前言
　　1 “十二五”期間超硬材料行業取得的主要成就
　　1.1 創新開發出一批填補國內空白、世界先進水平的新型超硬材料，合成鉆石已進入首飾裝飾領域
　　1.2 突破諸多關鍵技術，推動部分企業鋸切鉆進工具技術達到世界領先水平
　　1.2.1 金剛石鋸片及薄壁鉆生產工藝技術及裝備取得重大突破
　　1.2.2 金剛石繩鋸技術迅猛發展，使石材礦山開采進入了節能節材、綠色環保發展的新時代
　　1.2.3 金剛石線鋸開發成功并投入規模化生產，有力地支撐和推動了我國光伏、電子信息及LED等新興高科技產業的發展
　　1.2.4 地質鉆探與石油天然氣采掘用金剛石鉆頭技術取得新突破
　　1.3 磨削類制品技術取得長足進步，開發出一批具有國際先進水平的產品，在諸多應用領域實現了進口高端產品的替代
　　1.4 刀具類制品開發出世界領先水平的產品
　　2 發展形勢與環境
　　2.1 全球產品競爭格局
　　2.2 行業產品發展的機遇與挑戰
　　2.2.1 機遇方面
　　2.2.2 挑戰方面
　　3 指導思想與目標
　　3.1 發展思路
　　3.2 原則
　　3.3 目標
　　4 主要任務
　　4.1 加強市場細分工作
　　4.2 推進智能制造
　　4.3 加快推進“互聯網+”的應用
　　4.4 加強行業基礎與應用科研平臺建設
　　4.5 開發研究方向
　　5 重點發展的應用領域
　　5.1 航空航天領域
　　5.2 國防軍工領域
　　5.3 電子信息領域
　　5.4 清潔能源領域
　　5.5 汽車制造領域
　　5.6 家用電器制造領域
　　5.7 生物工程等功能性應用領域
　　5.8 先進工具制造領域
　　5.9 油氣田及礦物勘探采掘領域
　　5.10 建筑建材領域
　　6 產業政策建議
　　6.1 建議國家將超硬材料及制品明確列入國家“十三五”規劃
　　6.2 對國產創新應用及替代進口高檔超硬材料制品實施稅收優惠政策
　　6.3 鼓勵采用國產高端超硬材料產品
　　6.3 提高超硬材料產品的出口退稅水平
　　6.4 加大對超硬材料行業創新體系建設的支持超硬材料行業發展規劃（完稿）
　　前言
　　人造金剛石和立方氮化硼及以這兩種材料為主要成分制成的復合材料統稱為超硬材料，由它們制成的各種各類工具與功能部件統稱為超硬材料制品。超硬材料及制品屬于高效、高精、節能、綠色環保型產品，不僅是目前人類所發現的最硬物質，而且具有優異的力學、熱學、光學、聲學、電學和化學性能，享有“材料之王”贊譽，是用途廣泛的極端材料。利用其無與倫比的力學性能，可加工世界上所有的已知材料；利用其同樣無與倫比的熱光聲電性能，可用于航天員防宇宙射線、尖端武器裝備隱身防腐及提高導彈打擊精度、大功率激光探測、大規模集成電路及LED新光源熱沉等尖端領域且具有不可替代性。
　　在國家各級領導的關心和支持下，我國五十多年來一直堅持發展擁有自主知識產權的合成超硬材料的獨特“六面頂”設備及工藝，與發達國家的技術方法根本不同。目前我國獨特的設備和工藝已達到國際先進水平。發達國家的最強大、最先進的幾家公司，全都不約而同地選購中國設備，并借鑒中國的獨特方法生產超硬材料產品，這在我國整個制造業甚至所有行業中都是極其罕見的。
