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培育钻石行业分析：风起于青萍之末1. 风起于青萍之末培育钻行业快速爆发1.1.培育钻石和天然钻石：冰箱里面和大自然的冰都是冰天然钻在超高温高压环境中形成，并且随着地壳运动过程到地表。天然钻石形成于 地底下 100 多公里深处的碳元素层，其超高温高压的环境可以将石墨形态的碳元素挤压 成金刚石结构。天然钻石整个形成过程只要数天时间，但是需要经过数百万年的地壳运动后跟随火山喷发到地球表面成为可以开采到的钻石，而通过模拟培育钻石的生长机理 可以人工合成培育钻石大大增加了钻石的产出效率。培育钻石理论历史悠久，目前进入快速发展阶段。培育钻石的理论基础最早可追溯 至 18 世纪末法国化学家拉瓦锡的发现。1952年，美国联邦碳化硅公司的科学家威廉·艾弗索运用化学气相沉积法（简称 CVD）让含碳的气体不断沉积在钻石籽晶上，逐渐积 聚和硬化形成钻石。1954 年，通用电气的“超级压力项目”负责人霍尔博士带领团队，在 培育钻石技术领域取得突破，诞生了业内所称的“高温高压法合成钻石”（简称 HPHT）。 1963 年，由中科院地球化学研究所、中科院物理研究所、郑州三磨研究所和地质科学 院等单位率先研制出中国第一颗人造钻石。1990 年代，第三种合成技术“爆压法”、第四种合成技术“高能超声波处理”也陆续面世。2005 年，中国吉林大学超硬材料国家重点实 验室运用 HPHT 技术合成出 4 毫米 IIa 型钻石。2019年，中南钻石公司取得重大技术 突破，宣布合成大颗粒“首饰用钻石”（又称“宝石级钻石”）。相比天然钻石的悠久历史， 诞生于上世纪中期的培育钻石虽然发展历史较短，但得益于合成技术的迅猛发展，其行业进入快速崛起的发展阶段。培育钻和天然钻之间的关系可以简单以冰箱做的冰和自然形成的冰来理解。培育钻 石即合成钻石，是人工模拟天然金刚石结晶条件和生长环境采用科学方法合成出来的金 刚石晶体。从产品属性看，培育钻石和天然钻石均是纯碳的结晶体，拥有完全一样的物 理、化学以及光学性质，透明度、折射率、色散等方面媲美天然钻石，在亮度、光泽、 火彩、闪烁等饰品特性方面完全与天然钻石相同。另外，培育钻石从本质上不同于仿钻 类的莫桑石（碳化硅）和水钻，和天然钻石一样都是属于纯碳构成的晶体。2018 年 7 月，美国联邦贸易委员会(FTC)修正钻石的定义，删掉“天然”一词，将天然钻石和实验室 钻石都统一归类为钻石。由于形成条件不同，天然钻石和培育钻石的性质有所差异。天然钻石晶体和实验室 培育钻石的形成温度所差无几，但天然钻石大多为八面体(八个等边三角形晶面)晶体， 而培育钻石晶体包含八面体和立方体(六个正方形晶面)的晶体。1.2. 供给端技术进步和官方背书共同推动行业需求爆发1.2.1.行业爆发的驱动因素 1：技术进步带来供给端的突破高温高压法和气相沉积法是培育钻石合成的两种主要方法： 1）高温高压法（HPHT），作为第一代的钻石生长技术,高温高压技术完全模拟 天然钻石的生长过程，在地上重现碳元素层的反应并将石墨转换成钻石即石墨粉在 超高温、高压条件及金属触媒粉催化作用下发生相变生长出金刚石晶体；2）化学气相沉积法（CVD），即含碳气体和氧气混合物在高温、低压条件下被 激发分解出活性碳原子，通过控制沉积生长条件促使活性碳原子在基体上沉积交互 生长成金刚石晶体，采用沉积设备合成。 由于与天然钻石生长方式不同，HPHT 培育钻石存在金属杂质，CVD 钻石存在生长纹，因此可通过光谱仪区分。并且培育 钻石内部结构过于完美，人工修改会有一定的痕迹，也可以作为判别方法，但是鉴定难度依然较大。目前来看两种路线互有优劣，未来可能在中长期内呈现共存格局。HPHT 生产周期短，小颗粒成本优势明显；CVD 纯净度高，聚焦高品级产品。