轮、磨片、复合片 陶瓷、石材和玻璃等材料的磨削惠丰钻石招股说明书、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

22、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。图 7：金刚石工具相比普通硬质合金工具具有显著性能优势中国人造金刚石产业竞争力提升的对策研究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、

23、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。金刚石工具描述产品名称应用领域表 3：金刚石工具分为锯切工具、磨削工具及钻进工具，用于机械制造、建材切割、石油钻探等多个领域石材、建材、地板砖、建筑、装修、玻璃、陶瓷、耐火材锯片料、公路、桥梁、码头、机场、雕刻等包括锯片、锯机械、汽车、摩托、机床工具、轴承、航空航天、电子和刀具微电子、军工、空间技术等锯切工具条、绳锯、线锯、刀具等烧结体拉丝、机械、石油、地质，煤炭、木材、水泥制品边材、建筑、装修、公路、桥梁、码头、机场、石材、耐薄壁锯火材料、玻璃、陶瓷等电镀制品

24、石材、机械、宝石加工、学导体加工、钻探、电子、航空航天、军工、陶瓷、玻璃等磨削工具包括砂轮、磨头、切割片、磨盘、油石、砂布、砂带、抛光膜、研磨膏、研磨液等砂轮珩磨条、精磨片机械、汽车、摩托、机床工具、木材、石材、复合片、电子、家电、航空戴天、军工等机械、电子、玻璃、陶瓷、军工、油嘴、空间技术等滚轮普通砂轮、超硬砂轮和军工等磨盘、磨锯、磨轮石材、地板砖、玻璃、耐火材料、陶瓷等钻进工具包括地质/油（气）钻头井/工程钻头石油、地质、煤炭、核工业、水电工程、建材、建筑、公路、铁路、隧道、桥梁、码头基桩、空间技术等超硬材料网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

25、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。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

26、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。图 8：高温高压法合成人造金刚石的工艺流程资料来源：力量钻石招股说明书，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

27、，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。图 9：CVD 法合成人造金刚石的工艺流程资料来源：培育钻石网，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。

28、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。表 4：CVD 金刚石主要制备方法一览，目前 MPCVD 法为主流分类特点代表公司备注MPCVD纯度与高质量的天然单晶金刚石几乎完全相同，重量超过 10 克拉，体积大 550mm3;德国 AIXTRON 公司、日本SEKI 和 PLAS 公司美国的 SP3、Crystallame、微波法为目前市场上主流方法，主要技术在 IAF 和美国压力可调，温度可至HFCVD沉积区域大，设备结构简单，操作容易CVD-diamond、Diamonex、 DD

29、K 等公司50，可加入多组热丝阵列。DC Arcplasma jet CVD直流辉光PCVD智研咨询技术比较完善，主要特点是沉积速度快，金刚石膜质量接近 MPACVD，最大沉积直径 150mm 以上沉积速率高、沉积面积大、品质好、裂纹少、可在高气压下工作、放电稳定、设备简单等Westinghouse Electric, SP3北京科技大学单位也开发并完善了该项技术韩国、奥地利有研究中国吉林大学有研究两种技术互补，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

30、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。表 5：HTHP 和 CVD 在合成技术、合成结果和产品应用等方面差异明显类型项目高温高压法（HTHP）化学气相沉积法（CVD）主要原料石墨粉、金属触媒粉含碳气体（CH4）、氢气合成技术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合成产品主要产品产品特点金刚石单晶、培育钻石颗粒状金刚石膜、培育钻石片状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应用情况主要性能超硬、耐磨、抗腐蚀等力学性能光、电、磁、声、热等性能应用程度技术

31、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，应用成果较少工业金刚石差异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不会替代高温高压法（HTHP）。资料来源：力量钻石招股说明书，需求：光伏高端制造需求向好，半导体/军工未来空间大现阶段（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

32、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

33、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

34、硬刀具强势扩张共促放量。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 排放等优势，可以大幅降低硅片生产企业成本，提高硅片

