1、超硬材料及制品基本知識一、超硬材料概念：對于超硬材料的含義至今沒有一個公認為滿意的解釋。1981年國際硬物質科學會議認為，硬度大于1000HV的物質均可稱為硬物質，這就自然包括了金剛石和立方碳化硼。后來對這個定義進行了補充，認為能加工諸如硬質合金（硬度16001800HV）、剛玉（2000HS、碳化硅（一2200HS等這一類物質的材料稱為超硬材料。目前由于金剛石和立方氮化硼等材料有其極高的硬度，所以統稱為超硬材，具有硬度高、耐磨和熱傳導性能好、熱膨脹系數低等優異性能。二、超硬材料的分類：分為單晶超硬材料和聚晶超硬材料（也稱為“復合超硬材料”）及3金剛石薄膜三類。單晶超硬材料和聚晶超硬材料的主要

2、區別為：單晶金剛石/立方氮化硼材料的特點為硬度更高、耐熱性更好，但尺寸較小，多用于制造鋸片等切割工具；聚晶金剛石/立方氮化硼是指以金剛石和立方氮化硼微粉等單晶超硬材料為主要原料，添加金屬或非金屬粘結劑通過超高壓高溫燒結工藝制成的聚晶復合材料。它的特點是硬度、耐熱性略遜于單晶材料，但是由于聚晶超硬材料是內部結構緊密的金剛石致密體，可以增加工具的切割面積，同時克服了單晶超硬材料由于粘結面積小造成的輕易從鋸片表面脫落的弊端，具有更高的耐磨性。金剛石薄膜是用化學氣相沉積（CVD）法或其它方法在非金剛石襯底上制備出的超硬薄膜。它不僅可用于制作各種金剛石刀具，還可作為功能材料用于制作聲傳感器、揚聲器振動膜

3、、紅外窗口、X光檢測窗口等，應用領域十分廣泛。國際上從七十年代初開始進行金剛石薄膜的試制并迅速掀起金剛石薄膜研究開發熱潮。我國從八十年代中期開始此項研究，并已列入國家“863計劃”，現已能制備出80mm、厚2mm的金剛石薄膜，并在應用研究方面取得了不少成果，但目前總體上仍處于研制階段，尚未達到工業化應用階段。有人預計，金剛石薄膜將是21世紀金剛石工業的主要材料，各國科學家都在為使金剛石薄膜產業化而不懈努力。三、金剛石按用途分為兩類：質優粒大可用作裝飾品的稱寶石級金剛石，質差粒細用于工業的稱工業用金剛石。寶石級金剛石，又稱鉆石，光澤燦爛，晶瑩剔透，被譽為“寶石之王”，價值昂貴，是世界公認的第一貨

4、品，其占有程度和消費水平往往被視為是衡量個人和國家經濟富裕程度的標志。達不到寶石級的金剛石（工業用金剛石），以其超硬性廣泛用于機電、光學、建筑、交通、冶金、地勘、國防等工業領域和現代高、新技術領域。總的來說，復合超硬材料相對于傳統合金材料具有強大的替代性，市場潛力更大，廣泛應用于機械、冶金、地質、石油、煤炭、石材、建筑等傳統領域，電子信息、航天航空、國防等高技術領域以及汽車、家電等新興產業。1.1復合超硬材料的主要產品用途當前，復合超硬材料的產品主要分為四類：石油天然氣鉆頭用聚晶金剛石復合片、煤田礦山用聚晶金剛石復合片、聚晶金剛石高品級拉絲模坯和刀具用聚晶金剛石/聚晶立方氮化硼復合片。（1）石

5、油天然氣鉆頭用聚晶金剛石復合片石油天然氣聚晶金剛石復合片是由無數微小金剛石顆粒和粘結劑混合組成的切削層和硬質合金襯底層在高溫高壓下燒結合成的，具有很高強度、硬度、耐磨性、抗沖擊性以及良好的自銳性，這些優良特性使其能夠應用在巖石的鉆探領域。該產品主要作為石油天然氣鉆頭的切削齒，是鉆頭上起到切削和掘進的核心部件。（ 2）煤田礦山鉆頭用聚晶金剛石復合片由于具有硬度高、耐磨性強、抗沖擊韌性良好等特點，復合超硬材料除了可用于制作石油天然氣用鉆頭外，還可用于制作煤田礦山鉆頭用PCD復合片，其用途并不局限制造于煤田和礦山作業用的鉆進和切割工具，還可廣泛應用于制造建筑建造、水電工程施工、鑿巖破碎、公路修補等眾

