大尺寸激光晶体、彩色宝石项目计划书

1、大尺寸激光晶体、彩色宝石项目计划书项目名称 大 尺 寸 激 光 晶 体 与 彩 色 宝 石 产 业 化 技术领域 新 材 料申请人地址电话传真电子邮件 联系人、 项目概述公司简介有能集团，公司注册资本 10888万元，总资产逾 40 亿元，拥有八个产业基 地，占地 60 余万平方米，下辖一个设计院和 16 家子公司，产品涉及成套电气、 电力自动化、 智能元器件、电控系统等众多领域， 拥有蓝宝石到灯具的完整 LED 产业链，是以电气设备研发制造为主的大型集团化企业。江苏有能光电有限公司最早是从事蓝宝石晶体生产经营的公司， 公司成立于 2011 年，位于镇江市高新技术园区，公司注册资本 1亿元人民

2、币，是有能集团 全资子公司。由于 2011-2012 两年蓝宝石价格迅速下降，蓝宝石晶体经济利益 越来越小，公司开始产品转型，依托原有设备及技术，历时 4 年研发掌握了大 尺寸透明、半透明光学材料高温传热机制、突破了大尺寸透明材料各种技术难 点，利用公司原有设备成功生长出直径 260mm C向蓝宝石、 260mm 钛宝石、 蓝色蓝宝石及祖母绿宝石、 170mm 纯 YAG晶体，实现了大尺寸、低成本、高质 量光学晶体材料的突破。目前公司致力于大尺寸激光晶体、光学功能晶体、彩 色宝石、金属单晶等产品的研发与生产。发明团队由于透明材料的传热不仅有热传导， 还存在热辐射， 所以材料的折射率、 吸 收系

3、数、发射率，界面处的形状、光洁度等等因素都会对热传导有着极大的影 响，尤其是生长 1900以上的氧化物晶体时， 热辐射传热成为主要的传热方式， 传热机制更加复杂。美国的 GT 公司在热交换法生长近体领域研究多年，就是 因为无法突破高温氧化物晶体生长技术难点而破产倒闭，另外一家ARC公司，虽然在 GT 公司研究的基础上又做了多年更深入的研究，仍旧无法解决大尺寸 透明氧化物晶体生长的质量问题。因此，为了研究高温透明半透明材料的传热 机制，公司引进了多位传热和晶体生长领域的专家， 同时引进了 CrysMas、CGSim、 FEMAGSoft三款热场模拟软件，并与西安交通大学联合开发一款更先进的热场

4、模拟计算软件。通过多年模拟计算与实验相结合的手段，公司创造性的实现了 大尺寸透明晶体材料的生长。曾参与有能光电项目研究的人员如下：徐军教授， 2013 年受聘于公司技术总监，博士生导师、国家一级研究员， 师从我国著名光学、材料科学家干福熹院士，自 1986 年起一直从事蓝宝石晶 体、激光和光学晶体（钛宝石激光晶体）的研究。曾利用坩埚下降法法成功直 径最大达 150mm 钛宝石晶体、 温梯法生长 150mmNd:YAG激光晶体。曾获国家科技进步二等奖，入选国家百千万人才工作者，是我国光电材料的领军人物。刘立军教授， 西安交通大学能源与动力工程学院教授。 刘教授是晶体材料制备及生长的专家，其课题组

5、专注于硅，蓝宝石等各种晶体的物理生长及模拟。丁国强副总经理，毕业于北京有色金属研究总院红外光学材料专业、 自 2007 年开始垂直梯度凝固技术生长砷化镓单晶、热交换法蓝宝石晶体生长研究， 2012年 9月加入有能光电，负责公司技术研发工作。马文成博士， 西安交通大学在读博士， 是目前国内透明材料传热计算领域的专家，在相关领域发表了多篇论文，受到了业内专家的一致好评。产品及应用介绍产品名称： Ti:Al 2O3 激光晶体及元件 特征：图 1 Ti:Al2O3 激光晶体产品性能： Ti:Al2O3激光晶体具有增益带宽、峰值增益截面大、量子效率高、热 导率高、激光破坏阈值高和热稳定性等综合优点，是超

6、快、超强飞秒激光和高 功率可调谐激光系统优良的振荡及放大介质。同时还具有最优良的光学、物理 化学和机械性能，特别是热传导性能好。因此， Ti:Al2O3 是国际公认的最佳宽 带可调谐激光晶体材料和产生超快高功率激光运转的最重要工作介质。用途： Ti:Al2O3 激光晶体是超强、超快、可调谐激光系统的主要工作物质， 并且只有钛宝石克尔透镜锁模激光器可获得小于 6fs 的超短脉冲宽度。目前，Ti:Al2O3 激光晶体被广泛地应用于环境污染监测、医疗诊断、军事应用、瞬态 光学、激光光谱、激光化学、激光遥感、激光雷达学等领域。产品名称以 YAG、蓝宝石为基质的彩色宝石特征图 2 粉色蓝宝石及饰品产品性