35、品质，未来金刚线需求有望随硅片放量大幅增长。消费电子高景气，蓝宝石切割需求旺盛：随着 LED 厂商大幅扩产、智能手机用摄像头保护玻璃、指纹识别保护镜片的规模扩大，全球消费电子市场扩大+蓝宝石在智能设备领域渗透率的增加，蓝宝石衬底需求高景气发展；金刚线作为其核心切割耗材，需求同步大幅增加。碳化硅衬底：新能源车+光伏需求崛起，国产替代有望突破，未来金刚石线切割新市场。综合考虑下游各细分子行业发展增速，预计至 2025 年工业金刚石需求端合计约88-114 亿元，复合增速 18-26。应用场景建筑石材高端制造光伏消费电子资源开采其他表 6：需求端：传统建筑石材市场稳健、高端制造、光伏切割、蓝宝石衬底

36、切割有望快速放量2254482（亿）市占率50%11%9%9%17%5%市场规模主要用途通过切割、磨削等方式来加工石精密机械加工，如汽车、消费电子、钢铁片材等产品加工、航空航天等用于钻探钻头度电成本不断下全球消费电子市场油服市场回降、综合优势明随城镇化率提升张，高端制造需求增未来增长趋显、全球能源政策扩大+蓝宝石渗透率增加，金刚线作暖，钻井数量增多+钻井深度势利好，至 2030 年全球新增装机需求具成发展趋势CAGR25%-27%为其核心切割耗材，需求同步大幅上涨。增加带动石油复合片市场进一步扩容预计复合增速（至5%-10%30%-40%40%-50%40%-50%15%-25%5%金刚线切割

37、光伏硅蓝宝石衬底切割金刚石复合片“汽车+N”市场强势扩及住宅更新换代需求平稳增长加促机床数量增加+开工率提升，超硬刀2025 年）市场规模（2025年，亿元）273214191520152014203资料来源：磨料磨具网、光伏行业协会网、超硬材料网、整理中长期（CVD 法）：第四代半导体材料应用广，军用未来可期CVD 法制备人造金刚石因其耐高压、大射频、低成本、耐高温等诸多优势，被普遍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优材料；CVD 法人造金刚石根据原子排列方式不同又分为多晶金刚石及单晶金刚石，其中多晶金刚石多用于半导体领域热沉材料的制造（散热片），单晶金刚石因其原子规则

38、排列、一致性强等优势，有望在半导体衬底等多种领域大幅应用。表 7：CVD 法制备单晶金刚石和多晶金刚石性能差异单晶金刚石多晶金刚石原子顺序原子有序排列原子无序抱团，原子团有序排列一致性强弱无差异，折射反射情光线折射折射反射情况差况好散热性好好成本高低透波率强弱资料来源：公开资料，整理单晶人造金刚石：第四代“终极半导体”晶圆制造：半导体材料是制作半导体器件和集成电路的电子材料，目前第三代宽禁带材料主要为碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）、氮化铝（ALN）、氧化镓（Ga2O3）等，近 10 年世界各国陆续布局、产业化进程快速崛起；展望未来，CVD 法人造金刚石可通过晶圆拼接方式制作大面积单晶晶圆，

39、作为半导体芯片衬底可完全解决散热问题及利用金刚石的多项超级优秀的物理化学性能，制造第四代“终极半导体”。图 10：半导体 3 代材料发展历程，目前碳化硅、氮化镓为第三代半导体主要材料资料来源：公开资料，整理半导体产业链：衬底为技术壁垒最高环节，价值量占比 40%-50%。半导体产业链由衬底、外延构成基础材料，通过芯片设计、制造、封测分装，最终应用于新能源、电子等诸多领域。其中衬底的制造是产业链技术壁垒最高、价值量最大环节，衬底材料选择将成为未来新一代半导体发展重要方向。耐高压、大射频、低成本、耐高温，多重特性助推金刚石成下一代半导体材料：金刚石禁带宽度 5.5 eV 超现有氮化镓、碳化硅等，载