　　經過幾代科學家和廣大工程技術人員的不懈努力與五十多年的發展，我國早已形成相對完整而龐大的超硬材料及制品工業體系，早已在世界上享有盛譽。2000年，我國人造金剛石產量突破10億克拉（折合200噸，金剛石的計量單位為克拉，1克拉＝0.2克），一舉成為全球超硬材料大國，2015年我國人造金剛石總產量151億克拉（折合三千多噸），占全球總產量的90%以上，立方氮化硼產量達到5.4億克拉（折合108噸），占全球總產量的70%，已成為世界上最大的超硬材料生產、消費和出口國。量大面廣的超硬材料單晶質量也達到世界先進水平，在國際市場享有話語權。市場規模最大的超硬材料制品也已達到世界先進水平，市場占有率最高，正在與個別發達國家爭奪話語權。
　　超硬材料及制品已廣泛應用于國防軍工、航空航天、機械、電子、汽車、機床工具、精密制造、醫療、清潔能源、高速鐵路、公路、石材、建材、機場、石油與天然氣鉆井、地質勘探、煤炭及礦物采掘、救災搶險、家庭裝修等國計民生的各個領域。可以說上到尖端技術和國防領域，下到加工制造業和人們的日常生活均離不開超硬材料及制品。離開它們，諸多高新技術領域就難以開發與發展！它們對整個國民經濟已經并將繼續起到“四兩撥千斤”般的杠桿撬動作用，已經并將繼續取得巨大的社會和經濟效益，贏得并將繼續贏得“小行業里的大行業”的贊譽。
　　“十二五”期間，在國家產業政策支持下，超硬材料行業得到了迅速發展，原有優勢得到了更充分地發揚光大，國際市場占有率更高；創新能力得到了有效提高，研究開發了一大批高新技術產品；大部分科研成果實現或進入了工業化生產，填補了部分國內空白，有力地支撐了國防軍工、航空航天、電子信息、高端裝備制造、清潔能源等高技術領域的發展，解決了這些領域的難題，本行業的產業結構和產品結構得到了初步改善，縮短了超硬材料尖端應用方面與發達國家的水平差距。實現了“十二五”規劃目標，2015年“十二五”規劃實現了完美收官。
　　隨著科學技術的不斷進步，超硬材料獨特的性能得到不斷的開發應用，超硬材料產品不斷豐富和升級，用超硬材料制作的新型工具和功能元器件層出不窮，應用領域不斷擴張和延伸，一次次推動了相關應用領域的革命性變革，促進了相關應用領域的發展。從衛星、導彈、火箭、飛機、大型軍艦及民用船舶，到大規模集成電路、核電站原子能反應堆、汽車、日用建筑材料，超硬工具可加工的對象囊括了世界上所有的已知材料，大大提高了各種新型難加工材料的加工效率和加工質量，尤其是作為高速超高速、精密超精密、數控、微細加工等先進制造技術的重要組成部分，高效精密超硬材料工具已成為現代工業綠色發展不可替代的高檔工具之一，對國民經濟的發展有百倍以上的杠桿撬動作用。正因如此，西方發達國家甚至將超硬材料及制品作為一種戰略性儲備物資，其生產技術長期對其他國家實施“禁運”，試圖達到壟斷的目的。
　　“十二五”期間，我國超硬材料行業雖然取得了令人矚目的成就，某些領域達到了世界先進水平，但也存在著共性基礎及前沿技術研究不夠，創新能力不強；產品細分程度不夠，專用性不強；某些產品仍以進口發達國家產品為主，某些高精尖產品難以滿足日益提高的國防軍工及諸多高技術產業需求。為了爭取國家繼續“十二五”期間乃至加大對本行業的政策支持，繼續保持乃至加強行業的原有優勢，補齊行業發展的短板，全方位趕上世界先進水平，從而盡快實現超硬材料強國的偉大目標。因此，必須認真做好行業“十三五”期間的發展規劃，指導行業未來發展。

　　1 “十二五”期間超硬材料行業取得的主要成就