7、能：通过掺入各种着色离子，形成与天然宝石具有同样颜色的宝石材料， 目前主要产品有粉色蓝宝石、紫色蓝宝石、蓝色蓝宝石及祖母绿宝石。用途：作为宝石材料， 与各种贵金属材料镶嵌成戒指、项链、手链等各种饰品；用在一些服装、电子设备上作为饰品产品名称Nd:YAG激光晶体及元件特征图 3 Nd:YAG激光晶体产品性能： Nd:YAG激光晶体具有非常优越的光谱和激光特性；从最低温度至熔 点， YAG的结构稳定，并且在固相中不存在相变。 YAG的强度和硬度较红宝石 稍低，在加工过程中不会引起应力损伤，是一种性能优良的固体激光器的工作 物质。用途： Nd:YAG激光晶体应用最广泛、用量最大，是高功率固体激光器主

8、要 的工作物质。在国民经济可持续发展：激光加工、激光治疗、激光存储、激光 显示及环境监测；在国家安全：激光测距、激光雷达、激光通讯；软杀伤和硬 杀伤战术激光武器等方面有着重要、深远的应用前景。、 市场分析钛宝石行业现状与市场前景分析美国晶体系统公司 (Crystal Systems采) 用热交换法 (HEM)可生长出直径 8 英寸 的 Ti:Al2O3晶体，但价格昂贵、交货期长( 1 年)，质量不稳定，并且由于国 防原因，美国不会轻易出口。中科院上海光机所采用温梯法 (TGT)可生长出 110mm 钛宝石晶体毛坯， 产品 主要提供给日本即与国内科研单位和代理商，全球市场占有率低。但由于温梯 法

9、通过水冷籽晶杆释放导出的结晶潜热能力有限，加上受保温材料和发热体耐 温性的限制无法获得足够的温度梯度，使得温梯法生长更大尺寸的晶体变得十 分困难，晶体生长的成品率低，目前已停产。Ti:Al2O3作为三大基础激光晶体之一，具有发射带宽、发射截面大、热导率 高、损伤阈值高、物化性能优良等优点，被广泛应用于环境污染监测、军事应 用、瞬态光学、激光光谱、激光化学、激光遥感、激光雷达学等领域；它是目 前应用最为广泛的可调谐激光晶体和产生超快高功率激光运转的最重要工作介 质，并且已成为无可替代的超快激光材料，其应用和市场稳定，需求量大。超 快激光器虽然市场规模较小， 但增长速度是整个激光器市场的两倍。 资

10、料显示， 超快脉冲激光器市场目前规模约为 4.5 亿美元，到 2019 年，总额有望超过 14 亿美元。兆瓦峰值功率、皮秒和飞秒脉冲宽度的超快激光器在加工领域 3C 产 业 (包括计算机、通信和消费电子产品如智能电话、平板电脑器件领域)将取得迅猛发展。 在生物医疗行业、硬脆透明材料和金属加工中的应用也日渐增多。Hesa research 研究报告掺钕钇铝石榴石激光晶体行业现状与市场前景分析作为迄今为止最为重要的激光晶体，掺钕钇铝石榴石（ Nd：YAG）已成为目 前世界上最成熟、 最主流的激光晶体材料， 在固体激光应用领域占据十分重要的 地位。全世界固体激光器中 50%以上都采用掺钕钇铝石榴石（

11、 Nd：YAG）激光晶 体，掺钕钇铝石榴石（ Nd：YAG）激光晶体亦是高功率固体激光器的首选材料。 作为掺钕钇铝石榴石 （Nd：YAG）系列激光晶体产品传统的下游激光设备行业 （主 要包括激光医疗美容、国防军工、工业加工）仍处在较快的发展时期。随着我国 经济的快速发展， 激光设备行业正处于从成长期向成熟期发展的阶段。 未来五年 内，激光设备行业将持续增长。 考虑到激光晶体材料作为整机备件和零件更换等 因素，下游激光应用设备行业对以掺钕钇铝石榴石（ Nd：YAG）为代表的 YAG系 列激光晶体的需求增长速度应大于其自身的增长速度。由于固体大功率脉冲激光焊接技术和设备的应用加快普及， 以及美容、