40、流子迁移率也是硅材料的 3 倍，同时金刚石在室温下有极低的本征载流子浓度，且具备优异的耐高温属性。基于这些优异的性能参数，金刚石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。图 11：各种半导体材料的物理特性，金刚石在耐高温、功率大、耐高压等方面具有显著优势资料来源：金刚石半导体器件的研究与展望，现阶段大尺寸单晶金刚石晶圆制备技术主要有同质外延生长、马赛克拼接以及异质外延生长等方法，通过高能粒子轰击、拼接生长以及其他衬底缓冲层生长等方式，实现单晶金刚石晶圆的大尺寸制备。表 8：大尺寸单晶金刚石晶圆制备技术技术名称主要方式发展现状优点缺点同质外延生长马赛克拼接异质外延生

41、长DT 半导体材料在单晶金刚石衬底上，通过高能粒子轰击实现薄膜生长将多片均一衬底拼接生长，结合剥离技术来实现大尺寸单晶金刚石晶圆制备在 Si、蓝宝石、MgO 等衬底上利用缓冲层来缓解金刚石与衬底的热失配和晶格失配，最终实现单晶金刚石薄膜的生长已实现最大0.5 英寸产品已实现单晶最大 2 英寸产品技术已验证缺陷密度低、合成质量高可行性高理论生长面积大剥离困难，尺寸较小对衬底均一性要求 高、存在晶界，会导致拼接处存在应力、缺陷等问题，成本高缺陷密度高半导体景气高涨，带动上游材料市场需求扩张：在 5G、物联网、汽车、云计算等需求的带动下，半导体市场需求持续增长，中国大陆半导体材料市场规模从 2016

42、年起逐年增长，2017 年达到 76 亿美元，2020 年增 长至 97.83 亿美元，2017-2020年复合增长率为 7.8%；2020 年中国大陆半导体材料市场 规模超过韩国成为全球第二，同比增速为 19.45%，是全球仅有的两个增长市场之一，2021 年中国大陆半导体材料市场规模达到 119 亿美元，同比增长 21.94%。5G 信息化发展促新材料研发紧迫性提升：随着 5G 通讯时代全面展开，金刚石单晶材料在半导体、高频功率器件中的应用日益凸显，目前全球各国都在加紧金刚石在半导体领域的研制工作，其中日本已成功研发超高纯 2 英寸金刚石晶圆量产方法，其存储能力相当于 10 亿张蓝光光盘。

43、金刚石单晶及制品是超精密加工、智能电网等国家重大战略实施及智能制造、5G 通讯等产业群升级的重要材料基础，相关技术的突破与产业化对于智能制造、大数据产业自主安全具有重大意义。图 12：日本成功研发超高纯 2 英寸金刚石晶圆量产图 13：2021 年中国大陆半导体市场规模 119 亿美元130120110100908070602017201820192020202125%20%15%10%5%0%-5%-10%SEMISEMI我国半导体材料市场规模（亿美元）yoy市场规模测算：假设 1：假设半导体材料随下游半导体市场快速增长，考虑到在新能源、互联网、云计算、数据中心、消费电子等诸多领域信息化发展

44、对半导体的庞大需求，预计至 2025 年半导体材料同比增速在 10%-15%之间；假设 2：现阶段半导体材料市场结构可分为晶圆制造材料和封装材料，其中晶圆制造材料占比 63%、封装材料占比 37%，假设后期该比例不发生明显变化；假设 3：根据美国 Akhan 半导体公司预测数据显示，假设未来单晶金刚石大尺寸晶圆成本显著下降，金刚石晶圆因其优异性能逐渐放量并占据相应市场份额，渗透率随产能建设不断提升，至 2025 年渗透率达 10%。综上，预计至 2025 年单晶金刚石晶圆市场需求 65.4 亿美元，2022-2025 年累计需求 138 亿美元，折合人民币 963 亿元。表 9：预计至 202

