培育钻石行业研究:生产端坚定看好高温高压法长期发展前景.docx
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1、培育钻石行业研究:生产端坚定看好高温高压法长期发展前景1.培育钻石概况1.1. 与天然钻石性质相同,肉眼无差,需专业检测仪器才能识别培育钻石是人造金刚石制造工艺进步的产物,我国为人造金刚石生产第一大国。 金刚石是一种由碳元素组成的矿物,是石墨的同素异形体。按照形成方式可以分 为为天然金刚石和人造金刚石。天然金刚石属于不可再生资源,仅分布在全球少 数区域,全球年产量约 1 亿克拉,但其中可以用作珠宝的天然金刚石大约仅占 20%。 由于矿藏储量不高,开采难度大,成本昂贵,开采过程对生态环境的破坏程度较 大,不能被大范围应用于工业领域。而人造金刚石是通过人工模拟天然金刚石生 长环境和结晶过程,通过科
2、学手段合成的金刚石晶体。相比于天然金刚石培育周 期更短,成本也相对较低。我国为人造金刚石第一大生产国,2020 年全球人造金 刚石年产量超过 200 亿克拉,我国占比 95%。工业用金刚石中颜色、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应用于消费领域。据贝恩统 计,2020 年全球培育钻石产量约 720 万克拉,培育钻石渗透率仅约 6%。随着合成 技术的不断突破和培育钻石市场的日趋成熟,培育钻石逐步渗透入消费市场。培育钻石与天然钻石均拥有相同的碳基化学成分,这与市面上常见的仿钻石如立 方氧化锆、莫桑石等不同。两者都是纯碳结晶体,表现为相同的立方晶体石形态, 不同之处在于形成
3、方式:培育钻石是在实验室中主要通过高温高压(HPHT)和化 学气相沉积法(CVD)等科学方法经历几个月甚至短至几周时间人工合成的,天 然钻石则是在地球深处高压高温环境下经历数十亿年自然形成的。培育钻石和天 然钻石化学成分、颜色、净度等物理性质和光学特性完全相同,且晶体结构完整 度、透明度、折射率、色散等方面也可和天然钻石相媲美,二者均被认定为真钻 石。立方氧化锆和莫桑石也是实验室制造的,但并非由碳原子构成,不能算真正的钻石。立方氧化锆的折射率低于钻石,没有真钻石那样璀璨的光彩,同时硬度 远低于钻石,仅为8分,钻石硬度为10分,因而随着佩戴和使用,常会出现划痕、 磨损。莫桑石的折射率更高,在 2
4、.65-2.69 之间,硬度在 9-9.5 之间,依旧低于钻石。1.2. 国内外权威鉴定机构均已认可培育钻石,且鉴定标准与天然钻石一 致国内外培育钻石认证体系日趋完善,引导行业规范发展与商品流通。对于品质接 近的钻石,消费者肉眼区分困难,因此消费者通常在购买过程中需要根据权威机 构出具的鉴定报告来确定钻石产品品质。目前国内外权威钻石鉴定机构均已提供 培育钻石鉴定服务。国外方面:2015 年国际标准化组织(ISO)在珠宝首饰-钻石业消费信心中明确合 成钻石(synthetic diamond)与实验室培育钻石(laboratory-grown diamond)为同 义名称;2018年,美国联邦贸
5、易委员会(FTC)调整了钻石的定义,将实验室培育 钻石归入钻石大类;2019 年 2 月欧亚经济联盟推出培育钻石 HS 编码;2019 年 3 月 GIA 更新实验室培育钻石证书的术语;目前,美国宝石学院(GIA)、国际宝石学院 (IGI)和比利时钻石高阶议会(HRD Antwerp) 这三大国际权威珠宝鉴定机构均提供培 育钻石鉴定服务,且均依照国际公认的与天然钻石相同的 4C 标准,即颜色(Color)、 净度(Clarity)、 切工(Cut)、克拉重量(Carat)鉴定。鉴定证书明确区分钻石形成方法,并标明改色与否。鉴定机构在鉴定报告上对天 然钻石、实验室培育钻石和莫桑石做出了明确的标注
6、,在莫桑石的报告中不会出 现“diamond”的描述。三家鉴定机构从鉴定报告的外观上对培育钻石和天然钻石 进行了区分,IGI 和 HRD Antwerp 的培育钻石鉴定证书是黄色,GIA 的为蓝色。此 外,IGI 和 GIA 还在报告中标注了培育钻石的制备过程以及是否存在后期的改色处 理。国内方面: 2019 年国家珠宝玉石质量监督检验中心(NGTC)发布了 Q/NGTC-JSZ-00012019 合成钻石鉴定与分级的企业标准,2020 年 12 月 30 日更新了企 业标准替代 2019 年版,并于 2021 年 2 月 1 日正式实施。最新标准指出合成钻石中 文名改为“合成钻石”或“实验室
