超硬材料行业深度研究报告：超硬材料产业崛起“硬科技”企业打开成长空间.pdf

敬请参阅报告结尾处免责声明 华宝证券 1/23 table_page 产业研究点评报 告 分析师：杨宇 执业证书编号： S0890515060001 电话： 021-20321299 邮箱： 研究助理：白云飞 邮箱： 销售服务电话： 021-20515355 table_product table_main 华宝财经评论类模板 投资要点： 目前常见的超硬材料有金刚石（天然金刚石和人造金刚石）、立方氮化硼 (PCBN)等。 其中 PCBN 具有高硬度、高耐磨性且高温下表现稳定，主要用于制造各类刀具；金刚石 又分为单晶金刚石、聚晶金刚石 (PCD)和 CVD 金刚石，单晶金刚石应用于砂轮、锯片等， PCD 应用于刀具、石油钻头， CVD 金刚石应用于拉丝模、刀具等，高端 CVD 金刚石应 用于电子器件、航天等领域。 培育钻石成为超硬材料的绝对主角。 培育钻石是一种依靠超硬材料工业高科技生产工 艺诞生的品种，主要是为现代工业中，硬质材料的切磨、加工所使用的刀具这个目的开 发的，它以更高的硬度战胜了一代超硬材料 硬质合金，更低廉的价格取代了二代超 硬材料 天然钻石，与立方氮化硼一起，成为了超硬材料的绝对主角。在现代工业加 工领域，由于对人造金刚石的需求数量、品种、质量的不断提高，原来只能作为工业材 料的人造金刚石终于大规模达到珠宝级应用的水平。培育钻石与天然钻石性质相同且在 价格、多样性、环保等方 面更具优势。 培育钻石的技术壁垒较高，需求处于高增长初期。 因为培育钻石和工业金刚石不同， 其生产周期很长，即使厂家拥有相关的一些技术，也无法打开市场，其次行业属于重资 本投入型，短期之内没有足够资金支持的话，不可能对现有的龙头造成冲击。第三在技 术扩散方面，全市场对于原材料、生产、工艺一体化深入了解的技术人员稀缺，技术扩 散的进程会比工业金刚石的慢很多。从行业生命周期判断，培育钻石目前处于高速增长 的初期。根据 Bain 咨询， 2019 年全球天然原钻产量为 1.39 亿克拉，而培育钻石产量为 600 万克拉左右，渗透率约为 4.3%； 2020 年天然原钻产量约下滑 2800 万克拉至 1.11 亿克拉，而培育钻石预计增长 15%左右至 750 万克拉，渗透率达到 6%。 预计 2030 年 全球培育钻石毛坯产量规模将达 3000-5100 万克拉。预计 2025 年全球 /中国培育钻石 毛坯市场规模可达 379/237亿元，全球培育钻石饰品市场规模可达 1324/828亿元， 2030 年全球 /中国培育钻石毛坯市场规模可达 744/558 亿元，全球培育钻石饰品市场规模可 达 2351/1763 亿元。 我国基本主导着全球超硬材料市场，人造金刚石销量占全球市场的 90%以上， 立方 氮化硼占全球市场的 70%以上。在高速、高效、高精度和绿色加工成为主流趋势的情况 下，产品品级和附加值不断提升，产品应用领域的不断扩大，预计未来市场规模有望进 一步扩大。中南钻石、黄河旋风、豫金刚石、力量钻石、惠丰钻石、联合精密 是国内 知 名的金刚石生产企业 。 风险 提示 ： 市场需求增长低于预期、消费者接受度不及预期、厂商产能扩张不及预期 。 相关研究报告 table_subject 撰写日期： 2021 年 09 月 15 日 证券研究报告 -产业研究专题报告 超硬材料产业崛起，“硬 科技 ” 企业 打开成长 空间 超硬材料行业深度研究报告 敬请参阅报告结尾处免责声明 华宝证券 2/23 table_page 产业研究点评报 告 内容目录 1. 超硬材料行业处于发展期，前景广阔 . 4 1.1. 超硬材料指硬度可以与金刚石相比拟的材料 . 4 1.2. 金刚石单晶在工业领域地位突出 . 5 1.3. 下游制造业升级，金刚石微粉发挥重要作用 . 5 2. 培育钻石成为超硬材料的绝对主角 . 8 2.1. 培育钻石技术壁垒高 . 13 2.2. 培育钻石行业产能集中在国内，全球需求快速增长 . 15 3. 我国超硬材料上市公司及行业领导者 . 19 3.1. 黄河旋风 . 20 3.2. 中兵红箭（中南钻石） . 错误 !未定义书签。 3.3. 力量钻石（拟上市） . 21 3.4. 沃尔德 . 21 3.5. 四方达 . 21 4. 风险提示 . 22 表格目录 表 1 ：单晶、符合超硬材料用于不同领域 . 