12、医疗 对激光器的大量需求， 对高质量 YAG系列激光晶体的需求迅速增长。 根据 Factor & Equilibrium 发布的研究报告， 截止到 2016 年，掺 Nd:YAG激光晶体产值达 9.42 亿元人民（ 1.385 亿美元），并预测在 2017-2025 年期间，市场将以 3.1%复合速 率增长，至 2025年市场将增加到 12.33亿人民币（ 1.813 亿美元）。三、竞争优势 公司的竞争优势主要体现在以下几个方面： 1设备优势，公司进口的晶体生长设备是目前业内控温精度最高、热交换 效率最大、 热流控制最好的全自动化晶体生长设备。 设备采用全金属热场， 生长 气氛可依据掺杂元素价

13、态需要可调整为还原性气氛、 氧化性气氛和中性气氛， 这 对于激光晶体掺杂元素所需的价态控制有着极大的影响； 设备拥有完整的晶体生 长速率监控系统， 可以完全实现晶体生长速率的精确控制， 充分保证了高质量单 晶的生长；采用当前最先进的测控温装置， 2100温度下，控温精度可以做到 0.01；采用高效的热交换系统，氦气采用密闭式循环、气流量控制精度可达 0.01L/min；拥有温度梯度调整系统，依据生长材料的物性调整最佳的生长温度 梯度等。技术优势，公司技术起点较高，起步于美国多年热交换法生长晶体技术 的积累，并吸收了国内多年热交换技术的经验和高温透明材料传热的研究成果。 公司拥有业内最成熟的热场

14、模拟计算技术， 计算结果与实验结果吻合度较高， 可 以有效的指导研发与生产；技术团队集结了传热、材料、晶体生长方面的专家， 专业搭配合理；掌握了氧化物晶体材料熔融状态与高温晶体状态下的传热机制， 高温晶体材料热历史对质量影响机制， 可以根据不同氧化物材料给出最佳的工艺 条件；掌握了不同掺杂元素在多种氧化物晶体中掺杂的控制机制， 可以根据晶体 材料要求，实现掺杂元素浓度、价态的控制。成本优势，公司可以根据不同的晶体材料与掺杂要求，采用各种不同的 保温材料降低能耗； 采用价格较便宜的钨钼坩埚代替铱金、 铂金坩埚， 并使坩埚 可以多年重复使用； 采用不同气氛下原位退火， 减少晶体生产流程； 晶体生长

15、过 程全自动化控制， 节约劳动力成本。 这些措施可以将大尺寸激光晶体生长成本降 低 60%左右。尺寸较大、利用率高，公司激光晶体当前最大可以生长至 260mm，设备 拥有最大直径 330mm 的潜力。热交换技术生长晶体核心在侧面，可以加工成 200mm 以上的激光晶体材料。材料的利用率最高可以达到 60%以上。具体到产品上，其优势如下：钛宝石产品竞争优势： 目前晶体尺寸直径 260mm，达到美国 GT 公司同期水 平，但由于我们采用全金属热场， 晶体无碳污染和氧空位缺陷， 晶体质量高于美 国公司。掺钕钇铝石榴石产品竞争优势： 直接利用钨坩埚取代昂贵的铱金坩埚进行生 长，而且坩埚可以重复利用，

16、所以坩埚成本几乎可以忽略不计， 原料利用率可以 达到 95%以上，较直拉法的 30%高很多；彩色宝石产品竞争优势： 目前国内外主要采用火焰法、 直拉法及透明陶瓷烧 结等方法生长彩色宝石， 上述方法无法有效的将掺杂元素融入进宝石， 有的即使 掺进去了但透明度、缺陷影响使其无法达到饰品的等级，更达不到宝石的等级。 公司目前能够有效将钛、铁、钒、铬、钴、镍等原素按照合适的价态、一定的浓 度有效的掺入晶体中，形成的产品均达到宝石级别。四、目标市场与营销策略产品的细分市场、目标顾客群 : 以激光技术为主的光电子产业所涉及到的技术领域：科研院所、高等学校、 工业系统、 军事部门、医疗与环境监测系统等成为该

17、产品的销售市场， 目标市场 明确、群体广泛。营销策略充分利用项目产品优越的性价比， 获取业绩，形成品牌影响力； 通过制定灵 活的销售结算政策，吸引社会销售资源；通过扩大产能规模，降低成本，调优价 格，完善服务，不断提高产品性价比， 形成竞争的综合优势， 逐步覆盖国内市场； 通过参加国际、国内产品展销会，提升价值优势与服务能力，扩大产品宣传，挤 占国际市场份额。彩色宝石产品销售采取两个模式： 一是向客户提供原料， 二是通过加工， 形 成自主的珠宝品牌。 目前已与国外一家珠宝商建立了联系， 该公司的采购量已超 出我公司能够供货的范围。 自主品牌正在营建当中， 自主的彩色宝石产品预计今 年年初入市。