高温高压（HPHT）合成 培育钻石以塔状为主，生长速度快、成本低，综合效益优势明显，特别在 1-5ct 培育钻 石合成方面具有明显优势，但因为金属触媒的存在不可避免的含有杂质，净度稍差。CVD 合成培育钻石呈板状，颜色不易控制、培育周期长、成本较高，纯净度高，但由于生长 纹等存在，其亮度稍差，较适宜 5ct 以上培育钻石合成。目前，两个技术路线仍在不断 进步，HPHT 主要在产品大小、良率、生长效率等指标有提升空间，CVD 在设备降本、 产品产出和生长效率等方面有优化空间。无论是 HPHT 还是 CVD 培育钻石的质量都在不断进步。根据 GIA 对数以千计的 HPHT（收集于 2007-2016 年）和 CVD 培育钻石裸钻（收集于 2003-2016 年）的分析， 两种工艺制备的培育钻展现出如下趋势：1）培育钻石颜色接近无色的比例逐渐提升：早期 HPHT法合成的多为黄色/黄-橙 色彩钻，后来 D-J 级无色和接近无色钻石的占比显著提高，其中 72%呈 D-F 色，科学 家认为大多数 HPHT 钻石的颜色都是生长结果，没有经过后处理。CVD 钻石颜色分布 则没有明显变化，大多数为 D-N 级，其中 67%为 G-J，21%为 D-F 级，目前大多数无 色和接近无色的 CVD 钻石都经过了合成后的改色处理。2）钻石克拉数上限也不断取得突破：HPHT 钻石的克拉数范围在过去这些年的变 化不大，裸钻 1-1.5 克拉占比最高，约 34%，大颗粒钻石占比非常小。2015 年起，俄 罗斯 New Diamond Technology 向 GIA 提供了多颗大于 5 克拉的无色和接近无色的裸 钻，代表 HPHT 在克拉数上的进步。CVD 钻石的大小呈现持续提升的趋势，2009-2013 年，大多数钻石落在 0.25-0.5 克拉区间，2014 年以后，大多数钻石大于 0.5 克拉。2003 年，GIA 收到第一颗 1 克拉以上 CVD 裸钻，此后 CVD 钻石克拉数上限也不断取得突破。供给端逐步突破，克拉钻的诞生给宝石级金刚石应用创造条件。工业用人造金 刚石中颜色、重量和纯净度达到一定标准的宝石级金刚石大单晶可作为培育钻石镶 嵌饰品应用于消费领域。2012 年至 2015 年，培育钻石已在部分国家时尚消费市场 零星出现；2016 年前后，我国采用温差晶种法生产的无色小颗粒培育钻石开始尝 试小批量生产和销售；2018 年之后，国内 HPHT 厂商逐步突破大克拉培育钻技术， 目前前几大厂商能批量稳定生产 2-10 克拉钻石毛坯，颜色可达最高可达 D 色，净 度最高可达 VVS，在 4C 标准上已达到较好水平。另外，CVD 技术也在持续进步， 过去常用的技术是燃烧火焰、热丝和直流等离子（电弧喷射）。2018 年后 MPCVD （微波等离子）技术开始产业化应用，目前市场上的主流公司 Element 6，IIa Technologies、Diamond Foundry 等都使用 MPCVD 做工业化生产，供给端技术的 不断成熟给宝石级金刚石的应用创造了良好的条件。1.2.2.行业爆发的驱动因素 2：鉴定机构官方背书，认可度快速提升钻石的价值依赖于其在 4C 标准下的评价，因此鉴定结果对钻石价值量影响较 大。目前主流钻石鉴定机构在欧美为主，包括美国宝石学院、国际宝石学院、比利 时钻石高层议会在内的国际鉴定机构为主流的国际三大鉴定机构，目前主流的 4C 标准便是由其中的 GIA 提出。官方机构背书，下游接受度快速提升。2018 年 7 月，美国联邦贸易委员会（FTC） 为培育钻石“正名”，对钻石的定义进行了调整，删去了“天然”的定义，将实验室培育 钻石纳入钻石类。钻石业界主流的三大评级机构 GIA(美国宝石研究院)、IGI(国际宝 石学院)和 HRD Antwerp 也陆续推出了与天然钻石相似的培育钻石分级体系，为培 育钻石的价值提供权威认证。 