45、5 年单晶金刚石晶圆市场需求 65.4 亿美元20212022E2023E2024E2025E半导体材料市场规模（亿美元）6437398439441039yoy15%14%12%10%晶圆制造材料占比63%63%63%63%63%晶圆制造材料规模（亿美元）405466531595654单晶金刚石晶圆渗透率02%4%7%10%单晶金刚石晶圆规模（亿美元）09.321.241.665.4单晶金刚石晶圆规模（亿元）65148291458Yoy127%96%57%SEMI，Akhan，多晶人造金刚石因散热性强、成本低、尺寸大，有望应用于大功率散热片：多晶金刚石作为大功率芯片、电子器件散热片方面具备高性

46、能优势，未来随产量提升+成本下降有望在半导体散热片领域得到大规模应用。目前元素六公司已实现 4 英寸电子级多晶金刚石的商业化量产，国际最大制备尺寸可达 8 英寸，随着 MPCVD 技术的改善升级有望与现存的 8 英寸半导体晶圆制造产线兼容，最终实现多晶金刚石热沉材料在半导体材料产业的规模化应用推广。图 14：金刚石散热衬底提升氮化镓功率处理，降低成本、尺寸及重量DT 半导体材料新一代国防和军工防御品：CVD 法制备的工业金刚石因其高硬度、强导热率与红外透光率等优异性能，未来有望在军事上有诸多用途。如用于抗热冲击、耐高温的导弹整流罩；红外透光率高、激光折射损耗度低的红外光学窗口；高强度、高硬度等

47、性能可用于单兵防弹衣以及坦克、舰艇等外层防护层，军事上 CVD 法工业金刚石应用空间大。图 15：金刚石在国防和军工领域的应用资料来源：金刚石薄膜制备方法与应用研究现状，以光学窗口应用为例，金刚石性能优异，应用于红外窗口可以提高武器装备的性能，具有很高的军事应用价值。金刚石硬度最硬，机械性能好，可以承受极端战场条件下高速雨滴和沙粒的冲刷及由于高速飞行引起的气动加热和热震等；金刚石热导率最高，可减轻噪声，促进武器装备效能的发挥；金刚石还拥有理想的红外透过能力，是现有红外窗口理想的保护层或替代材料；除此之外,金刚石对于硅、锗来说，是增透膜材料,因此可以有效地减小硅、锗在 814m 波长内的反射，提

48、升武器装备的性能。表 10：常用红外窗口材料与金刚石的特性比较材料DiamondZnSeZnSGeSiGaAsCuAIN折射系数（10.6m）2.382.42.1943.423.282.2红外光线透过率71%71%76%47%54%56%吸收系数（cm-1）0.050.20.0050.20.020.350.01禁带宽度（eV）5.482.73.90.6641.111.426显微硬度（kg/mm2）83001372307801150721501001200热传导率(W/(Kcm)20220.190.270.591.630.5540.72.0热膨胀系数(10-6/K)1.37.67.95.92.5

49、65.916.82.93.3能否抗酸性物质能不能不能不能不能不能军用纳米金刚石膜的研究与应用综述供给：高温高压法至 2025 年供给复合增速 23%，CVD法突破后有望放量竞争格局：中兵红箭、黄河旋风、力量钻石、豫金刚石供应我国超 65%高温高压法工业金刚石中兵红箭、黄河旋风、力量钻石、豫金刚石四家为行业龙头高温高压法工业金刚石供应商，供应我国现阶段超 73%工业金刚石，其中前三家供应约 65%份额。行业增速主要由 1、压机数目扩张，2、设备大型化带来的单次产量提升，3、工艺升级单来的单单炉时间缩短共同促进。豫金刚石后期可能面临退市等经营管理风险，本文主要通过讨论前三家企业产值增加情况，分析行