4 表 2 ：培育砖石逐渐得到市场认可 . 9 表 3 ：锆石与莫桑石属性 . 10 表 4 ：培育钻石与天然钻石属性无本质区别 . 11 表 5 ：培育钻石与天然钻石生产影响 对比 . 12 表 6 : 培育钻石两种技术对比 . 15 图表目录 图 1 ： 我国金刚石产量快速增长 . 4 图 2 ： 金刚石进口价格远高于出口 . 4 图 3 : 2011 年 -2019 年基建投资稳步增长 . 5 图 4 : 2011 年 -2020 年我国房地产施工面积保持高增 . 5 图 5 ：我国及全球汽车情况（万辆） . 6 图 6 ：家用空调和电冰箱产量（万台） . 6 图 7 ：我国及全球光伏新增装机容量（ GW） . 7 图 8 ：我国 LED 行业及 LED 灯具行业 规模波动增长 . 8 图 9 ：培育钻石为真钻石 . 10 图 10 ：培育钻石与天然钻石结晶习性有差异 . 11 图 11 ：培育钻石对环境影响更小 . 12 图 12 : 培育钻石占天然钻石价格比例 . 13 图 13 ：培育彩色钻石系列产品 . 13 敬请参阅报告结尾处免责声明 华宝证券 3/23 table_page 产业研究点评报 告 图 14 ： HPHT 技术 . 14 图 15 ： CVD 技术 . 15 图 16 ：全球培育钻石产能分布 . 16 图 17 ： 全球培育钻石产能分布（万克拉） . 16 图 18 ： 使用 HPHT 技术的国家及其占比 . 16 图 19 ： 目前国内六面顶压机的产能预测（台） . 17 图 20 ： 用于培育钻石的六面顶压机数量预测（台） . 17 图 21 ：培育钻石迈过 5%市占率进入加速增长阶段 . 17 图 22 ：全球珠宝销售额进入平稳增长期 . 18 图 23 ： 2019 年各市场钻石消费结构 . 18 图 24 ：培育钻石下游需求及零售市场分布 . 18 图 25 ：黄河旋风 20162021H1 营收及同比增速 . 20 图 26 ：黄河旋风 20162021H1 归母净利润 . 20 图 27 ：公司 2020 年业务收入分布 . 20 图 28 ：公司产品示意图 . 20 图 29 ：力量钻石 20182020 营收及增速 . 21 图 30 ：力量钻石 20182020 归母净利润及增速 . 21 敬请参阅报告结尾处免责声明 华宝证券 4/23 table_page 产业研究点评报 告 1. 超硬材料行业处于发展期，前景广阔 1.1. 超硬材料指硬度可以与金刚石相比拟的材料 硬材料是一种重要的工程材料，通常是指硬度达到莫氏硬度最高值 10 或接近 10 的材料，主要应用于复合材料、无机非金属材料、硬质合金的加工，作为一种重要的 功能材料。目前常见的超硬材料有金刚石（天然金刚石和人造金刚石）、立方氮化硼 等。 目前常见的超硬材料有金刚石（天然金刚石和人造金刚石）、立方氮化硼 (PCBN) 等。其中 PCBN 具有高硬度、高耐磨性且高温下表现稳定，主要用于 制造各类刀具； 金刚石又分为单晶金刚石、聚晶金刚石 (PCD)和 CVD 金刚石，单晶金刚石应用于砂 轮、锯片等， PCD 应用于刀具、石油钻头， CVD 金刚石应用于拉丝模、刀具等，高 端 CVD 金刚石应用于电子器件、航天等领域。超硬材料也可以分类为单晶超硬材料 和聚晶超硬材料 (也称“复合超硬材料” )，单晶超硬材料包含单晶金刚石、单晶立方 氮化硼等，特点是硬度高但尺寸小；聚晶金刚石 /立方氮化硼是用单晶金刚石 /立方氮 化硼为主要原料，添加金属和非金属粘接剂在高温高压环境下制成的复合材料，复合 超硬材料虽然硬度和耐热度稍差，但其切割面积较 大、耐磨性更好。 表 1：单晶、符合超硬材料用于不同领域 品类 性质 用途 对应下游 单晶超硬材料 硬度高、耐热性好，但尺寸小， 切割面积小 锯片、砂轮等切削工具 光伏行业等 复合超硬材料 硬度、耐热性稍差，但尺寸大、 切割妙计大，耐磨性更好 刀具、钻头 汽车、电子、石油天然 气等 资料来源：中国机床工具工业协会超硬材料分会 ,华宝证券研究创新部 复合超硬材料主要用于石油天然气、煤田矿山、汽车等。石油天然气用聚晶金刚 石是由小金刚石颗粒和粘接剂混合组成的切削层和硬质合金衬底层在高温高压下烧 结合成，该材料具有很高的强度、硬度和耐磨性，将该材料镶嵌于石油、天然气钻头 上，是钻头上起到切削和掘进的核心部件，在钻头掘进的过程中，金刚石复合片逐渐 消耗。