　　“十二五”期間軟實力建設取得的主要成就有：在國家及各地政府的支持下，建成了一批國家級、省部級的超硬材料類公共服務平臺和重點實驗室，組建了高效精密磨具產業技術創新等國家及地方戰略聯盟，提高了技術開發、工程化試驗、協同創新能力；制修訂并頒布了31項超硬材料領域的國家及行業技術標準，比“十一五”增長了121%，對促進技術進步、改進產品質量、提高社會經濟效益、發展對外關系方面起到了舉足輕重的作用；超硬材料行業獲得中國、美國、歐盟諸國、日本授權的發明專利1398項，比“十一五”增長了218%，大大提高了行業的知名度和在國際上的競爭力。行業企業的國際化經營邁開了實質性步伐，建立國際營銷網絡、走出去辦公司設廠、在發達國家建立研發中心、聘請發達國家同行高智人士做開發顧問等多種形式的國際合作取得了前所未有的豐碩成果。
　　“十二五”期間取得了一大批具有國際前沿技術的科研開發及產業化重大成果，代表性的有大塊體納米聚晶金剛石研發成功、寶石級金剛石研發成功并投入產業化生產等。超硬材料行業各個子領域所取得的主要成就概括如下。

　　1.1 創新開發出一批填補國內空白、世界先進水平的新型超硬材料，合成鉆石已進入首飾裝飾領域
　　工程化大塊體（Ф6×6 mm）金剛石納米聚晶（NPD）研發成功，其硬度比單晶金剛石高30%，并且各向同性，現已投入應用試驗，初試表明，它的大面積應用將引起金剛石工具領域的革命性進步，大幅提高金剛石工具的加工精度、效率及使用壽命，解決航空航天、國防軍工等領域層出不窮的高難材料的加工難題。該種填補國內空白的產品僅見日本有工程化的大塊體報道，其他發達國家均是1～2 mm的實驗室成果，未達到工程應用量級；5毫米粒徑的寶石級金剛石大單晶已實現了產業化，而且完成了黃色及無色透明寶石級金剛石單晶的產業化并成功進入了首飾用鉆石領域，使中國一舉成為世界最大的合成鉆石生產銷售國，打破了個別發達國家對該技術的壟斷，打開了國際市場，大量出口國外。該種填補國內空白的技術可合成與天然鉆石化學成分、顏色、凈度均相同的鉆石，催生了專業生產銷售合成鉆石戒指、項鏈墜等首飾產品的領域，其首飾成品的終端銷售價格約為同等級別天然鉆石的50%～70%。目前的合成無色鉆石成品多為20分（0.2克拉/顆）以下的小鉆，黃色鉆石重量多在50分（0.5克拉/顆）以下。更大顆粒的鉆石正在實驗室研發中，實驗室已能合成出克拉級甚至更大鉆石的樣品。正朝著更大飾品鉆石、國防等尖端工業需求大顆粒鉆石領域前進。
　　現代通訊等戰略性新興產業用片狀金剛石單晶刀具材料突破了關鍵技術并實現了產業化，市場產品規格為3×3×1mm～8×8×（1～2）mm，打破了發達國家對包括中國在內的世界市場二十多年的壟斷，大量銷往國內外市場，不僅有力支撐了國防軍工、電子信息等高新技術領域的應用，打破了發達國家技術壟斷和產品對我國高端應用的制約，而且大幅度降低了其他高新技術領域的應用成本；以上創新成果是在具有完全自主知識產權的國產六面頂壓機上完成的，采用自主研發的獨特工藝技術，成本低、效率高、質量上乘，填補了國內空白，達到了國際先進水平，改善了行業產品結構，為金剛石開拓出了無限光明的新應用前景。
