超硬材料行業發展規劃之（一）：“十二五”期間超硬材料行業取得的主要成就（點擊閱讀）
　　2 發展形勢與環境
　　在完全獨立自主基礎上發展起來的中國超硬材料行業，利用具有完全自主知識產權的技術與工藝生產的各種各類超硬材料產品，一路高歌猛進，在世界已形成無可撼動的大國地位，特別是在各類應用領域的粗加工及一般加工工具方面已形成強國地位，可以說中國超硬材料行業在世界上享有盛譽。
　　但由于應用超硬材料工具的高端工作母機多受制于發達國家，超硬材料制品所需原材料也受國內配套工業領域材料精細度不夠的制約，加之發達國家對我國的技術封鎖、貿易歧視與壁壘限制，在高端工作母機配套工具、精密精細材料及加工工具方面，我國處于相對被動地位，產品與隨工作母機帶進口的高端工具存在較大差距。我們只能跟蹤研發并不斷取而代之。

　　2.1 全球產品競爭格局
　　中國基本主導著全球超硬材料市場，享有較充分話語權。中國人造金剛石銷量“十二五”期間即占世界市場的90%以上，立方氮化硼占世界市場的70%。從單晶本身的質量指標上也與發達國家產品持平或更高，多年以來均是如此，可以說中國超硬材料為世界制造業的發展做出了突出貢獻，也可以說中國超硬材料在世界享有盛譽。已把發達國家的同類產品擠壓到特殊要求的小市場范疇，這是值得我們驕傲之處。但我們也清楚地看到小市場因要求特殊，產品單價往往很高，附加值很高，可謂高端市場，該市場依然被英國的元素六公司（Element Six）、山特維克設在美國的合銳公司（Hyperion）、韓國的日進公司（Iljin）所壟斷，甚至包括中國的高端市場也被這三家公司所壟斷，數量雖然不大，近年來進口量卻在持續緩慢增長，他們的單價往往是我們的3到5倍，強者形象業內盡知。總而言之，中國占據了量大面廣的大市場，但產品細分不夠，精尖專特、高附加值小市場被發達國家占據。
　　復合超硬材料除以上三公司外，還要加上美國合成公司（US Synthtic）、Mega、日本住友公司等。中國油氣鉆井用復合超硬材料PDC的品質同國外高端產品不相上下，在國際市場也已獲得認可，但在高端鉆頭應用上，比如4000米以上深層油氣定向井與水平井勘探用鉆頭，所占有的份額仍然較少。原因之一是，試用成本巨大，鉆頭制造商大多不愿主動采用替代品。說明對我國高端復合超硬材料品牌的信心仍然不足。精密金屬切削刀具用PCD、PCBN坯料，加之精細拉絲模用單晶及聚晶坯料，與發達國家產品差距更大，即使國內市場多數用的也是上述公司進口產品。
　　超硬材料制品因應用于國計民生的各個領域，其門類及規格品種繁多。按照其功能及消耗量多寡大致可劃分為：鋸切和鉆進類工具，磨削切割類工具，精密切削刀具，拉絲模具，聲光電熱等功能性零部件。
　　我國超硬材料制品中占首位的鋸切和鉆進類工具屬世界一流水平的產品，該類產品國際化經營邁開了實質性步伐，打破了僅發達國家在中國設廠辦公司的先例，我們也在發達國家建立了營銷網絡、辦公司設廠、甚至建立了研發中心，真正做到了你中有我我中有你的競爭格局并取得了前所未有的豐碩成果。該類產品均為金屬結合劑工具，約占超硬磨料制品總產值的60%～70%，“十二五”期間技術上進一步采用了預合金粉末、胎體中加入稀土金屬、單層釬焊、金剛石在胎體中有序甚至定向排列、基體結構創新等新技術，工藝上創新出節能降耗高效生產的升級新工藝，生產出諸多高附加值、高性能新產品，水平達到甚至超越了世界先進水平，大大改善了行業產品結構、提高了效益、拓展了國際市場。但產品細分不夠，諸如像搶險救災、高速高效破拆危橋、水底沉船切割打撈等專、特用工具方面與發達國家有較大差距。