在煤田矿山开采过程中，金刚石复合片起到同样的作用。 PCD 刀具的耐用度 较硬质合金刀具寿命高几十倍，主要加工对象为有色金属、非金属材料等。由于汽车 发动机活塞的群部、销孔和化油器等部件含硅量一般在 10%以上，硬度较大，且大 多采用流水线批量生产，这使得合金刀具的性价比较低，金刚石刀具适用性良好。 图 1：我国金刚石产量快速增长 图 2：金刚石进口价格远高于出口 资料来源：中国产业研究网 ,华宝证券研究创新部 资料来源：中国产业研究网 ,华宝证券研究创新部 0 50 100 150 200 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 产量：亿克拉 出口量：亿克拉 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 进口价格（美元 /克拉） 出口价格（美元 /克拉） 敬请参阅报告结尾处免责声明 华宝证券 5/23 table_page 产业研究点评报 告 1.2. 金刚石单晶在工业领域地位突出 金刚石单晶在建材石材领域需求稳步增加，建材石材类产品跟基建投资及房地产 开发投资关联密切。 2020 年以来我国基建和房地产投资保持高速增长趋势，其中基 建投资从 2003 年的 1.37 万亿元增长至 2020 年的 18.82 万亿元，年复合增长率为 15.77%；“十四五”期间有望保持 4-5%增速，到 2025 年达到 23 万亿以上。而房地 产开发投资则是近年来国内建筑业增长的主要驱动力， 2016 年开始的新一轮高景气 仍在持续，新开工面积维持达到 22 亿平以上、施工面积增加至 87 亿平以上，新一 轮竣工周期延续； PMI 建筑业分项自 2011 年以来除新冠疫情影响外长时间维持在 50% 以上的扩张区间，带动了金刚石单晶的需求。 图 3: 2011 年 -2019 年基建投资稳步增长 图 4: 2011 年 -2020 年我国房地产施工面积保持高增 资料来源： wind，国家统计局，华宝证券研究创新部 资料来源： wind，华宝证券研究创新部 我国经济进入高质量发展阶段，在新型城镇化建设等宏观政策的支持下，基础设 施和房屋改造升级周期来临。海外在新冠疫情后将基建作为推动经济复苏的重要手段， 同时在货币 较为 宽松以及疫情增加居民对房屋需求的支撑下，房地产景气度持续提升， 带动建材石材加工和工程施工用金刚石工具的市场需求。我国人造金刚石单晶产量占 全球总产量 90%以上，因此在国内产业链率先恢复后， 2020 年下半年超硬刀具类产 品受益于出口订单旺盛，金刚石单晶产品出现供不应求，导致价格上涨，促进国内金 刚石单晶类产品进入新一轮增长。 勘探采掘领域金刚石单晶需求提升。矿物勘探开采是金刚石的另一主要需求，随 着全球经济的稳步增长，矿产资源的需求量不断扩大，未来伴随我国经济继续增长以 及新兴市场的崛起，矿产资源的消耗将会长时间维持较 高增速。过去十年，我国主要 矿产资源开采量整体从高速增长阶段过渡至稳步发展阶段。 2020 年原煤产量 39 亿吨， 同比增长 1.4%；原油产量 1.95 亿吨，同比增 1.6%；天然气产量 1925 亿立方米， 同比增长 9.8%；其他十种有色金属产量为 0.62 亿吨，同比增 5.5%。但我国及全球 均面临主要矿物开采品位下降的情况，需采掘更多的原矿量以保持产量稳步增长。 全球矿产资源勘探形势趋于紧张，浅部地层的矿产资源已基本开采殆尽，深部找 矿已成为地质找矿探矿的方向。金刚石大单晶因在坚硬岩层中效率大幅高于其他产品， 因此在深部探矿中应用 广泛。随着勘探深度和难度的增加，金刚石单晶钻的经济性优 势将进一步彰显出来，具有广阔前景。 1.3. 下游制造业升级，金刚石微粉发挥重要作用 0% 5% 10% 15% 20% 25% 0 5 10 15 20 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 我国基础建设投资规模（万亿元） 同比（ %） 0% 5% 10% 15% 20% 0 20 40 60 80 100 2011201220132014201520162017201820192020 我国房地产施工面积（亿平方米） 同比（ %） 敬请参阅报告结尾处免责声明 华宝证券 6/23 table_page 产业研究点评报 告 机械制造产业升级带动金刚石微粉需求不断增加。