　　微米級金剛石聚晶類產品以量大面廣的石油天然氣鉆探用及刀具用PDC為典型代表，鉆探用PDC已開發出4000米及以上深井及海上難鉆地層鉆探用產品，得到了國內外客戶的認可，其質量已達世界先進水平。目前及“十三五”期間的主要任務是品牌宣傳、市場開拓、產業化生產、推廣應用、深度開發更高端的產品。刀具用PCD、PCBN在粗加工方面已經得到了國內市場的認可，精加工用PCD、PCBN已經實現了零的突破，即在個別材料精加工方面取得了成功。目前及“十三五”期間的主要任務是加強研發，逐個解決不同材料精加工難題；另一方面要加強品牌宣傳、市場開拓、產業化生產、推廣應用。
　　“十二五”期間，CVD金剛石取得了較大較快的發展，基礎研究和科技成果轉化都有了長足的進步。CVD金剛石單晶實現了小尺寸的一定規模化制備，近厘米級的大尺寸CVD金剛石單晶已取得了技術成果。CVD金剛石多晶膜的質量及產量也有了很大提高，成本優勢明顯，在精密切削工具、修整工具、拉絲模、熱沉等應用領域已取代部分進口產品且已打入國際市場，保持著良好的可持續發展勢頭。大功率微波等離子體CVD設備國產化研制水平有了很大的提高，已有幾家公司開始為國內用戶提供設備。可以說，中國CVD金剛石制品和產業化真正開啟快速發展的進程始于“十二五”。盡管在各方面都已有了突飛猛進發展，已經形成工業化規模，但在CVD金剛石制品的種類和高端產品方面落后于國際發達水平，需要在“十三五”期間繼續努力，提升我國在CVD金剛石材料與制品領域的國際地位。
　　六面頂壓機生產金剛石單晶實現了網絡化智能群控，一個工人操控壓機從“十一五”末的6臺壓機上升到“十二五”末的20臺以上，特別是寶石級單晶生產的40臺乃至更多，幾乎達到僅需巡視與上下合成塊的程度。自動化生產水平大大提高。

　　1.2 突破諸多關鍵技術，推動部分企業鋸切鉆進工具技術達到世界領先水平
　　1.2.1 金剛石鋸片及薄壁鉆生產工藝技術及裝備取得重大突破
　　“十二五”期間，我國金剛石鋸片及薄壁鉆工藝技術取得重大突破，研發生產及市場開拓均取得了非凡成就，成型、燒結、釬焊、激光焊技術全方位突破，特別是具有自主知識產權、高技術含量的金剛石有序排列鋸片及薄壁鉆投入了批量生產，鋸片及薄壁鉆刀頭生產工藝實現了革命性提高，通過一系列技術創新將大部分產品的間斷式熱壓燒結改造成隧道窯無壓連續燒結，不僅擯棄了污染重耗能大的石墨模具，實現了車間清潔無污染生產，而且生產效率提高75%～80%，能耗降低80%～86%，為未來實現從粉料到成品刀頭的自動化、智能化生產、滿足個性化定制產品需求打下了堅實基礎。鋸片及薄壁鉆的國產新型激光焊接機研發成功并投入使用，其功率從50 kW降低到15 kW，能耗降低70%，焊接速度也有明顯提高。可以說我國與主要競爭國的技術與產品方面已無原則差別，已經達到世界先進水平，部分企業技術與產品已達世界領先水平。在歐美高端工程專業領域得到了穩步推進，不僅可與世界頂級產品同臺競技，而且正在蠶食著發達國家產品市場。逼著發達國家不得不逐步放棄該類市場，開辟新的市場。在世界中低端鋸片市場上，我國企業通過技術進步而進一步降低了成本，進一步鞏固了我國產品的不可替代的優勢地位。

　　1.2.2 金剛石繩鋸技術迅猛發展，使石材礦山開采進入了節能節材、綠色環保發展的新時代
　　近年來國產繩鋸技術獲得了迅猛發展，國產石材礦山開采及工廠石材切割用繩鋸性能接近世界先進水平，性價比遠超世界先進水平，推動國內礦山開采進入了節能節材、綠色環保發展的新時代，同時開拓出了國際市場強力競爭的新局面，在全球己造成有中國工廠銷售石材切割繩鋸的地方，其它國家的石材切割繩鋸將逐步退出該地的良好局面；國產鋼筯混凝土繩鋸己達到全球大部地區要求的門檻值，性價比己被接受。已形成中國繩鋸產品與世界知名繩鋸產品同臺競技的格局，中國繩鋸產品的市場份額正在逐漸擴大。在繩鋸組鋸領域，中國產品已處于試用階段，性價比與國外產品相近，絕對性能與國外產品相比還有較大差距。對于沉船打撈等特殊產品，中國繩鋸產品基本上還是一片空白。