　　我國超硬材料制品中占第二位的磨削切割類工具屬世界二流水平的產品，約占超硬磨料制品總產值的15%左右（增長趨勢明顯，未來占比會逐步擴大），以125 m/s及以上的高速、高精、高效陶瓷CBN砂輪，高精度端面磨盤，超精、超薄IC及IT業用微切割砂輪為代表的高新技術產品，質量水平及應用面得到了大幅拓展，水平達到或接近世界先進水平，不僅進入了高精加工領域的生產線，而且以更高的性能價格比越來越多、越來越快地替代著進口產品并開始銷往國際市場，有效推動了行業產品結構調整。
　　世界一流水平的高端磨削切割類工具制造技術仍被日本、德國、奧地利等少數工業發達國家所壟斷。國外超硬磨具已進入超高速化、高效化、精密化、綠色化的發展階段。高性能的磨切工具需要先進的制造、檢測裝備來保障其性能、質量穩定性。隨著高端、高性能磨切工具制品的發展，國外制造、檢測設備的發展趨勢為自動化、智能化、節能化。簡述如下：
　　（1）超高速化方面。國外已在基體輕量化、磨料排布、結合劑改性、安全性能檢測等方面開展了研究工作。例如，奧地利的泰利萊（TYROLIT）公司，以降低高速磨削時的離心力為目標，開發了砂輪輕量化制造技術，研制出了以碳纖維增強復合材料(CFRP)為基體的輕質、高強CBN磨具，并在磨削線速度200 m/s的生產條件下得到應用；德國的溫特（WINTER）公司采用磨料定向排布技術，提高了磨料參與磨削的數量，從而提高工作層的鋒利度；日本通過加入金屬氧化物對陶瓷結合劑進行改性，制備的高強度陶瓷結合劑已成功應用于速度300 m/s的CBN 砂輪中；歐盟、美國等發達國家非常重視超硬磨具安全性能檢測技術的研究，制訂了強制性的安全標準（EN 13236︰2010超硬材料砂輪安全性能要求）。
　　目前國內在超高速方面研究基礎還很差，基體輕量化是超高速的基本條件，該方面的研究國內剛起步，200 m/s的使用速度還停留在實驗室階段（國內還沒有該類高速磨床），未在生產中實際應用，僅有少數應用磨削速度達到160 m/s，大部分為100～125 m/s。
　　（2）高效化方面。國外一方面通過大幅度提高砂輪的磨削能力，滿足大余量或高進給速率的磨削加工，實現高效加工。如CNC工具開主槽砂輪采用樹脂/金屬復合結合劑，切深3～4 mm，進給速度可達100 mm/min。電子QFN封裝（Quad Flat 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。
　　另一方面，通過砂輪的自銳能力和壽命等性能的綜合平衡，實現生產過程的免修整加工，減少非生產加工時間，實現高效加工。如LED外延片背面減薄砂輪，通過采用高自銳性結合劑，實現了加工過程中免修整，節約了大量的非磨削加工時間，提高了效率（該類砂輪國內已開發成功并開始供應市場）；硬質合金無心磨砂輪，采用高自銳性配方設計，實現了除上機修整之外的全加工過程免修整，同樣節約了非加工時間；以及采用陶瓷CBN端面砂輪實現連桿雙端面磨削的免修整加工等。這些在國外均已是工業化技術。
　　國內一直在跟蹤國外發展，哪個領域的哪個品種被國內產品替代，國外即推出更高端的產品。高端應用以國外產品為主的局面沒有大的改觀。
　　（3）精密化方面。一是國內外砂輪本身的精度差距還較大，如國外1A1R基體型超薄切割砂輪對稱度達到0.01mm以內，可以滿足高精度成組切割要求，而國內尚無有效解決該問題的加工設備和加工技術，目前批量加工的產品對稱度為0.02 mm。厚度0.05 mm整體型超薄切割砂輪的批量加工，國內目前僅可小批量試制。
　　二是砂輪加工工件精度的精密化、超精密化差距更大，8000#～36000#的砂輪國內基本無產品供應市場，以進口為主。再如國外采用5000#及更細粒度的金剛石砂輪實現PCD、PCBN刀具刃口的無崩口精密磨削，目前市場上主要有日本Ashia和奧地利TYROLIT，國內僅能在低端領域應用，與進口砂輪在磨削能力和磨削刃口質量上還存在很大的差距；軸承溝道超精研所使用的5000#以細陶瓷CBN油石，國內市場主要是日本產品所占據，國內尚不具備微粒CBN超精油石的制備技術；亞微米甚至納米級磨粒粒度砂輪的超精密加工用平面磨削砂輪，國內目前僅處于技術探索預研階段。該類問題除了本行業自身制造技術不過關外，配套行業結合劑原料精細化不夠也是重要因素之一，市售結合劑原料粒度比磨料粒度還粗。