机械、汽车制造、家电制造等细分行业的产业升级带动了对高端金刚石工具的需求。汽车行业精密加工领域目前已 广泛使用人造金刚石工具，高端金刚石工具可以满足汽车制造过程中切削、打磨、抛 光等多工序高精密的需求。近年来全球汽车行业受到贸易战及新冠疫情影响， 2021 年随着全球主要国家经济复苏，汽车产销量将恢复增长，我国汽车产量由 2011 年 1842 万辆上 升到 2020 年的 2532 万辆，整体呈上升趋势。随着国内新型工业化和城 镇化进程的加快发展，居民消费不断升级，未来我国汽车市场仍有较大的增长空间。 图 5：我国及全球汽车情况（万辆） 资料来源： wind， 华宝证券研究创新部 家电尤其制冷家电业是人造金刚石磨具和刀具的主要应用领域之一。家用空调、 冰箱所使用压缩机的三大部件活塞、气缸、上下轴承座主要使用金刚石工具进行加工。 我国家用空调和冰箱的产量在消费升级以及出口量不断增长的背景下，分别从 2011 年的 11001 万台和 7882 万台增长到 2020 年的 14491 万台和 8443 万台。 2020 年以 来家电出口大幅增长带动国内家电制造业重回高速增长。 图 6：家用空调和电冰箱产量（万台） 资料来源： wind，华宝证券研究创新部 光伏和 LED 领域快速发展带动金刚石微粉需求高增。光伏发电和 LED 照明所用 单晶硅、多晶硅、蓝宝石以及其他光电磁性材料的切割加工是金刚石微粉应用需求增 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 中国汽车产量 全球汽车产量 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 家用空调产量 家用冰箱产量 敬请参阅报告结尾处免责声明 华宝证券 7/23 table_page 产业研究点评报 告 量最大的领域。 2019 年光伏在国内补贴退出的驱动下快速进入平价上网阶段，市场需求驱动光伏装机量重新进入高增阶段，全球新增装机分别为 116.9GW、 134GW， 2021 年虽然受到硅料产能限制，装机量仍将有望实现 15%左右的增长达到 155-160GW； 2022 年在硅料产能瓶颈逐步解除之后， 2022-2025 年全球新增装机量 将达到 25%的复合增速，到 2025 年新增装机量达到 400GW。 2021 年 166、 182、 210 单片硅片消耗金刚石量分别为 1.8/2.4/2.8 米 /片，随着金刚线直径逐步减少，单 位损耗逐步增加，单位功率硅片消耗的金刚 线增加，目前 1W166、 182 和 210 单晶 硅片对应金刚线消耗量分别为 0.285m、 0.34m 和 0.28m， 210 单晶与 166 硅片单位 需求基本相同，而 182硅片需求增长 15%左右；我们预计光伏金刚线需求量将从 2020 年 5000 万公里左右增长到 2025 年的 13500 万公里。 图 7：我国及全球光伏新增装机容量（ GW） 资料来源： wind，欧洲光伏产业协会，华宝证券研究创新部 MINILED 时代来临，蓝宝石切割金刚石微粉需求爆发。 2020 年我国 LED 行业 总产值达到 7013 亿元，同比有所下滑，但近十年来总体仍保持较快增长态势。 LED 照明产品已经逐步替代传统的白炽灯和荧光灯，正处于持续爆发增长阶段。以苹果公 司、华为以及小米公司为代表的科技巨头纷纷推出 MINILED 背光产品的电脑和显示 器，售价在 1.5 万 -10 万之间，灯珠数量在 1.2 万 -10 万颗， 2021 年 MINILED 正式进 入爆发期。 MINILED 有望成为在通用照明之后 LED 重要驱动力，蓝宝石衬底的需求 量有望从 2020 年的 4200 万片左右增长至 2023 年的 6000 万片左右，年复合增长率 约为 12.6%。 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 2013A 2014A 2015A 2016A 2017A 2018A 2019A 2020A 2021E 2022E 2023E 2024E 2025E 中国新增装机量 全球新增装机量 敬请参阅报告结尾处免责声明 华宝证券 8/23 table_page 产业研究点评报 告 图 8：我国 LED 行业及 LED 灯具行业规模波动增长 资料来源： wind， 华宝证券研究创新部 2. 