　　為了解決金剛石繩鋸鋸切板材時切縫大，石材成材率低，資源浪費嚴重，而且鋸切加工耗能大，噪音大，廢渣排放量大，環境污染嚴重等問題，人們一直在致力于減小繩鋸直徑。“十二五”期間繩鋸直徑從Ф11.5 mm、Ф11 mm、……降到了Ф6 mm，甚至創新出具有完全自有知識產權的全新結構的直徑只有3 mm及2.0 mm金剛石繩鋸，用于異型石材與硅錠的切割。直徑2.0 mm的超細金剛石繩鋸鋸切大理石試驗的結果表明：鋸切速度比直徑8.8 mm的金剛石繩鋸更快，而且切割功耗小，廢渣排放少，石材切割成材率提高40%。該項技術應為國際首創，未見到過國外有此產品。

　　1.2.3 金剛石線鋸開發成功并投入規模化生產，打破了國外壟斷，有力地支撐和推動了我國戰略性新興產業的發展
　　“十二五”期間，我國金剛石線鋸開發成功并投入規模化生產，大大提高了硅片及藍寶石片等生產的效率、提高了其質量、節約了貴重材料、降低了污染，打破了發達國家對該技術的壟斷與封鎖，有力地支撐和推動了我國光伏、電子信息及LED等新興高科技產業的發展。
　　金剛石線鋸是近年來國際上開發的最新產品，是在高碳鋼絲上通過鎳-金剛石的復合電鍍或樹脂-金剛石固化制成的復合材料工具，主要用于硅材料、藍寶石、精密陶瓷、玻璃、磁性材料等硬脆材料的高效、節材、環保切割生產。用它切割硅片時，硅耗比用傳統的鋼絲加碳化硅砂漿切割降低10%～15%，出片率提高5%～7%；切割速度從傳統時的500~700 m/min 提高到900~1200 m/min，甚至在專用高速切割機上可以達到1800 m/min，切割速度越高，硅片表面質量越好；傳統砂漿切割產生的廢液中化學需氧量（COD）高達幾十萬，而金剛石線鋸切割廢液的COD只有幾千，污染程度降低99%，極大減輕了硅片后續清洗工作量。
　　“十二五”期間國內開發成功并投入生產的主要線鋸規格及用途如下表所示。 　　0.21 mm以上規格產品生產技術日趨成熟，用于硅開方、硅截斷的金剛石線鋸完全替代了進口產品而占據了全部國內市場，用于藍寶石切片的線鋸國內線鋸占90%的國內市場。在硅切片領域，國內已研發并批量生產0.10 mm（母線0.08）線鋸，0.09 mm（母線0.07）產品也開發成功，正在逐步取代日本線鋸所占領的國內市場。未來0.12 mm(母線0.10)、0.11mm(母線0.09)線鋸將逐步退出硅切片市場，研發重點將向母線0.06 mm及更細方向發展，質量水平將不斷提高，硅單晶片的線鋸消耗量將由目前的1.5米/片向1.0米/片方向發展。

　　1.2.4 地質鉆探與石油天然氣采掘用金剛石鉆頭技術取得新突破
　　地質鉆探與石油天然氣采掘用金剛石鉆頭，隨著鉆探工程向深部、硬巖、復雜地層發展,鉆孔質量與鉆進效率的要求更高,對各種高性能鉆頭的需求量也大幅上升。“十二五”期間，我國在鉆頭切削齒、冠部形狀布齒以及鉆頭工作層水路等結構設計上均有了新的突破,鉆頭的使用性價比已達國際先進水平,完全滿足國內地質鉆探的要求，但4000米深井及定向井水平井、海上難鉆地層油氣田采掘用鉆頭仍需用進口產品。國內還開發了釬焊有序排列金剛石地質鉆頭，經鉆進花崗巖試驗，該鉆頭的時效比普通熱壓鉆頭提高85.7%，壽命提高11.1%。但在材料及其工藝設計以及計算機模擬領域與發達國家存在著很大差距, 胎體材料的設計改進與鉆井數據庫的建立, 是今后地質勘探與石油天然氣采掘用金剛石鉆頭設計制造的重要發展路線。