50、业整体供给情况。图 16：四家工业金刚石供应商总压机数目及工业金刚石压机数目（截至 2021 年底）5000450040003500300025002000150010005000450030003000200015001200400200中兵红箭黄河旋风力量钻石豫金刚石压机总数工业金刚石压机数公司官网，力量钻石招股说明书，综合整理备注：上述上市公司产能情况，均为综合各方面资料估计测算，不代表上市公司官方意见，具体公司情况请参考公告。全行业用于工业金刚石制造压机 7000-9000 台：根据超硬材料网数据显示，截至 2021 年末，我国存量压机总数额约 1 万-1.2 万台，其中约 7000-

51、9000 台用于工业金刚石生产制造；其中中兵红箭、黄河旋风通过采购关键零部件+自己组装制造压机，同时外采部分压机；力量钻石通过国机精工子公司三磨所购置设备。图 17：核心企业超硬材料业务 2021 年收入（亿元）图 18：核心企业工业金刚石业务 2021 年收入（亿元）30201825242016151215131081058534500中兵红箭黄河旋风力量钻石豫金刚石其他中兵红箭黄河旋风力量钻石豫金刚石其他Wind，（部分数据为估计数）Wind，综合整理（部分数据为估计数）图 19： 核心企业超硬材料业务 2021 年市场份额图 20：核心企业工业金刚石 2021 年市场份额20%36%12

52、%8%24%中兵红箭黄河旋风力量钻石豫金刚石其他中兵红箭黄河旋风力量钻石豫金刚石其他27%40%9%7%18%WindWind高温高压法扩产 3 大因素：压机数量增加、设备升级、工艺提升我国现阶段产工业金刚石基本由高温高压制备法垄断，压机数量提升、生产工艺提升及设备更新升级等成为行业扩产主要决定因素。工业金刚石行业扩产决定因素有三：一是单压机数量的扩产提升，通过线性增加压机数目增加产量产值；二是设备升级，通过淘汰 650 等老旧型号设备，更换850 等型新款设备，合成腔室大型化促进单次产量上涨；三是随着技术水平的提 升，特等品产出占比提升，产品单克拉平均价格上涨，三者共促工业金刚石制造行业有效

53、扩张。图 21：压机数量提升、设备升级大型化、工艺提升共促行业产能扩张资料来源：超硬材料网，综合整理扩产决定因素之一：压机数量增加，核心零部件“铰链梁”产能有限。根据超硬材料协会网显示，目前我国压机设备制造商包括国机精工、洛阳启明、天宝恒祥、桂林桂冶、博泰圣莎拉等，其行业年压机产能上限约 1500 台。图 22：主要六面顶压机供应商年压机产量图 23：制约产能扩张的核心瓶颈-铰链梁300-400300200200500400-5004003002001000洛阳启明天宝恒祥桂林桂冶国机精工 博泰圣莎拉产能（台）资料来源：各公司官网，超硬材料网，资料来源：百度图片，铰链梁：锻造铰链梁性能更高，核

54、心零部件扩产受限。按制作方法分类，铰链梁分为锻造法和铸造法，其中锻造法制备铰链梁刚性和强度大幅高于铸造法产品，在提升压机使用寿命，增加压机稳定性方面具有明显优势，有效加速压机大型化进程。我国目前铰链梁主要由二重（德阳）重型装备有限公司具备万吨水压机等核心锻造能力的八大重工企业制造，其在生产铰链梁的产能上扩张较缓慢，限制了铰链梁的大规模放量，导致全市场六面顶压机年产台数有限。培育钻石需求火爆，新扩产压机产能向培育钻石倾斜，工业金刚石扩产受限。因培育钻石下游需求旺盛行业供不应求（详见浙商证券机械军工团队发布的深度报告培育钻石行业深度：渗透率低、原石龙头成长空间大），新增扩产压机产能更多向培育钻石原