培育钻石成为超硬材料的绝对主角 培育钻石是一种依靠超硬材料工业高科技生产工艺诞生的品种，主要是为现代工 业中，硬质材料的切磨、加工所使用的刀具这个目的开发的，它以更高的硬度战胜了 一代超硬材料 硬 质合金，更低廉的价格取代了二代超硬材料 天 然钻石，与立 方氮化硼一起，成为了超硬材料的绝对主角。主要的应用就是 PCD（聚合金刚石） 复合片刀具，就是将极小颗粒（ 2 30m）的金刚石粉末与结合剂，在高温高压下 烧结，再经过切割、焊接、刃磨，就可以派上大用场 培育钻石目前已成为全球钻石消费的新兴选择之一，在品质、价格、环保和科技 等方面具有显竞争优势。随着培育钻石合成技术不断提高、成本及价格快速下降，以 及市场消费理念和消费习惯改变，培育钻石的市场关注度和市场需求显著提升，已成 为人造金刚石行业最重要的发展方向之一。 在现代工业加工领域，由于对人造金刚石 的需求数量、品种、质量的不断提高，原来只能作为工业材料的人造金刚石终于大 规模达到珠宝级应用的水平。 培育钻石与天然钻石性质相同且更具优势 。 培育钻石作为一种人工合成的钻石， 产品在晶体结构完整性、透明度、折射率、色散等方面可与天然钻石相媲美，作为钻 石消费领域的新兴选择，可用于制作钻戒、项链、耳饰等各类钻石饰品及其他时尚消 费品。 培育钻石越来越被市场认可 2012-2015 年培育钻石就已经在全球珠宝消费市场出现，但产品品质较差、价格 优势不明显； 2017 年以来施华洛世奇、戴比尔斯等国际珠宝巨头进军培育钻石饰品 市场，加上美国联邦贸易委员会（ FTC）为培育钻石正名等因素推动，培育钻石在行 业组织建立、技术规范制定、合成及鉴定技术提升、产能规模和市场份额提 高等方面 明显进步，培育钻石得到大众的认可。 2019 年之后培育钻石的接受度已经提升至较 高水平，生产成本大幅下降，培育钻石的优势逐步凸显，认可度加速提升； 2020 年 下游加工环节受到疫情影响，一定程度干扰了培育钻石的爆发过程， 2021 年疫情影 -20% -10% 0% 10% 20% 30% 40% 50% 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 LED行业规模（亿元） 同比（ %）右 敬请参阅报告结尾处免责声明 华宝证券 9/23 table_page 产业研究点评报 告 响逐步消除，行业进入加速阶段。 表 2：培育砖石逐渐得到市场认可 时间 事件简介 2017.5 施华洛世奇旗下培育砖石品牌 Diama 在北美地区正式开售 2018.5 戴比尔斯宣布推出培育钻石饰品品牌 Lightbox 2018.7 美国联邦贸易委员会（ FTC）对钻石的定义进行了调整，将实验室培育钻石纳入钻石大类 2019.2 欧亚经济联盟推出培育钻石 HS 编码 2019.3 HRD 针对培育钻石采用了天然钻石的分级语言 GIA 更新实验室培育钻石证书的术语 培育钻石展团初次亮相香港珠宝展 2019.5 美国最大珠宝零售商 Signet 开始在其线上品牌销售培育钻石 2019.7 印度推出毛坯培育钻石 HS 编码 中保协成立培育钻石分会 2019.10 央视报道实验室种出钻石引发全国关注 美国最大珠宝零售商 Signet 开始在线下门店销售培育钻石 2019.11 培育钻石展团参加北京国际珠宝展 世界珠宝联合会（ CIBJO）创立培育钻石委员会 欧盟通过新的海关编码区分天然钻石和培育钻石 美国第一个在线培育钻石交易平台 lab-GrownDiamondExchange（ LGDEX）在纽约成立 RosyBlue 宣布开辟独立的培育钻石业务线 2019.12 NGTC合成钻石鉴定与分级企业标准发布实施 戴比尔斯向客户发布引导手册明确区分天然钻石和培育钻石 2020.03 GSI 宣布推出 LGX培育钻石全面分级报告 2020.04 美国培育钻石品牌 DiamondFoundry 推出新品 2020.09 西铁城新款腕表首次采样培育钻石 2020.12 GIA 推出新版培育钻石检测报告 资料来源：中国珠宝浴室首饰行业协会培育钻石分会官网，招股说明书，华宝证券研究创新部 培育钻石性能媲美天然钻石 培育钻石为人工培育出的与天然钻石相同的真钻石。目前市场上的伪钻石主要有 伪钻石（假钻石）和仿钻石（锆石和莫桑石等）两种，而真钻石包括天然钻石和人工 培育钻石。