18、五、发展规划钛宝石晶体发展规划考虑钛宝石晶体产品的市场规模， 运行 5 台设备来生产钛宝石， 其中生产放 大器用 2 台，生产高浓度的激光棒 3 台，考虑到钛宝石产品规格的多样性以及工 艺的复杂性，第一年实现年产 30 炉目标，第二年年产达到 40 炉，产值达到 6000 万元。掺钕钇铝石榴石晶体发展规划掺钕钇铝石榴石晶体产品市场规模较大， 公司主要利用自身的成本和尺寸优势，瞄准美容激光棒和高功率固体激光器，公司运行 20 台设备来生产 Nd:YAG 激光晶体，第一年 10台设备运行，实现年产 80 炉目标，实现年收入 3200万元； 第二年长晶炉增加到 20 台，满产 160炉激光晶体，年产

19、值达到 6400 万。彩色宝石发展规划彩色宝石市场发展很快，产品颜色需求变化较快，公司需要运行 25 台设备 来生产，第一年运行长晶炉 5 台，实现 40 炉目标，年产值达 2000 万元；第二年 运行 25 台设备年产达到 200 炉，年产值 10000万元。六、风险因素及对策该项目属于高新技术产品， 无自然灾害风险。 由于项目所涉及的领域及项目 相关研究内容专业性较强， 因此需要丰富的理论基础和实践经验， 同时需要专业 技术人才的研究与开发。 项目实施过程中，会遇到各种不确定性风险， 其中包括：1.技术风险：生长高品质大尺寸激光晶体所需的设施、设备不够完善，影响 到晶体生长技术的适用性、先

20、进性、完整性、可行性和可靠性，从而产生技术性 风险。 通过增强操作者的责任心、提高设备的自动化，仪器的灵敏度及操作的 规范性来解决激光晶体生长技术所存在的风险。2.市场风险：影响激光晶体的市场需求是晶体的品质及尺寸。防范手段，采 用可重复钨坩埚生长更大尺寸激光晶体；进一步优化工艺参数提高产品利用率， 提高产品品质；进一步研究使用新型保温材料，降低能耗。七、投融资计划 项目初期投资包含了土地，工程基建，生产设备，公用工程设备，办公交通 等几方面，总体投资在 2.85 亿左右。项目计划分为 2期，第一期 20台长晶炉的规模，二期扩产 30台设备，为配合 公用工程运行的最佳经济规模， 项目完成后，

21、厂区将有 50台长晶炉， 6-10台掏棒 设备及外围的公用工程设备全天 24小时持续运行。此外，园区还将建设行政楼，研发楼，食堂，员工宿舍，仓库，花园，停车 场等一系列办公，生产，研发，市场销售等相关场所。综上所述，计划总共两期， 50台长晶炉以及所需要的配套公用工程和掏棒设备，总的建设投资额如下表所示：项目品名数量金额（万元）年折旧公用工 程土地110 亩100020厂房及配套设施2350112供电工程设施110089供水及配套设备工程120097生产设 备长晶炉50台225001827晶体掏棒设备2台15012办公设 施办公设备20032总计285002190表 1. 两期总的公用工程项目

22、及设备资金概况一期投资 20 台长晶炉及公用工程等，共计需要资金 1.5 亿元，二期追加 30 台长晶炉，需要资金 1.35亿元，两期固定资产投资 2.85 亿元。八、投资收益预测 产出情况分析本项目运行 50 台进口热交换晶体生长设备，生产钛宝石晶体、 Nd:YAG激光 晶体和彩色宝石。产品钛宝石产品 5 台YAG产品 20 台彩色宝石产品 25 台数量（炉 次）单价 （万）金额 （万）数量（炉 次）单价 （万）金额 （万）数量（炉次）单价 （万）金额 （万）年产量401506,000160406,4002005010,000表 2. 项目产出分析市场营销及利润估算三年财务数据预测单位：万元

23、区分2018年2019年2020年金额占比金额占比金额占比营业收入11,48715,31619,145营业成本3,714 32.33%4,162 27.17%4,610 24.08%主营税金及附加0.00%440.29%3451.80%营业费用9428.20%1,2107.90%1,4367.50%管理费用6926.02%9005.88%1,0705.59%财务费用8107.05%9906.46%1,1105.80%营业利润5,329 46.39%8,010 52.30%10,574 55.23%企业所得税1,332 11.60%2,002 13.07%2,644 13.81%净利润3,997 34.79%6,007 39.22%7,931 41.42%三年投资回报率89.67%备注：固定资产进项税留抵