　　（4）綠色化方面。一些工業發達國家已開展了磨具制造和磨削應用綠色化研究工作。如在磨具應用綠色化方面，德國的萬特（WENDT）公司通過開發超精密固結磨具，替代傳統游離磨粒加工，實現了“以磨代拋”的高效、超精密、綠色化加工，大大提高了材料去除率，同時避免了由于加工廢液帶來的環境危害。
　　使用超硬磨具替代普通磨具，實現諸如干式磨削、消除加工粉塵、減少磨削殘渣等改善加工環境，目前國內也在大力推進。具有典型代表的有在發動機殼體去毛刺工序，通過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，同時由于電鍍超硬磨具無磨削殘渣粉塵，大大改善了加工環境。但這僅是少數應用的點，而不是形成一定規模應用的面，替代發展空間巨大。
　　（5）自動化與智能化方面。國外生產設備的自動化程度高，自動稱料、成型、裝卸模、轉運較多，在線檢測應用較多，也有生產過程數據采集系統，實現生產過程智能化相對容易很多。國內有金剛石鋸片生產商多年來引進國外的高自動化水平的冷壓、激光焊接等高端裝備（目前國內已開發出該類高端裝備，與國外同種裝備差別不大，已在部分企業開始應用并堵住了進口，但其長期使用的可靠性及穩定性尚需驗證），超硬刀具生產商引進國外高端磨床呈自動化，未來5年該兩類產品部分實現智能化生產的基礎較好；超硬磨具及其他產品制造基本處于半自動加手工生產狀態，自動化尚未完全實現，智能化基本沒有起步。少數企業已開始籌備超硬材料刀具、超硬材料工具用金屬粉末的3D打印車間。
　　其他類制品，如石油與天然氣鉆探工具，機械加工用精密PCD、PCBN原料及切削刀具，電線電纜和篩網行業用高耐磨高精金剛石拉絲模等，高端市場基本以發達國家產品為主，國內產品逐步替代。如高硬度復雜地層的勘探與鉆井、海上油氣田的鉆井正在逐步采用國產PDC復合片及鉆頭，高速高效高精轎車零部件車削大部分（約占85%）已采用國產PCD、PCBN切削刀具（但原料以進口為主），高溫高壓及CVD金剛石拉絲模芯已開始大面積推廣，等等。

　　2.2 行業產品發展的機遇與挑戰
　　美國工業再造、德國工業4.0、中國制造2025等全球實行的大戰略，倡導綠色環保、智能制造的全新環境，為超硬材料這種綠色環保型基礎材料與高精高效工具創造了新一輪的重要戰略機遇期。我們必須抓住機遇、迎接挑戰、贏得戰略主動，構筑及增強競爭優勢，實現未來發展，力爭在2020年原有優勢領域地位得到進一步加強，原二流水平產品基本達到世界先進水平。

　　2.2.1 機遇方面
　　（1）國家政策方面重點支持，《“十二五”國家戰略性新興產業發展規劃》在“重點發展方向和主要任務”中就已明確指出：“要大力發展新型功能材料，積極發展超硬材料及制品”。奠定了未來發展的良好政策基礎。國家“十三五”規劃建議中仍將新材料作為重點支持領域之一，超硬材料作為新材料的一部分當然也在重點支持之列，而且超硬材料行業服務的裝備制造業等領域也在重點支持之列。如該建議指出：加快建設制造強國，實施《中國制造二〇二五》，實施智能制造工程，構建新型制造體系，促進新一代信息通信技術、高檔數控機床和機器人、航空航天裝備、海洋工程裝備及高技術船舶、先進軌道交通裝備、節能與新能源汽車、電力裝備、農機裝備、新材料、生物醫藥及高性能醫療器械等產業發展壯大。本行業及其服務領域的未來發展均已提升到國家層面，不僅會受到政策的大力支持，而且會有廣闊的市場空間。