两者的差异仅在于形成环境，天然钻石形成于地壳运动、卫星撞击等天然 环境，培育钻石是模仿天然钻石形成环境制备而成的钻石。 敬请参阅报告结尾处免责声明 华宝证券 10/23 table_page 产业研究点评报 告 图 9：培育钻石为真钻石 资料来源： CARAXY 官网，华宝证券研究创新部 表 3：锆石与莫桑石属性 属性 锆石 莫桑石 折射率 2.18 2.65-2.69 色散 0.055 0.104 硬度 7.5-8.5 9.25 颜色 紫红、金黄、石榴红 等 浅黄色、浅灰、浅褐、绿色、灰 色等 价格 100-1000/CT 100-3000/CT 资料来源：华宝证券研究创新部 培育钻石与天然钻石化学成分、物理性质相同，在晶相特性方面可能有所不同。 主要由于天然钻石形成环境更为复杂。天然钻石的晶相结构大致有 13 种，常见结构 为八面体、菱形十二面体或两者的聚形、三角薄片双晶等，而培育钻石的结晶特征主 要有立方体、立方八面体等；但晶相方面差异并不影响其光学及物理方面性能，仅在 切磨方面成本有所不同。 钻石与合成立方氧化锆主要区别在硬度。 硬度决定钻石与人造立方氧化锆切割后腰棱的 差别，由于钻石的硬度高于合成立方氧化锆，所以钻石切割后其腰棱必须是磨砂的，而合成 立方氧化锆是带有平行光排列的抛光痕迹。在显微镜观察下，钻石的内部包体丰富而合成锆 石比较干净，少有包体特征。合成立方氧化锆与钻石是不同的物质。 钻石与莫桑石的主要区别在于折射率。 莫桑石的折射率远高于钻石，表现出的火彩是钻 石的 3 倍，所以可以感受到莫桑石火彩更为浓烈艳丽，而钻石火彩温柔内敛。在放大镜观察 下可以明显看出莫桑石的腰部内全反射影像呈现四线效果，而钻石全反射影像只有两条线。 钻石 真钻石 天然钻石 培育钻石 伪钻石 锆石 （立方氧化锆） 莫桑石 （碳化硅） 敬请参阅报告结尾处免责声明 华宝证券 11/23 table_page 产业研究点评报 告 图 10：培育钻石与天然钻石结晶习性有差异 资料来源：天然钻石协会，华宝证券研究创新部 表 4：培育钻石与天然钻石属性无本质区别 属性 培育钻石 天然钻石 区别 化学成分 碳 C 碳 C 无 折射率 2.42 2.42 无 相对密度 3.52 3.52 无 色散 0.044 0.044 无 硬度值 90GPA 90GPA 无 导热性 2 103W/M/K 2 103W/M/K 无 热胀性 0.8 10-6K 0.8 10-6K 无 透光率 DEEPUVTOFARTR DEEPUVTOFARTR 无 电阻率 1016OHM-CM 1016OHM-CM 无 可压缩性 8.3 10-13M2/N 8.3 10-13M2/N 无 资料来源： CARAXY 官网，华宝证券研究创新部 培育钻石更为环保 相对于天然钻石开采，培育钻石无需采掘，可以保护地表环境，大幅减少土地消 耗、碳排放（为天然钻石开采的 1/2）以及水资源利用（仅为天然钻石的 1/7）等； 且在劳工保护方面大幅优于天然钻石开采，培育钻石在厂房内极少发生安全事故。培 育钻石的保护地表环境、减少碳排放的绿色、可持续发展理念完全契合目前国家提出 的扎实做好碳达峰和碳中和工作部署要求。 敬请参阅报告结尾处免责声明 华宝证券 12/23 table_page 产业研究点评报 告 图 11：培育钻石对环境影响更小 资料来源： CARAXY 官网， 华宝证券研究创新部 表 5：培育钻石与天然钻石生产影响对比 参数 天然钻石 培育钻石 比例 土地破坏量（公顷） 9.1 104 7 107 1281:1 矿物废物量（吨） 2.63 0.0006 4383:1 用水量（立方米） 0.48 0.07 6.9:1 气体排放量 4.21 107 0.0289 1.5 109： 1 能源消耗（ mn/Joules） 538.6 250.8 2.1:1 资料来源： CARAXY 官网，华宝证券研究创新部 培育钻石价格更具竞争力 天然钻石具有稀缺性，成本高于培育钻石，因此在各方面属性相同时，培育钻石 的价格竞争力优势明显。 2017 年四季度以来，培育钻石价格不断下降， 2020 年四季 度零售价下降到天然钻石 35%，较 2017 年下降 30PCT；批发价在 2018 年第四季度 下降到天然钻石的 20%，此后基本维持稳定。 2020-2021 年随着大颗粒培育钻石（ 5 克拉以上）加速规模化量产，单克拉的生产成本继续大幅下降，而纯净度、色度等性 质仍在大幅提升。