微波技術(shù)突破，CVD金剛石市場(chǎng)前景可期，2019年中國(guó)CVD金剛石行業(yè)現(xiàn)狀與前景分析[圖]

    CVD金剛石是利用化學(xué)氣相沉積（CVD）工藝制造的一種人造金剛石。目前全球的人造金剛石主要有化學(xué)氣相沉積（CVD）和高溫高壓（HTHP）兩種工藝，其中HTHP是最為主要的生產(chǎn)工藝。

    化學(xué)氣相沉積（CVD）金剛石和高溫高壓（HTHP）金剛石。其中HTHP法制備的金剛石含有雜質(zhì)，品質(zhì)較低，主要作為刀具的開發(fā)。而CVD法能夠制備純度較高、尺寸較大的金剛石顆粒和金剛石膜，具有更高的利用價(jià)值，同時(shí)隨著技術(shù)的進(jìn)步，可以工業(yè)化生產(chǎn)的尺寸也顯著擴(kuò)大，應(yīng)用價(jià)值持續(xù)提升，應(yīng)用領(lǐng)域也進(jìn)一步拓展。目前CVD金剛石已經(jīng)被廣泛應(yīng)用電子器件、珠寶首飾、激光器、導(dǎo)彈、航天等等領(lǐng)域。

    自上世紀(jì)80年代初開始的CVD人造金剛石技術(shù)研究幾乎涉及材料研究和應(yīng)用的各個(gè)方面（材料制備、加工、性能、檢測(cè)、應(yīng)用等），伴隨著CVD人造金剛石技術(shù)的進(jìn)步，CVD人造金剛石的應(yīng)用領(lǐng)域也越來越寬廣，生產(chǎn)企業(yè)也越來越多。全球范圍內(nèi)美國(guó)、日本、歐洲等是CVD人造金剛石研究起步最早的國(guó)家和地區(qū)。其中，美國(guó)研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)的側(cè)重點(diǎn)是工業(yè)化沉積技術(shù)和工具領(lǐng)域；日本側(cè)重的是電子行業(yè)；歐洲側(cè)重的是工業(yè)化沉積技術(shù)、精密工具、傳感器等。目前，全球CVD人造金剛石生產(chǎn)企業(yè)也主要分布在美國(guó)、日本和歐洲等國(guó)家和地區(qū)，代表性企業(yè)有元素六、賽歐金剛石技術(shù)公司等。

全球主要CVD人造金剛石生產(chǎn)企業(yè)

資料來源：智研咨詢整理

    從技術(shù)工藝來看，目前，CVD 單晶金剛石的主要制備方法包括微波等離子體CVD 法（MPCVD）、直流等離子體CVD 法、熱絲CVD 法（HFCVD）、燃燒火焰CVD 法（CFCVD）等。

CVD 制備單晶金剛石的主要方法對(duì)比

資料來源：智研咨詢整理

    微波等離子體CVD法可以制備面積大、均勻性好、純度高、結(jié)晶形態(tài)好的高質(zhì)量金剛石薄膜，特別適合在各種曲面（異形表面）上涂復(fù)金剛石薄膜，能制備各種不同需要的金剛石薄膜制品。并且可以原位實(shí)施基體與金剛石薄膜之間的中間層的多種不同處理工藝，適用性強(qiáng)。設(shè)備的使用操作簡(jiǎn)便，設(shè)備本身沒有易損易耗件，能長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，生產(chǎn)的重復(fù)性好。設(shè)備的能耗低，運(yùn)行成本也低。因此微波等離子體CVD法是當(dāng)前世界上研究和制備金剛石薄膜的主流方法。特別是對(duì)正在研究開發(fā)電子器件級(jí)高純和可控制摻雜的異質(zhì)外延金剛石薄膜，微波等離子體CVD技術(shù)是唯一能達(dá)到相應(yīng)嚴(yán)格工藝要求的制備方法。所以國(guó)際學(xué)術(shù)界公認(rèn)“微波等離子體CVD法是穩(wěn)定生長(zhǎng)純的均勻的高質(zhì)量金剛石膜的最有前途的技術(shù)”。