2005 年, IGI 为培育钻石出具分级证书，并采用天然 钻石的 4C 分级标准。2019 年, GIA 开始为培育钻石提供 4C 标准的分级报告。2020 年, GSI 发布了培育钻石的全方位等级报告 LGX。2021 年 3 月，国内检测机构 NGTC 出具培育钻石的分级证书，详细分级与天然钻石一致。2. 培育钻石：替代需求叠加新增需求，毛坯端市场空间广阔2.1.培育钻石需求来源 1：对天然钻石进行替代随着培育钻石合成技术不断提高、市场消费理念和消费习惯改变，行业关注度和市 场需求显著提升，我们认为培育钻石已成为人造金刚石行业最重要的发展方向之一。相 对于天然钻石，培育钻石在品质、价格、环保和科技等方面具有明显竞争优势，我们认 为未来有望替代天然钻石部分需求，其替代原因主要有以下几点：1）天然钻储量有限，培育钻对其缺口进行补充是必然趋势。根据前瞻经济学人网 援引全球钻石行业报告，2015-2020 年全球钻石毛坯产量先上升后下降，近年来产量 呈下降趋势且降幅加速，期间钻石毛坯产量最高在 2017 年时达到了 152 百万克拉，到 2020 年仅有 111 百万克拉。贝恩保守预测 2023-2030 年全球天然钻石原石供应每年将 减少 1%-2%，需求增长为每年 1%-2%，供需缺口将持续扩大。我们认为，往更长远看， 随着已有矿源寿命陆续到期，天然钻石供不应求是不可避免的趋势，培育钻性质和天然 钻相同替代天然钻石是大势所趋。2）天然钻的生产过程存在道德问题，“血钻”导致金伯利进程诞生。金伯利进程国 际证书制度（Kimberley Process），是指对毛坯钻石进出口贸易所实施的一项监管制度， 其目的是为了根除非洲血钻石的非法贸易，维护非洲地区的和平与稳定。2002 年 11 月， 联合国大会第 55/56 号决议通过了金伯利进程国际证书制度，2003 年 1 月 1 日起正 式实施。这项制度规定，出口国必须为每一批出口的毛坯和半成品钻石封装并由出口国 政府主管机构签发的金伯利进程证书，进口国政府在验明出口国官方证书无误后，方可 准予进口。对未附有金伯利进程成员签发的证明书的毛坯钻石进口以及面向非金伯利进 程成员的毛坯钻石的出口都是禁止的。除此之外，天然钻石的开采过程中还存在童工等 道德问题，其开采活动可能会受到一定限制。3）根据中国超硬材料网，天然钻石存在环境问题，培育钻石更加低碳。培育钻石 对环境的影响仅为开采钻石的 1/7。在地表环境方面，培育钻石对地表环境的影响仅为 开采钻石的 1/1281。在碳排放量方面，培育钻石的碳排放量仅为天然钻石的十五亿分之 一。在水资源方面，培育钻石的耗水量仅为天然钻石的 69 亿分之一。在能源方面，培 育钻石对能源的耗费仅为天然钻石的 1/2.1。综合来看，培育钻石符合当前社会对可持 续发展理念的推进，更符合年轻一代消费者对低碳环保生活方式的追求。4）培育钻石性价比突出，仅为天然钻石终端售价的 35%左右。天然钻石上游钻石 开采商通过垄断矿产资源控制供给。天然钻石终端价格体系基本稳定。而培育钻石在颜 色、粒度、净度等方面与天然钻石别无二致，但同等粒度和品级培育钻石的市场价格仅 为天然钻石的一半甚至更低。2016 年培育钻石零售价格约为天然钻石的 80%，2017 年 至 2020 年这一比例分别降低至 65%、50%、50%、35%，大幅降低消费者购买力门槛， 普及度有较大提升空间。目前天然钻石占据宝石级钻石供给份额的 90%左右，我们认为 未来培育钻石供给有望成为主要的供给来源。2.2.培育钻石需求来源 2：需求下沉，高端时尚饰品空间广阔相对于天然钻石，培育钻石的消费场景更加丰富多样。在技术进步、产能提升和终 端消费品牌定价权影响之下，过去几年培育钻石成品零售价呈下降趋势，和天然钻石的 价差持续拉大，培育钻石的市场快速下沉，出现在各大时尚品牌的高端项链、耳饰、手 链系列产品中。