7、培育钻石”,同时将分级改为品质评价。此举意 义在于从国家层面上认可了培育钻石在珠宝领域的特殊地位,给培育钻石一个合 理的市场身份,同时统一了国内培育钻石标准,为培育钻石后续的价值流通提供 了可靠的参考依据。1.3. 上游生产高温高压法和化学气相沉积法为主流,产品特征存在差异培育钻石的发展是由技术驱动逐渐转变为需求驱动,直到 1980 年左右,制造商才 开始商业化规模生产宝石级的实验室培育钻石。目前,实验室培育钻石制作方法 主要为高温高压法(HTHP)和化学气相沉积法(CVD)。高温高压法产品大多颜色等级较高,但由于制备流程添加触媒粉催化净度较 CVD 法稍低。高温高压法(HPHT,High p
8、ressure-High temperature)是用石墨粉作为主 要原料,通过液压装置,在金属触媒粉催化作用下,保持恒定的超高温、高压条 件(通常压力为 5.4GPa,温度为 1400)下,处于高温区的碳源经金属触媒向处 于低温区的晶种表面输送并不断沉积长大成为金刚石晶粒,模拟天然金刚石结晶 条件和生长环境来合成。化学气相沉积法为高温低压环境,产品净度更高,但颜色相对较差。 化学气相沉 积法(CVD, Chemical Vapor Deposition)是以一块天然钻裸石为母石,使高浓度甲烷 (CH4)在氢气、氮气等混合物辅助下,在超高温和低于标准大气压的压力下被激 发分解形成活性碳原子,并
9、通过控制沉积生长条件促使活性碳原子在钻石基体上 沉积交互生长成金刚石单晶,且主要为片装金刚石膜。CVD 法制作培育钻石净度 较高,但颜色相对较差。部分生产技术落后的厂商生产出的毛坯颜色较差,需要 后期改色处理。目前上游厂商生产毛坯培育钻石两种方法均有布局,预计未来高温高压法将成为 主流。化学气相沉积法合成培育钻石呈板状,颜色不易控制、培育周期数月较长、 成本较高,但纯净度高,较适宜 5ct 以上培育钻石合成。基于目前技术条件,高温 高压法合成培育钻石以塔状为主,其特征是生长速度仅需数天、成本低,但由于 制作过程需要金属触媒作为溶剂参与反应导致纯净度稍差,综合来看在 1-5ct 培育 钻石合成方
10、面具有优势。净度方面,成熟钻石镶嵌技术可将杂质部分隐藏在镶嵌 爪后,肉眼来看不明显。相较可隐藏净度,消费者对钻石颜色直观感受更明显, 且对经改色处理的 CVD培育钻石接受度相对较低。终端市场目前以 CVD 为主,基 于高温高压法生产周期短、且技术更新迭代迅速,业内龙头公司单台压机产量产 值不断提升,未来看好高温高压法制备培育钻石前景。2.产业链:上游技术进步迅速,下游零售商逐步参与培养消费者认知2.1. 产业链概述利润率方面培育钻石产业链呈现微笑曲线,下游国产品牌市场前景广阔。(1)上游:培育钻石产业链中,上游为生产钻石毛坯厂商。2020 年全球培育钻石毛坯产量约 720 万克拉,我国产量达
11、300 万克拉,占比 41.67%。上游生产环节存在资金、技术设备壁垒,因而议价能 力相应也高,享有较高水平利润率。(2)中游:中游为将毛坯钻切割、打磨、抛光成裸石的加工厂。中游钻石加工厂 商技术门槛低、同质化竞争严重,因此议价能力也较低。观研天下数据显示印度 占据全球约 95%的培育钻石毛坯切割打磨份额。(3)下游:下游终端零售商具有品牌优势,利润率也较高。根据力量钻石招股说 明书,2018-2020 年培育钻石业务毛利率分别为 48.49%、61.21%、66.88%,下游 的钻石零售终端 20182020 年平均毛利率分别为 49.94%、63.3%、67.05%,而中 游加工生产毛利率
12、约为 10%左右。目前,在产业链的下游暂无具有绝对优势的品 牌商,拥有培育钻石品牌线的国际品牌门店大概有 50 到 150 家。国产品牌有望通过把握产业链的优势,率先抢占市场份额。2.2. 上游:技术进步迅速生产效率高,长期看好高温高压发展前景2.2.1. 生产端:我国为培育钻石生产大国,集中全球高温高压 90%产能受限于地理条件和自然矿产因素,天然钻石上游矿山开采被国外长期垄断,国内 力量难以介入。埃罗莎财报显示,20182020 年全球前四大钻石开采商:埃罗莎 (ALROSA,俄罗斯)、戴比尔斯(De Beers,博茨瓦纳)、力拓(Rio Tinto,澳大 利亚)和佩特拉钻石(Petra