55、石生产倾斜，工业金刚石扩产受限，叠加下游需求上涨，共同导致产品价格上浮。扩产决定因素之二：设备大型化有效提升单次产量。压机腔体变大有效提升单压机产能产值。以 650/850 压机对比为例，压机单炉制备产品时间约 20 分钟左右（压机开工后 365 天 24 小时不间断运转），单日产出72 炉工业金刚石产品；因压机大型化导致合成腔室增加，单炉产量有显著提升，单月产量从 80 克拉提升至 140 克拉；参考超硬材料网产品均价 0.3 元/克拉，推测得出650 型压机单日产值 1728 元，年产值约 63 万元；850 型压机单日产值 3024 元，年产值约 110 万元，同比上涨 75%，压机大型

56、化有效提升产量及产值。图 24：压机腔体变大有效提升压机单炉产量资料来源：超硬材料网，综合整理备注：上述产能及产值等情况，均为通过假设估计测算，不代表上市公司官方意见，具体公司情况请参考公告。根据超硬材料协会数据显示，2021 年高温高压法设备中 650 及以下型号的压机占总数超 80%；随着铰链梁等规格不断增大，现企业新增压机主要为 850 型号，替换原老旧 650 等型号，更有企业已经储备实验 1 米缸径压机。根据力量钻石招股书显示，已知压机平均使用寿命为 10-15 年，随着旧压机逐渐淘汰和新型号压机的进场，压机大型化带来的合成腔室大型化，对单次产量等方面都有显著的促进，相关企业单压机产

57、值也随设备更新不断提升。表 11：我国六面顶压机性能不断提升：产品迭代速度加快油缸直径压机单锤吨顶锤直径锤耗（kg/合成腔体/抗压强度热冲击韧性（mm）位（MN）（mm）万克拉）（mm）（N）TTI1966-19842306-875300-3010-1820-1502-131985-1992300、3208-108030-1518-23130-15013-151993-1997400、4601210415-823-30150-20015-201998-2004500-65013-24122-1608-330-40200-30040-682005-2015700-85025-48/62160-1

58、883-150400-500 以上68-89力量钻石招股说明书，综合整理扩产决定因素之三：技术升级促进单炉时间缩短，进一步提升单日产值。单炉时间缩短促单日产量提升，有效提升单日总产量及产值。以 850 型压机为例，其生产一炉工业金刚石约需 20 分钟，假设随公司技术升级（压力、温控、触媒剂等技术进步），单炉时间缩短至 15 分钟，则单日可生产炉数从 72 提升至 96，年产值从 110 万提升至 147 万，同比增长 33%，单次时间缩短对单压机产值提升有显著贡献。图 25：工艺提升促单炉时间缩短，同步提升压机产量产值资料来源：超硬材料网，综合整理备注：上述产能及产值等情况，均为通过假设估计测

59、算，不代表上市公司官方意见，具体公司情况请参考公告。高温高压法工业金刚石：预计 2022-2025 年供给复合增速为 23%我们通过分析中兵红箭、黄河旋风、力量钻石相关情况，在合理假设的基础上有效测算高温高压法工业金刚石行业总产值增速。假设 1：高温高压法主供应：考虑到我国高温高压法垄断工业金刚石制造的现状，以及 CVD 法现阶段技术不足，假设未来 3-5 年产能增加仍主要以高温高压法为主，CVD 法对应的产值贡献对行业整体增幅影响小；假设 2：增加压机数量：根据力量钻石 3 月 26 日公告的募资说明书显示，其拟计划募资 40 亿元，其中约 30 亿元用于六面顶压机设备购置，计划购置压机总数

60、1800 台，其中用于工业金刚石压机 300 台；项目建设期三年，则假设公司 2022-2024 年年均增加 100 台，力量钻石工业金刚石收入由金刚石单晶及微粉构成，微粉部分由单晶打磨而成，部分由外采工业金刚石制备；黄河旋风最新募资定增公告无额外新增工业金刚石压机计划，假设根据公司正常生产经营扩产需求，年均增加 100 台；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 2022-2025 年年均新增 200 台压机。假设 3：技术提升+设备升级带来单压机产值提升：根据上文描述显示，技术升级+设备升级带来的单压机产值提升也是贡献企业总产能的重要因素之一。根据