    近20年來，我國(guó)開發(fā)了大部分世界上現(xiàn)有CVD生長(zhǎng)技術(shù)，其開發(fā)最好熱絲CVD金剛石設(shè)備技術(shù)，現(xiàn)階段生長(zhǎng)工藝技術(shù)基本成熟，已經(jīng)開始小規(guī)模產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，有批量產(chǎn)品進(jìn)入國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)，技術(shù)國(guó)際上也屬領(lǐng)先水平。在MPCVD領(lǐng)域，中國(guó)的技術(shù)相對(duì)落后。

    從原理上來說，MPCVD法制備的金剛石純度最高，質(zhì)量是最好的，高質(zhì)量的大面積金剛石厚膜制作成為窗口材料能夠應(yīng)用于軍事、航空領(lǐng)域，作為導(dǎo)彈頭罩、光學(xué)紅外窗口等，能提高導(dǎo)彈的精確性和對(duì)惡劣環(huán)境的抵抗性。由于其較高的軍事應(yīng)用價(jià)值，因此高功率的微波設(shè)備是限制進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)的，在很大程度上阻礙了國(guó)內(nèi)MPCVD工藝的發(fā)展。

    而近幾年來，我國(guó)的CVD金剛石行業(yè)投入的資源也主要集中在利用MPCVD工藝生產(chǎn)光學(xué)膜等領(lǐng)域，并取得了較好的成績(jī)，打破了國(guó)外企業(yè)的壟斷，寶石級(jí)和大尺寸厚膜CVD金剛石產(chǎn)品生產(chǎn)量逐漸增長(zhǎng)，整體產(chǎn)量保持較為迅速的增長(zhǎng)。2014年我國(guó)CVD金剛石產(chǎn)量?jī)H為34.52萬克拉，2019年達(dá)到了95.78萬克拉。

2014-2019年中國(guó)CVD金剛石產(chǎn)品產(chǎn)量及增速

資料來源：智研咨詢整理

    智研咨詢發(fā)布的《2020-2026年中國(guó)CVD金剛石產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移機(jī)會(huì)與策略建議分析報(bào)告》指出：隨著行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步，需求的增長(zhǎng)，行業(yè)的市場(chǎng)規(guī)模穩(wěn)步擴(kuò)大。近幾年，我國(guó)CVD金剛石行業(yè)需求量快速在增長(zhǎng)，從2014年的31.36萬克拉增長(zhǎng)到了2019年的87.05萬克拉。近幾年我國(guó)CVD金剛石行業(yè)需求量情況如下圖所示：

2014-2019年中國(guó)CVD金剛石行業(yè)需求量情況

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    2019年我國(guó)CVD金剛石行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模9750萬元，同比2018年的7850萬元增長(zhǎng)了24.2%，近幾年我國(guó)CVD金剛石行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模情況如下圖所示：

2014-2019年中國(guó)CVD金剛石行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模及增速

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    分技術(shù)工藝來看，熱絲法與直流等離子體法是最為主要的兩種工藝，微波等離子發(fā)展較為迅速，其他工藝的增長(zhǎng)總體穩(wěn)定。

2015-2019年我國(guó)不同工藝CVD金剛石市場(chǎng)規(guī)模統(tǒng)計(jì)圖

資料來源：智研咨詢整理

    當(dāng)前美國(guó)和歐洲主要生產(chǎn)金剛石膜的公司（如Norton公司、Crystallume公司、Lambda Technologies公司、Element 6公司、Fraunhofer公司、ASTeX公司、Westinghouse電氣公司、IBM公司、Apollo Diamond公司、De Beer鉆石公司等等）都是用微波等離子體CVD方法來制備金剛石薄膜產(chǎn)品的。同時(shí)也用微波等離子體CVD生產(chǎn)無色寶石級(jí)的大單晶人造鉆石。MPCVD工藝已經(jīng)成為全球主流的CVD金剛石生產(chǎn)工藝。

    2019年河北省激光研究所直徑5英寸CVD（化學(xué)氣相沉積）金剛石窗口制備技術(shù)再上新臺(tái)階，其產(chǎn)品厚度達(dá)到1mm，比之前的0.7mm高出0.3mm。這標(biāo)志著我國(guó)915MHz、75KW的微波CVD金剛石設(shè)備基本成熟，實(shí)現(xiàn)了比肩國(guó)外先進(jìn)水平的目標(biāo)。預(yù)計(jì)未來MPCVD工藝也將成為中國(guó)CVD金剛石行業(yè)的主流工藝，但需要長(zhǎng)時(shí)間的發(fā)展。