我们认为未来无论是零售价还是批发价相较于天然钻石都仍有较大 下降空间。 2020 年 力量钻石的销售价格在 272 元 /克拉，合计约 40 美元 /克拉，若按照原钻 成本占钻石总成本的 20%预测，培育钻石成品钻石的成本在 200 美元 /克拉，大幅低 于天然钻石。目前主要钻石厂商的培育钻石销售价格仅为天然钻石的 20%-30%左右。 DeBeers 旗下培育钻石品牌 Lightbox 目前产品促销价格仅为天然钻石的 10%左右， 其 1/2 克拉 LabGrown 项链仅销售 425 美元， 1 克拉产品销售价格在 1500 美元左右 （不考虑颗粒大小、色彩、纯净度等对价值量的影响）。 敬请参阅报告结尾处免责声明 华宝证券 13/23 table_page 产业研究点评报 告 图 12: 培育钻石占天然钻石价格比例 资料来源： 贝恩咨询 ,华宝证券研究创新部 培育钻石具有更高的可控性 培育钻石是在实验室中通过科学方法人工合成相对于天然钻石形成的不可控过 程，其成色、尺寸、颜色等均可通过优化合成方法和技术实现，因而产品种类多样， 满足下游不同需求。例如，通过特定的工艺控制，培育钻石可以合成自然界中罕见的 蓝色、粉色等彩色钻石，但其售价也相对更高。 图 13：培育彩色钻石系列产品 资料来源： CARAXY 官网， 华宝证券研究创新部 2.1. 培育钻石技术壁垒高 培育钻石工艺技术 来源于工业科技的进步，一方面需要强大的压力产生装置，另 一方面需要可承受巨大压力的容器材料，也就是高温高压法的原理。之后随着微波技 术的成熟，将高纯甲烷气体在高温下微波电离出不带电荷等离子化的碳和氢原子，然 65% 50% 50% 35% 55% 20% 20% 20% 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 2017Q4 2018Q4 2019Q4 2020Q4 零售价占比 批发价占比 敬请参阅报告结尾处免责声明 华宝证券 14/23 table_page 产业研究点评报 告 后让碳原子在温度较低的底层基片上吸附结晶生长，也就是后来的化学气相沉积法（ CVD 法）的原理 。 培育钻石的技术壁垒体现在三个方面，首先 因为培育钻石和工业金刚石 不同，其 生产周期很长，如果没有相对的数量，比如 1000-2000 台 以上 ， 即使厂家 拥有相关 的一些技术， 也无法打开 市场， 其 次行业属于重资本投入型， 短期之内没有足够资金 支持的话，不可能对现有的龙头 造成 冲击。 第三在 技术扩散 方面 ， 全市场对于 原材料、 生产、工艺 一体化深入了解的技术人员稀缺，技术 扩散的进程会比工业 金刚石 的慢很 多。 HPHT 技术与 CVD 技术对比 高温高压 (HPHT)技术 :高温高压技术完全模拟天然钻石的生长过程，在地上重现碳元素层 的反应并将石墨转换成钻石。 HPHT 法 (温度在 1400C-1700C、压力在 5.2GPa-5.6GPa)合 成钻石是指模拟天然钻石生长的环境，在六面体高压机内，以石墨、金刚石粉或石墨 -金刚石 粉为碳源，在高温高压、金属触媒等生长环境中形成的等轴晶系晶质体。采用高温高压法生 产 20 克拉培育钻石仅需要 2 周时间。生长过程就是顶压机生长舱高温区放入高纯度的石墨作 碳源，在低温区放置钻石籽晶。在一定的温度梯度驱动下，碳源从高温处的高浓度区向对低 温处的低浓度区扩散，在低温区的钻石籽晶处于过饱和而结晶，然后冷却取出，采用浓硝酸 清除钻石表面的杂质。 图 14： HPHT 技术 资料来源： 论中国培育钻石项目发展的可行性， 华宝证券研究创新部 化学气相沉积 (CVD)技术 :通常是在高温等离子的作用下，含碳气体被离解，碳 原子在基底上沉积成钻石膜。基底可以是非钻石材料，但单晶钻石通常是碳原子在钻 石基底上沉积而形成。含碳气体通常是指含氮、甲烷和氢的混合气体，甲烷是合成钻 石碳原子的来源，氮可以增加生长速度，氢可以抑制石墨的形成。通常 CVD 合成钻 石是在低压高温条 件下进行，压力一般小于一个大气压，温度在 1000C 左右。 敬请参阅报告结尾处免责声明 华宝证券 15/23 table_page 产业研究点评报 告 图 15： CVD 技术 资料来源： 论中国培育钻石项目发展的可行性 ， 华宝证券研究创新部 两种技术各有优势， HTHP 效率更高颜色更好， CVD 纯净度更优。