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人造金剛石行業(yè)發(fā)展概況
思瀚產(chǎn)業(yè)研究院    2022-08-01

人造金剛石作為重要超硬材料之一，對其他高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展起到極大的支撐作用。人造金剛石及其制品的問世不僅破解了層出不窮的新材料無法用傳統(tǒng)工具加工的難題，還成百倍地提高了傳統(tǒng)加工的速度和精度，降低了消耗和廢物排放，在加工效率、加工精度、節(jié)能環(huán)保等方面起到重要作用。

中國人造金剛石行業(yè)經(jīng)過50多年的發(fā)展，已形成相對完整的產(chǎn)業(yè)體系，人造金剛石行業(yè)經(jīng)歷從無到有、由弱變強的過程，并且逐步發(fā)展成為引領(lǐng)全球的民族產(chǎn)業(yè)。從2000年開始，中國一直是全球金剛石單晶生產(chǎn)和消費大國，截至目前，我國金剛石單晶產(chǎn)量占世界總產(chǎn)量的90%以上；金剛石單晶的生產(chǎn)技術(shù)和產(chǎn)品品質(zhì)已達到世界先進水平，我國人造金剛石行業(yè)為國家乃至全球諸多高新技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展提供了強力支撐。

目前，我國人造金剛石行業(yè)發(fā)展概況如下：

（1）產(chǎn)量穩(wěn)居全球第一

隨著我國人造金剛石生產(chǎn)技術(shù)的不斷提高，人造金剛石行業(yè)進入快速發(fā)展周期，2001年至 2020年，我國金剛石單晶產(chǎn)量由 16億克拉增加至 145億克拉，增長了 8.1倍。自2000年開始，我國成為全球最大人造金剛石生產(chǎn)國，截至目前，我國金剛石單晶產(chǎn)量占全球總產(chǎn)量的90%以上。

2011-2020年我國金剛石單晶產(chǎn)量（億克拉）

資料來源：中國機床工業(yè)協(xié)會、中國磨料磨具工業(yè)年鑒

（2）生產(chǎn)技術(shù)不斷提升

我國人造金剛石產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展與合成壓機大型化、硬質(zhì)合金頂錘優(yōu)質(zhì)化、粉末觸媒和間接加熱工藝的工業(yè)化等關(guān)鍵技術(shù)進步密不可分。

合成壓機是生產(chǎn)金剛石單晶和培育鉆石的核心裝備，合成壓機的合成腔體可以為金剛石單晶合成創(chuàng)造一個超高溫、超高壓的生長環(huán)境，促使活性碳原子生長成穩(wěn)定的金剛石晶體。我國所采用自主研發(fā)的六面頂壓機經(jīng)過不斷的研發(fā)突破和技術(shù)改進，其在壓機噸位、油缸結(jié)構(gòu)、油缸直徑、整機精度、同步性和控制系統(tǒng)等方面不斷提升。

安裝在六面頂壓機活塞前端的硬質(zhì)合金頂錘由于受復(fù)雜的壓縮、剪切、拉伸應(yīng)力作用，服役條件十分苛刻，隨著硬質(zhì)合金技術(shù)進步以及壓機性能參數(shù)的改善，硬質(zhì)合金頂錘的質(zhì)量也得到不斷優(yōu)化，頂錘直徑不斷加大，錘耗大幅降低。

粉狀工藝替代片狀工藝也是我國人造金剛石生產(chǎn)的重大技術(shù)進步之一。片狀工藝是石墨片和觸媒片交替疊放在合成腔體中，利用兩端的導(dǎo)電帽將大電流引入石墨片和觸媒片，依靠自身的電阻加熱，即直接加熱工藝；粉狀工藝則是石墨粉和觸媒粉的混合粉冷壓成石墨芯柱，經(jīng)脫氧處理后裝入合成腔體中，利用兩端的導(dǎo)電帽將大電流引入纏繞在石墨芯柱周圍的碳質(zhì)薄件發(fā)熱體上，在石墨芯柱周圍形成一個加熱爐來加熱中間的石墨芯柱。粉狀工藝比片狀工藝形核幾率加大、成長速率加快，且碳源、溫度、壓力等合成環(huán)境等同可得到更多質(zhì)量均一的優(yōu)質(zhì)金剛石晶體。

隨著對人造金剛石合成設(shè)備、原輔材料、合成工藝等方面不斷優(yōu)化設(shè)計和有效控制，我國六面頂壓機合成人造金剛石技術(shù)不斷取得突破性進展，逐漸縮小與國際先進技術(shù)水平的差距，且生產(chǎn)成本明顯低于國際水平。我國人造金剛石整體質(zhì)量也得到了明顯提升，在工藝指標(biāo)和質(zhì)量指標(biāo)上均取得了較大進步。

（3）培育鉆石加速崛起

培育鉆石作為鉆石消費的新興選擇，在品質(zhì)、成本、環(huán)保和科技等方面優(yōu)勢明顯，市場前景廣闊，吸引了越來越多的國內(nèi)外鉆石生產(chǎn)商關(guān)注并進行生產(chǎn)布局。2018-2020年，全球培育鉆石產(chǎn)量由150萬克拉增長至700萬克拉。根據(jù)貝恩咨詢預(yù)測數(shù)據(jù)，2025年全球培育鉆石市場規(guī)模將從2020年的167億元增至368億元，其中我國培育鉆石市場規(guī)模將由83億元增至295億元。

作為鉆石消費的一種新興選擇，培育鉆石的市場拓展、成熟仍有賴于生產(chǎn)技術(shù)的不斷進步和消費文化的大力培養(yǎng)。近年來，毛坯天然鉆石產(chǎn)量呈現(xiàn)不斷下降趨勢，但全球鉆石消費需求卻不斷增加，供需失衡趨勢為培育鉆石發(fā)展帶來了機遇，培育鉆石合成技術(shù)提升以及消費者對培育鉆石認知程度的提升將進一步促進培育鉆石市場規(guī)模的擴大。