6、多領域的鉆進工具。（ 3）聚晶金剛石高品級拉絲模坯拉絲模是各種金屬線材生產廠家（如電線電纜廠、鋼絲廠、焊條焊絲廠等）拉制線材的一種非常重要的易消耗性模具。拉絲模的適用范圍十分廣泛，主要用于拉拔棒材、線材、絲材、管材等直線型難加工物體，適用于鋼鐵、銅、鎢、鉬等金屬和合金材料的拉拔加工。復合超硬材料是制造高品級拉絲模最為理想的材料。（ 4）刀具用復合片使用PCD/PCBN刀具復合片制造的刀具可以替代幾乎所有傳統硬質合金材質的刀具，用途十分廣泛，包括制造汽車零部件、加工木材、開采石材、數控機床刀頭等。基于其下游行業規模龐大，市場對于刀具用復合片的需求量也十分巨大。（ .3復合超硬材料行業技術現狀剖析

7、復合超硬材料生產的核心環節在于對單晶超硬材料和粘結劑的原材料配方處理；核心技術在于對單晶超硬材料和相應粘結劑通過高溫高壓進行燒結的工藝。市場上產品質量過硬，具有明顯競爭優勢的廠家無不具有獨特的配方和先進的生產工藝，上述兩點構成了復合超硬材料行業的核心競爭力。在我國行業發展初期，我國復合超硬材料產品與國際先進產品相比在耐磨度、硬度、復合片均勻度和復合片尺寸等技術指標方面均存在一定的差距。但隨著我國業內企業和科研人員不斷鉆研，充分發揮了六面頂壓機的性能優勢、克服了劣勢，我國復合超硬行業技術水平已經形成了自身特點，并且在總體技術指標上接近或達到了國際先進水平。外國生產廠商以二面頂壓機為主（如E6，D

8、I、住友、日進為兩面頂，USSynthetic，MegaDiamond、Novatek等為六面頂），我國生產復合超硬材料的壓機以六面頂壓機為主（如四方達、新亞、海明潤為六面頂、江鉆為兩面頂）。兩種設備各有特點，兩面頂壓機每組壓缸、頂錘的造價較高，高壓腔尺寸相對較大，適合生產尺寸較大的產品；六面頂壓機每組頂錘的造價較低，操作方便，高壓腔尺寸相對較小，適合生產尺寸較小的產品。但是隨著近年來六面頂壓機的大型化，其能生產的產品尺寸也越來越大，與兩面的的差異越來越小，我國四方達公司已經可以生產直徑46毫米的PCD復合片，預計在不遠的將來，直徑2英寸的復合片也可以在六面頂壓機上生產出來。2復合超硬材料的行

9、業市場分析2.1 復合超硬材料行業市場規模現狀根據市場調研和對下游市場需求、境外主流復合超硬材料制造商銷售數據的分析，按照主要產品分類估算2009年主要復合超硬材料的市場容量如下：石油用PDC全球市場容量約為97億元人民幣，其中國內市場容量約為6億元人民幣；煤田礦山用PDC復合片由于下游產業礦山工具市場極其廣闊，其全球市場容量超過200億元人民幣；PCD高品級拉絲模坯目前的全球市場容量約為5億元人民幣，但隨著其性價比優勢逐漸得到下游客戶的認可未來幾年內市場容量將增長至10億元人民幣以上；刀具用PCD復合片的市場容量也達到100億元人民幣以上。可見，復合超硬材料的市場容量巨大，且行業前景極其廣闊。2.2 復合超硬材料行業競爭格局分析總體而言，來自美國、日本、愛爾蘭等國的老牌復合超硬材料制造商在科研積累、行業經驗、技術工藝、產品質量上保有一定程度的領先優