生产 1 克拉培育钻石， 由于高温高压 (HTHP)是碳原子与碳原子连接形成，所以生长周期仅需要数天。化学气相沉积 (CVD)是在培育钻石籽晶上将含碳气体解离生长，逐渐堆积增生，这就需要数月的生长周期。 由于高温高压 (HTHP)需要金属触媒作为溶剂参与反应，所以会对钻石的纯净度产生一些影响， 化学气相沉积 (CVD)纯净度稍好。 表 6: 培育钻石两种技术对比 技术 HPHT CVD 温度（ ） 1400-1500 800-1000 压力（ Pa） 5.2-5.6G 0.01M 晶形 立方体、八面体及聚 形 板状 磁性 有 无 生长周期（ 1 克拉） 1-3 天 1 个月 资料来源 :论中国培育钻石项目发展的可行性，华宝证券研究创新部 2.2. 培育钻石 行业 产能集中在国内，全球需求快速增长 培育钻石产能大分部在中国 受地理条件限制，天然金刚石产能主要集中在南非、扎伊尔等，而培育钻石的产 能大部分集中在中国。根据贝恩咨询发布的 20202021 全球钻石行业报告， 2020 年全球培育钻石产能约 600700 万克拉，其中中国产能达 300 万克拉，远超其他国 家，占比约 50%。其次为印度和美国，分别为 150 万克拉和 100 万克拉，合计占比 超 30%。其余产能分布在欧洲、中东、俄罗斯等地。 经过近几十年的发展，美国的 通用电气和阿波罗、英国的第六元素、日本的住友、俄罗斯的新钻科技、新加坡的 IIa 科技等集团公司，在全球培育钻石界都有了广泛的知名度， 比如 DiamondFoundry、 Lightbox、 Diama、 GEMESIS 等培育钻石品牌产品，正逐渐由国外市场向中国国内渗 透， 和 天然钻石 的市场 一样，在行情启动之前就占领培育钻石高端消费市场。 国内钻 敬请参阅报告结尾处免责声明 华宝证券 16/23 table_page 产业研究点评报 告 石产能 则主要集中在宁波晶钻、上海征世、华晶金刚石、中南钻石、黄河旋风等企业。从生产技术角度而言国内主要还是采用 HPHT 法生产，而全球其他地区基本采用 CVD 法生产钻石。 HPHT 法在生产人造金刚石领域几乎形成了垄断，目前约占全球 HPHT 法生产培育钻石产能的 90%。 图 16：全球培育钻石产能分布 资料来源： 全球钻石行业报告， 华宝证券研究创新部 图 17：全球培育钻石产能分布（万克拉） 图 18：使用 HPHT 技术的国家及其占比 资料来源：贝恩咨询，华宝证券研究创新部 资料来源：贝恩咨询，华宝证券研究创新部 根据中国机床工具工业协会超硬材料分会数据，目前国内生产人造金刚石的六面 顶压机数量约为 10000 台；截至 2020 年 3 月末，六面顶压机中 650（即活塞直径 为 650mm、腔体为 68mm 72mm）及以下型号的占比约为 81.25%；其中 2019 年末用于培育钻石的压机数量为 1500 台左右（对应约 130 万克拉 /年产能），我们预 计 2020-2021 年以中南钻石和黄河旋风为主的厂商开始产能扩张，并将原有部分工 业钻石的产能向培育钻石切换，到 2021 年年中全国培育钻石的六面顶压机产能将达 到 3000 台左右，其中新增产能中多为 650 型号以上产能。 030 6090 120150 180210 240270 300330 中 国 印 度 美 国 新 加 坡 欧 洲 和 中 东 俄 罗 斯 中国 , 90% 俄罗斯 , 6% 其他 , 4% 敬请参阅报告结尾处免责声明 华宝证券 17/23 table_page 产业研究点评报 告 图 19：目前国内六面顶压机的产能预测（台） 图 20：用于培育钻石的六面顶压机数量预测（台） 资料来源：华宝证券研究创新部 资料来源：华宝证券研究创新部 培育钻石需求增速显著 从行业生命周期判断，培育钻石目前处于高速增长的初期。根据 Bain 咨询， 2019 年全球天然原钻产量为 1.39 亿克拉，而培育钻石产量为 600 万克拉左右，渗透率约 为 4.3%； 2020 年天然原钻产量约下滑 2800 万克拉至 1.11 亿克拉，而培育钻石预计 增长 15%左右至 750 万克拉，渗透率达到 6%。 图 21：培育钻石迈过 5%市占率进入加速增长阶段 资料来源：华宝证券研究创新部 钻石行业稳定发展，培育钻石加速渗透 全球钻石珠宝市场规模庞大，消费需求稳步增长。根据 DeBeers 发布的全球钻 石珠宝行业报