一.超硬材料概覽
超硬材料是指硬度極高(莫氏硬度≥9、維氏硬度≥30GPa)、耐磨損、耐高溫、化學(xué)穩(wěn)定性高的特殊功能材料。
超硬材料主要用于金屬及合金、硬脆材料的機(jī)械加工,并在電子、航空航天、國(guó)防軍工、醫(yī)療等領(lǐng)域均有廣泛應(yīng)用。
根據(jù)來(lái)源,分為天然和人造兩大類(lèi):
(1)天然超硬材料:金剛石(高端珠寶、精密儀器)、藍(lán)寶石(手表表鏡、攝像頭保護(hù)蓋)。
(2)人造超硬材料:人造金剛石、立方氮化硼。
二.人造金剛石
人造金剛石是通過(guò)HTHP或CVD法合成的超硬材料,成本遠(yuǎn)低于天然金剛石并可批量生產(chǎn),純度、粒度可控。
2.1制備工藝
(1)高溫高壓法(HPHT):適用于單晶/聚晶金剛石;碳源為高純度石墨粉,觸媒為鎳、鈷、鐵合金粉末。
(2)化學(xué)氣相沉積法(CVD):適用于金剛石薄膜、培育鉆石;碳源為甲烷、乙炔等含碳?xì)怏w。
2.2應(yīng)用場(chǎng)景
(1)工業(yè)加工:切割工具、磨具磨料、勘探工具。
(2)電子信息:導(dǎo)熱材料、半導(dǎo)體襯底材料、精密器件。
(3)新興領(lǐng)域:培育/人造鉆石、醫(yī)療器械。
2.3市場(chǎng)格局
我國(guó)是人造金剛石*大產(chǎn)出國(guó),產(chǎn)量占全球90%以上;國(guó)內(nèi)產(chǎn)能主要位于河南,市場(chǎng)集中度高。
中兵紅箭:旗下中南鉆石是國(guó)內(nèi)超硬材料龍頭,HPHT金剛石產(chǎn)能全球*、HPHTCBN產(chǎn)能?chē)?guó)內(nèi)*。
黃河旋風(fēng):人造金剛石國(guó)內(nèi)龍頭,產(chǎn)品覆蓋單晶、聚晶、PDC鉆頭、培育鉆石。
四方達(dá):主營(yíng)超硬材料及制品,包括金剛石復(fù)合片、PDC鉆頭、PCBN材料、CVD金剛石。
力量鉆石:主營(yíng)人造金剛石,包括培育鉆石、金剛石單晶及微粉。
三.立方氮化硼(CBN)
立方氮化硼是由六方氮化硼合成的超硬材料,其硬度僅次于金剛石。
CBN具有兩大優(yōu)勢(shì):對(duì)鐵族金屬化學(xué)惰性(適合黑色金屬加工)、耐高溫性更強(qiáng)。
3.1制備工藝
(1)高溫高壓法(HPHT):適用于CBN單晶/聚晶;核心原料為六方氮化硼,觸媒為鋰、鎂、硼合金。
(2)化學(xué)氣相沉積法(CVD):適用于CBN薄膜;氮源為氨氣、氮?dú),碳源為硼烷、三氯化硼?
3.2應(yīng)用場(chǎng)景
(1)黑色金屬加工:切割工具、磨具磨料、勘探工具。
(2)電子信息:絕緣散熱材料、半導(dǎo)體材料。
3.3市場(chǎng)格局
國(guó)內(nèi)CBN產(chǎn)業(yè)與人造金剛石高度協(xié)同,頭部廠商多為雙業(yè)務(wù)布局。
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