    從國(guó)內(nèi)行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)格局來看，目前，我國(guó)工業(yè)級(jí)CVD金剛石領(lǐng)域已經(jīng)出現(xiàn)了數(shù)十家生產(chǎn)企業(yè)，企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模普遍規(guī)模較小，產(chǎn)品尺寸涵蓋了3*3*X到10*10*X，產(chǎn)品種類比較豐富，應(yīng)用領(lǐng)域以切削刀具和半導(dǎo)體為主。

    目前，能夠進(jìn)行工業(yè)級(jí)CVD人造金剛石生產(chǎn)的企業(yè)有洛陽譽(yù)芯金剛石有限公司、河北普萊斯曼金剛石科技有限公司、無錫遠(yuǎn)穩(wěn)烯科技有限公司、天津市寶利欣超硬材料、河北平鉆人造金剛石有限公司、上海交友鉆石涂層有限公司、北京天地東方超硬材料股份有限公司等。其中，寧波晶鉆工業(yè)科技有限公司、河北平鉆人造金剛

    石有限公司的生產(chǎn)規(guī)模較大，洛陽譽(yù)芯金剛石有限公司、洛陽艾美爾金剛石有限公司、無錫遠(yuǎn)穩(wěn)烯科技有限公司也可以進(jìn)行小批量、定制化生產(chǎn)。
總體而言。近幾年來，隨著中國(guó)CVD金剛石行業(yè)技術(shù)的不斷成熟，市場(chǎng)規(guī)模的持續(xù)增長(zhǎng)以及技術(shù)的擴(kuò)散催生了眾多中小規(guī)模的CVD金剛石企業(yè)，這些企業(yè)產(chǎn)品種類相對(duì)單一，產(chǎn)能規(guī)模相對(duì)較小，但數(shù)量眾多，在很大程度上推動(dòng)了國(guó)內(nèi)CVD金剛石行業(yè)產(chǎn)能和產(chǎn)量的增長(zhǎng)。從其分布來看，浙江、廣東、江蘇的小規(guī)模CVD金剛石生產(chǎn)

    企業(yè)數(shù)量最多?？傮w而言，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前我國(guó)的CVD金剛石行業(yè)內(nèi)企業(yè)數(shù)量規(guī)模已經(jīng)超過了80家，且仍在不斷的增長(zhǎng)中。

    從企業(yè)的分布來看，行業(yè)呈現(xiàn)出較為明顯的區(qū)域性分布特點(diǎn)，華北地區(qū)是我國(guó)CVD金剛石行業(yè)最為主要的分布區(qū)域，規(guī)模較大的企業(yè)數(shù)量較多，同時(shí)中小企業(yè)也較為常見，其次是華東、以及華南地區(qū)，東北地區(qū)近幾年行業(yè)增長(zhǎng)相對(duì)緩慢。目前華北地區(qū)已經(jīng)形成了較為明顯的產(chǎn)業(yè)集群，CVD金剛石的功能化發(fā)展趨勢(shì)更加明顯，而華東地區(qū)的產(chǎn)業(yè)集群仍有待完善。

    總體而言，由于CVD金剛石具備的優(yōu)秀性質(zhì)，使得其應(yīng)用領(lǐng)域較為寬廣，但在應(yīng)用方面，由于技術(shù)限制目前主要集中在低端領(lǐng)域，行業(yè)未來具備較大發(fā)展?jié)摿?。我?guó)CVD金剛石行業(yè)發(fā)展較晚，因此在全球市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中不具備優(yōu)勢(shì)，但在國(guó)內(nèi)，經(jīng)過多年發(fā)展已生成部分優(yōu)秀企業(yè)，能夠滿足國(guó)內(nèi)市場(chǎng)需求。且在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)中，CVD金剛石的優(yōu)點(diǎn)尚未被全面開發(fā)，因此產(chǎn)量相對(duì)較低，行業(yè)未來仍具備較大發(fā)展?jié)摿?。預(yù)計(jì)未來仍將持續(xù)增長(zhǎng)，行業(yè)的市場(chǎng)規(guī)模將會(huì)持續(xù)擴(kuò)大。