悦己动机有望成为培育钻石需求场景增加的最大内生动因。2020 年全球 640 亿美元钻石首饰市场中，约 37%用于婚嫁场景，63%用于非婚 嫁场景，其中 48%用于高端非婚嫁首饰市场。高端非婚嫁场景也为培育钻提供了一个很 大的潜在市场。根据贝恩咨询 2020 年 11 月做的网上消费者调研，中国和美国消费者 自购或者收到天然钻石制品作为礼物的前三大场景为 1）自购、满足自己的需求，2） 作为礼物送给别人，3）婚嫁场景。中国消费者中，第一种原因占比接近一半，体现出 强大的（多数为女性）悦己需求。且培育钻颜色款式多样，设计感更强，需求满足度更 高。培育钻生产厂商、天然钻生产厂商、珠宝奢侈品厂商纷纷入场，需求快速增长趋势 不可阻挡。包括天然钻石巨头 De Beers，美国最大珠宝零售商 Signet Jewelers，知名 时尚饰品品牌施华洛世奇和潘多拉在内的下游行业参与者近几年来陆续接纳、推出培育 钻石品牌/产品系列。我们认为通过大品牌的消费者教育，未来培育钻石的渗透率有望 加速提升。固有观点改变需要时间，培育钻石在美国的接受度快速提升。以美国为例，几年前消费者对培育钻石的印象主要是“假”、“便宜”，到 2020 年， 人们对培育钻的认知变得更为全面，“人工”、“可负担”、“有吸引力的”、“美丽”、“可持续” 等印象也成为主流。我们认为虽然目前国内消费者对于培育钻石的接受度相对较低，但 是随着认知度的不断提升，有望复制美国消费者认知变化，未来国内培育钻石行业渗透 率有较大的提升空间。3.供求剪刀差不断拉大，量价齐升成为中短期主旋律3.1.培育钻石产业链：上游毛坯端有望成为最具爆发力的环节上游毛坯端目前拥有最高的利润率。短期内，从培育钻石产业链看，主要由上游毛 坯钻石生产商、中游切割加工商、下游品牌商及鉴定机构四部分构成，其中上、下游为 核心环节，利润率形成微笑曲线。上游毛坯生产商利润率为 19%-21%，而中游钻石加 工利润率仅-3%-2%，下游大型品牌商利润率约为 8%-10%。上游行业集中度高，国内 高温高压（HPHT）厂商遥遥领先，化学气相沉积（CVD）技术也在加速追赶，上游毛 坯段成为目前最具爆发力的环节。中国占据全球培育钻行业一半产能，印度、新加坡、美国基本贡献了剩余产能。根 据贝恩咨询统计，2020 年全球宝石级培育钻石产量为 6-7 百万克拉，分布在中国、美 国、印度、新加坡、欧洲和俄罗斯。其中中国是主要的供应地年产量在 300 万克拉左右， 占据全球接近一半的产能，另外印度、美国、新加坡产能分别在 150、100、100 万克 拉左右，基本贡献了全球剩余产能。中国企业以 HPHT 路线为主，海外企业以 CVD 路线为主。中国培育钻石生产企业 主要有黄河旋风、中南钻石（中兵红箭子公司）、宁波超然、上海征世等，其中黄河旋 风和中兵红箭为上市公司，主要采用 HPHT 法生产培育钻石，占据国内主要份额，宁波 超然和上海征世采用 CVD 发生产培育钻石，也处于快速发展期，另外豫金刚石、力量 钻石、国机精工等亦有部分产能；印度培育钻石生产企业主要有 Creative Technoogies、 New Diamond Era、Diamond Eleents 和 ALTR，美国培育钻石企业主要有 Diamond Foundry、Lightbox/Element Six（Lightbox 为戴比尔斯培育钻石品牌，Element Six 为 戴比尔斯的培育钻石生产子公司）以及 Washington Diamonds。3.2.需求增速远快于供给增速，供求剪刀差不断拉大培育钻石行业需求快速爆发，对天然钻石的渗透率不断提升。印度作为全球培育钻 石加工中心，能够一定程度上反映全球培育钻石当前渗透率情况。据印度珠宝和金饰出 口促进委员会（GJEPC）统计数据，过去几年培育钻石渗透率持续提升，按印度进出口 数据看，自 2020 年 Q3 起印度培育钻石进出口数据迎来爆发。