　　（2）“十三五”期間國家對內將拓展基礎設施建設空間，實施重大公共設施和基礎設施工程，加快完善水利、鐵路、公路、水運、民航、通用航空、管道、郵政等基礎設施網絡；對外推進“一帶一路”建設，推進基礎設施互聯互通和國際大通道建設。國內外的基礎設施建設將需求大量建材，從而帶動建材加工及基礎設施工程用金剛石工具的大發展。
　　（3）高端數控機床等裝備領域的發展，已充分認識到包括功能部件與工具在內的體系發展重要性。沒有高端工具的配套，高端機床就難以發揮效益。機床向高速高效高精密方向發展，勢必帶動磨具刀具同向發展。我們要鼓勵和引導企業自主創新，緊跟制造業發展步伐，抓住發展機遇；提升產品性能，突出差異化，加強細分專精尖特產品開發、提高產品附加值；以產品系列化、成套化、提供完整磨削解決方案的優勢增強行業產品的競爭力。
　　（4）黨的十八屆五中全會強調，實現“十三五”時期發展目標，破解發展難題，厚植發展優勢，必須牢固樹立并切實貫徹創新、協調、綠色、開放、共享的發展理念。創新是引領發展的第一動力；協調是持續健康發展要求；綠色是永續發展的必要條件和人民對美好生活追求的重要體現；開放是國家繁榮發展的必由之路；共享是中國特色社會主義的本質要求。堅持綠色發展，著力改善生態環境。支持綠色清潔生產，推進傳統制造業綠色改造，推動建立綠色低碳循環發展產業體系，鼓勵企業工藝技術裝備更新改造。
　　超硬材料及其各種各類制品是綠色環保、高速高效高精類產品，是替代高耗能、重污染、資源性的傳統切磨拋工具的絕佳選擇，也是無可替代的長壽命工具（亦稱半永久性工具），是各類制造業自動化智能化生產發展的必選工具與強力支撐，“十三五”期間及更長時期內必將得到迅猛發展。
　　（5）我國超硬材料類產品基本達到或接近世界先進水平，具有價格低、性價比高的突出特點，可用于絕大多數高要求加工場合。隨著加工業降本壓力增大、降本需求強烈的大環境出現，中高檔產品需求上升趨勢明顯，結構調整日益突出地成為企業發展的主題，大力發展中高端產品的機遇已經到來。

　　2.2.2 挑戰方面
　　總體來說，發達國家同行的優勢是：基礎研究扎實超前，高端制造裝備領先，制造工藝技術精細，社會配套材料及零部件水平高，易鼓動政府設置貿易壁壘（如建立市場準入標準、反傾銷等），國際營銷網絡完善，服務到位，等等。
　　我們自身的主要問題概述如下：
　　（1）中高檔產品競爭力薄弱。金剛石進口持續增長，各類制品進口居高不下。進出口產品單價比最小值為2，最大值高達20。精密磨具與刀具不僅國際高端市場難以切入，而且國內高端市場也以發達國家高檔產品為主。
　　（2）產品專用化程度和精細化程度不夠。超硬材料單晶按用途細分專用程度差別很大，多以材料本身性能分級，少有按精細專業用途分級；與國外高端產品比，除鋸切鉆進工具外，磨具與刀具類工具粗加工和半精加工水平尚可，精加工則差別較大。
　　（3）中低端產品產能過剩、同質化嚴重、競爭日趨激烈、價格不斷下降；國際營銷網絡不完善，拓展國際空間效率與利潤低下；而物價持續上漲，人工成本持續上升。企業盈利能力受到嚴重擠壓。
　　（4）產品應用實驗室欠缺或不夠完善，既影響新品開發周期，又難以掌握產品的性能參數，導致市場開發事倍功半。
　　（5）基礎共性技術研究落后，產品研究難有突破性進展；前沿技術研究不夠，創新及未來可持續發展動力不足。
　　（6）創新能力不足，高級人才匱乏。我國二流水平產品的創新基本是跟著國際高端產品跑，少有世界獨有的、真正意義上的創新；高端人才本就很少，但現有用人機制難以讓其全身心投入創新工作。當然我行業的創新能力也受到少有國產高端機床配套的制約和配套基礎材料不佳的制約。

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