13、Diamond,南非)天然钻石毛坯产量分别占全球总量 64%、65%、67%。中国生产商占据培育钻石原石生产市场半壁江山,集中全球 HPHT 法培育钻石产 量 90%。与天然钻石情况不同,我国在培育钻石生产领域具有极高话语权。2020 年全球宝石级培育钻石原石总产量约 600-700 万克拉,其中中国产能远超其他国家, 约占 50%,以黄河旋风、中南钻石、郑州华晶和力量钻石等为代表的公司以 HTHP 为主,占据国内培育钻石产能的 80%-90%,上海征世、杭州超然和宁波晶钻等公 司则以 CVD 为主,产能占比相对较小。其次为印度和美国,占比分别约为 25% (主要 厂商包括 Diamond F
14、oundry、LightBox/Element Six 和 Washington Diamonds 等),和 17%(主要厂商包括 Creative Technologies、New Diamond Era 和 Diamond Elements 等)。按地域来看,中国和俄罗斯的生产技术主要采用 HPHT 法,且我国 集中全球 HOHT 发生产培育钻石产量 90%,其他国家主要采用 CVD 法生产。由于 中国厂商在使用 HPHT法生产合成金刚石领域积累深厚,用相同的设备切换技术后 即可生产培育钻石,中国厂商在使用 HPHT 法生产培育钻石时有巨大优势。近年我国人造金刚石企业制造工艺持续进步陆续取
15、得突破性进展,实现宝石级大 颗粒培育钻石量产。 HPHT 法生产方面:2018 年起,中南钻石、黄河旋风、力量钻石先后在大克拉培 育钻石生产方面取得突破,目前已能量产 36 克拉培育钻石毛坯,对应 12 克拉 的培育钻石裸钻,颜色可达 D 色、净度可达 VVS 级别。 CVD 法生产方面:我国 CVD 法生产起步较晚,目前上海征世、杭州超然已经可以 克服 CVD 培育钻石颜色的问题,生产出无需改色的培育钻石。生产设备方面,高温高压法主要采用国内自主研发生产的六面顶压机,CVD 法主要采用进口设备。2.2.2.1. 高温高压法生产设备中国自主研发制造,奠定我国上游生产端优势。我国之所以能够占据全
16、 球高温高压法生产培育钻石产量90%份额,与国内企业掌握核心设备生产技艺密切 相关。合成压机是生产金刚石单晶和培育钻石的核心装备,合成压机的合成腔体 可以为金刚石单晶合成创造一个超高温(1400)、超高压(5GPa)的生长环境, 促使活性碳原子生长成稳定的金刚石晶体。我国采用自主研发的六面顶压机经过 不断的研发突破和技术改进,其在压机吨位、油缸结构、油缸直径、整机精度、 同步性和控制系统等方面不断提升。伴随原辅材料、合成工艺的优化,单台机器 金刚石产量不断提高,有效降低生产成本,合成金刚石质量和品质不断向好。 1965 年郑州磨料磨具磨削研究所自主研发我国第一台人造金刚石合成设备六面顶 压机投
17、产使用,其生产效率较原来国外研发的两面顶压机提高近 20 倍。与此同时 中国六面顶压机的卓越表现得到了全球人造金刚石生产企业的青睐,元素六 (ElementSix)、日本住友电工、韩国 ILJIN 公司等国际知名人造金刚石生产企业均 陆续购买中国生产的大型六面顶压机替代原有的两面顶压机。设备数量看:培育钻石产能头部企业集中度高。根据中国机床工具工业协会超硬 材料分会统计,截至 2020 年 12 月 31 日,行业内用于生产金刚石单晶和培育钻石 的六面顶压机约有 8000 台。其中,据钻石观察数据统计,预计中南钻石六面顶压 机数量占行业一半左右,业内最多,其次是黄河旋风、郑州华晶,力量钻石 2
18、020年末六面顶压机装机量为 345 台。2018 年以来,各大厂商陆续布局培育钻石业务, 据钻石观察统计 2021 年全国用于生产培育钻石的六面顶压机约有 3000 台,其中中 南钻石约 1000 台、黄河旋风约 500-800 台、郑州华晶约 300 台、力量钻石约 200 台。设备端数据显示培育钻石设备产能集中在头部企业,设备数量 CR4 约 66.7%76.7%。压机型号看:(1)先进型号压机产能提升翻倍。根据中国机床工具工业协会超硬材料分会数据 显示,650 型号压机合成高品级金刚石单晶单次产量平均为 200ct 左右,同等条 件下,700 型号压机合成高品级金刚石单晶单次产量平均为
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