以供给端产能增速来 看，需求增速远快于供给端增速。我们认为由于产能和人才资源稀缺，培育钻石短期产能扩充有限。我国培育钻石处 于供不应求状态且还在稳定提高。目前，全国大型压机过万台，其中 3000 台左右用于 生产培育钻石， 2021 年新增压机约 800-1000 台，受制于新装机量和装机速度，培育 钻石产能难以短时间大规模扩充。并且，我国培育钻石行业面临人才培养严重不足的局 面，培育钻石技术严重不平衡，多数单位新技术的储备平时不够，处于临时抱佛脚的状 态。4.重点公司分析4.1.四方达：油气片行业业绩稳定增长，顺利切入培育钻石行业公司收入长期以来维持稳定增长，传统油气片业务快速复苏。尽管 2020 年由于疫 情影响，收入和净利润出现一定下滑，2021 年随着行业的逐步恢复，传统业务业绩快 速回升。公司业绩长期维持稳定，2021 年行业需求快速增长之后四方达业绩快速增长。 2021 年 Q1-3 营业收入为 3.11 亿元，同比增长 29.48%；2021Q1-3 归母净利润为 0.71 亿元，同比增长 52.99%。毛利率和净利率也得到快速提升，分别为 54%、23%。CVD 路线设备和技术已有储备。目前，公司参股子公司天璇半导体自主研发的 MPCVD 设备已顺利通过企业自主验收，标志着公司向批量化生产 CVD 培育钻石的规 划迈进了一大步。后续公司也将不断对设备进行优化升级，争取打造最具竞争力的 CVD 金刚石生产设备，实现 MPCVD 设备研制的国产化。为公司实现高质量 CVD 金刚石批 量生产提供有力的设备保障，以满足培育钻石及金刚石其他应用领域的市场需求。4.2.力量钻石：培育钻行业新锐，业绩快速增长公司业绩长期维持稳定，2021 年行业需求爆发之后力量钻石业绩快速增长。2021 年 Q1-3 营业收入为 3.44 亿元，同比增长 106.89%；2021Q1-3 归母净利润为 1.61 亿 元，同比增长 271.21%。毛利率和净利率也快速提升，同比增速分别为 63%、47%。从无到有，公司培育钻石技术快速进步。在钻石消费市场需求增加、天然钻石供给 不断下降、全球钻石消费市场变革的背景下，公司为把握市场机遇，持续投入研发资源 对培育钻石合成关键技术进行不断研究和攻关，在培育钻石生长层制备、高效除氮技术、 合成腔体优化技术、晶型控制技术、晶体改色技术、晶体表面处理技术等方面不断取得 技术突破，公司培育钻石产品实现从无到有、从低品级小碎钻的零星生产到大颗粒高品 级培育钻石批量供应，目前公司已经批量化生产 2-10 克拉大颗粒高品级培育钻石，处 于实验室技术研究阶段的大颗粒培育钻石可达到 25 克拉。公司大颗粒高品级培育钻石 合成技术已取得授权发明专利，由公司主持完成的“宝石级无色钻石合成结构”研发项目 被河南省科学技术厅确认为科学技术成果。4.3.中兵红箭：超硬材料全球龙头，有望乘行业东风而起业绩表现优秀，公司自身现金流充足。2021 年 Q1-3 营业收入为 48.5 亿元，同比 增长 24.3%；2021Q1-3 归母净利润为 6.1 亿元，同比增长 84.2%。毛利率和净利率也 快速提升，分别为 24.8%、12.5%。并且根据公司 2021 年中报，公司货币资金为 47 亿元，公司自身现金流充足，有做较大资本开支的潜力。公司子公司中南钻石技术力量雄厚，处于世界领先地位。中南钻石拥有大颗粒钻石 单晶科研、生产的技术优势，在 HTHP 技术生产培育金刚石产品方面具有技术领先优势， 目前以 2-10 克拉产品为主。特种装备业务国内领先，竞争力突出。公司具有多种产品科研试验设计条件，拥有 多种生产方式的技术和装备能力，具备国家多个重点型号产品的研发和批量生产能力， 能够满足不同产品的生产要求，处于国内先进水平，并拥有专业化试验场和部分产品危 险性评估试验场。