微波技術(shù)突破，CVD金剛石市場前景可期，2019年中國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，具有更高的利用價值，同時隨著技術(shù)的進步，可以工業(yè)化生產(chǎn)的尺寸也顯著擴大，應(yīng)用價值持續(xù)提升，應(yīng)用領(lǐng)域也進一步拓展。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)用的各個方面（材料制備、加工、性能、檢測、應(yīng)用等），伴隨著CVD人造金剛石技術(shù)的進步，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、日本、歐洲等是CVD人造金剛石研究起步最早的國家和地區(qū)。其中，美國研究機構(gòu)和企業(yè)的側(cè)重點是工業(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、日本和歐洲等國家和地區(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。設(shè)備的使用操作簡便，設(shè)備本身沒有易損易耗件，能長期穩(wěn)定運行，生產(chǎn)的重復(fù)性好。設(shè)備的能耗低，運行成本也低。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。特別是對正在研究開發(fā)電子器件級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)是唯一能達到相應(yīng)嚴(yán)格工藝要求的制備方法。所以國際學(xué)術(shù)界公認(rèn)“微波等離子體CVD法是穩(wěn)定生長純的均勻的高質(zhì)量金剛石膜的最有前途的技術(shù)”。

    近20年來，我國開發(fā)了大部分世界上現(xiàn)有CVD生長技術(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)品進入國內(nèi)外市場，技術(shù)國際上也屬領(lǐng)先水平。在MPCVD領(lǐng)域，中國的技術(shù)相對落后。

    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)彈的精確性和對惡劣環(huán)境的抵抗性。由于其較高的軍事應(yīng)用價值，因此高功率的微波設(shè)備是限制進入中國市場的，在很大程度上阻礙了國內(nèi)MPCVD工藝的發(fā)展。

    而近幾年來，我國的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，打破了國外企業(yè)的壟斷，寶石級和大尺寸厚膜CVD金剛石產(chǎn)品生產(chǎn)量逐漸增長，整體產(chǎn)量保持較為迅速的增長。2014年我國CVD金剛石產(chǎn)量僅為34.52萬克拉，2019年達到了95.78萬克拉。

2014-2019年中國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CVD金剛石產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移機會與策略建議分析報告》指出：隨著行業(yè)的技術(shù)進步，需求的增長，行業(yè)的市場規(guī)模穩(wěn)步擴大。近幾年，我國CVD金剛石行業(yè)需求量快速在增長，從2014年的31.36萬克拉增長到了2019年的87.05萬克拉。近幾年我國CVD金剛石行業(yè)需求量情況如下圖所示：

2014-2019年中國CVD金剛石行業(yè)需求量情況

資料來源：智研咨詢整理

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

2014-2019年中國CVD金剛石行業(yè)市場規(guī)模及增速

資料來源：智研咨詢整理

    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，其他工藝的增長總體穩(wěn)定。

2015-2019年我國不同工藝CVD金剛石市場規(guī)模統(tǒng)計圖

資料來源：智研咨詢整理

    當(dāng)前美國和歐洲主要生產(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。同時也用微波等離子體CVD生產(chǎn)無色寶石級的大單晶人造鉆石。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)再上新臺階，其產(chǎn)品厚度達到1mm，比之前的0.7mm高出0.3mm。這標(biāo)志著我國915MHz、75KW的微波CVD金剛石設(shè)備基本成熟，實現(xiàn)了比肩國外先進水平的目標(biāo)。預(yù)計未來MPCVD工藝也將成為中國CVD金剛石行業(yè)的主流工藝，但需要長時間的發(fā)展。

    從國內(nèi)行業(yè)的競爭格局來看，目前，我國工業(yè)級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，能夠進行工業(yè)級CVD人造金剛石生產(chǎn)的企業(yè)有洛陽譽芯金剛石有限公司、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，洛陽譽芯金剛石有限公司、洛陽艾美爾金剛石有限公司、無錫遠穩(wěn)烯科技有限公司也可以進行小批量、定制化生產(chǎn)。
總體而言。近幾年來，隨著中國CVD金剛石行業(yè)技術(shù)的不斷成熟，市場規(guī)模的持續(xù)增長以及技術(shù)的擴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)品種類相對單一，產(chǎn)能規(guī)模相對較小，但數(shù)量眾多，在很大程度上推動了國內(nèi)CVD金剛石行業(yè)產(chǎn)能和產(chǎn)量的增長。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。總體而言，據(jù)不完全統(tǒng)計，目前我國的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，華北地區(qū)是我國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)增長相對緩慢。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ΑＮ覈鳦VD金剛石行業(yè)發(fā)展較晚，因此在全球市場競爭中不具備優(yōu)勢，但在國內(nèi)，經(jīng)過多年發(fā)展已生成部分優(yōu)秀企業(yè)，能夠滿足國內(nèi)市場需求。且在國內(nèi)市場中，CVD金剛石的優(yōu)點尚未被全面開發(fā)，因此產(chǎn)量相對較低，行業(yè)未來仍具備較大發(fā)展?jié)摿ΑｎA(yù)計未來仍將持續(xù)增長，行業(yè)的市場規(guī)模將會持續(xù)擴大。