　　1.3 磨削類制品技術取得長足進步，開發出一批具有國際先進水平的產品，在諸多應用領域實現了進口高端產品的替代
　　超硬材料磨具作為機械精密加工領域無可替代的工具，應用領域已覆蓋航空航天、國防軍工等高技術領域和汽車、電子信息、家用電器等國民經濟的重要產業，以及船舶、能源裝備、軌道交通、機械、機床、工具、建筑建材、醫療器械等重要領域，國內產品基本滿足國民經濟和國防建設需求并發揮著越來越重要的作用。國內磨具在高速超高速、高效、精密超精密、綠色加工等方面取得了長足進步，如磨削速度達到160 m/s的砂輪已進入實際應用，200 m/s的砂輪也在開發之中；用于藍寶石襯底LED外延片背減薄免修整金屬陶瓷復合結合劑金剛石砂輪研制成功并投入市場，使用壽命和加工效率等指標達到或超過了國外同類產品水平，填補了國內空白，打破了國外產品技術封鎖，替代了進口。CNC工具開主槽砂輪采用樹脂/金屬復合結合劑，切削深度3～4 mm，進給速度可達100 mm/min；CBN各種砂輪、磨盤等工具得到了大面積推廣應用，不僅提高了加工效率和使用壽命，而且使車間加工粉塵污染降低了幾十倍，大大改善了加工環境；水晶及鋯石磨削金剛石磨盤研制成功，不僅大大減輕了原氧化鈰樹脂磨盤帶來的重金屬污染，而且使用壽命從原來的幾天延長至幾個月；電子QFN封裝（QuadFlat No-lead Package，方形扁平無引腳封裝）的高效切割，采用直徑為58 mm的整體型樹脂超薄切割砂輪，切割進給速度可達60～80 mm/min；1A1R基體型超薄切割砂輪對稱度達到0.02 mm，厚度0.05 mm整體型超薄切割砂輪亦可批量生產；發動機殼體去毛刺使用電鍍超硬砂輪替代普通樹脂砂輪，不僅實現了高效加工，而且無磨削殘渣粉塵，大大改善了加工環境，等等。在國內市場的諸多領域已經實現了進口國外高端產品的替代，國內產品與世界先進水平的差距在逐步在縮小。

　　1.4 刀具類制品開發出世界領先水平的產品
　　“十二五”期間國內PCD、PCBN刀具突破了微細精密加工、焊接等技術瓶頸，不僅降低了刀具成本，提高了刀具的耐磨性、抗沖擊性和熱穩定性，并且極大豐富了產品種類。已廣泛地應用于航空航天、汽車、電子信息、冶金、礦山、工程機械等行業，部分產品達到甚至超越了世界先進水平，實現了較大批量出口。液晶玻璃基板／面板切割鉆石刀輪外徑2.0～4.0 mm，內徑0.8 mm，厚度0.65 mm，角度105°～145°，齒數110～280個，齒深7.0～15 μm，該產品是世界最高水平，已經產業化生產，不僅填補了國內空白，替代了進口，占據了國內市場，而且打開了國際市場，批量出口到了發達國家；鋁合金高速、高光、高穩定性加工專用PCD螺旋立銑刀研發成功，該刀采用螺旋后角切削刃，切削平穩，不容易產生振紋，工件表面粗糙度好，在富士康公司應用證明其切削速度提高5倍，刀具壽命提高10倍，加工表面質量明顯改善。

　　超硬材料行業發展規劃之（二）：發展形勢與環境（點擊閱讀）