化妆品医美：方兴未艾，培育钻石六问六答

培育钻缘何存在？天然金刚石的稀缺性、垄断性催发人工合成技术的诞生，海外率先开展CVD法研究并广泛应用于工业级与宝石级金刚石生产，我国以自研HPHT法与六面顶压机设备突破技术封锁。当前技术壁垒下，全球生产格局高度集中，2020年我国培育钻石产量约300万克拉，HPHT法占比90%，国内占比全球份额41.67%，其中国内CR4厂商至少占据75%的产能。 HPHT与CVD技术拆解：我国HPHT法已占据明显的技术与成本优势，可在短周期内以低成本批量稳定生产高品级大克拉毛坯，在设备、技术与人才等高壁垒保护下，头部厂商有望持续受益寡占竞争格局。我们积极看好HPHT法在培育钻石领域的生产优势，以及CVD技术长期内降本增效的可行性与半导体应用的延展性。 当前产能是否过剩？当前技术阶段下扩产质量与产量不可兼得，行业大克拉高品级优质产能依旧紧缺：1）HPHT法扩产受限设备供给与技术壁垒，现阶段合成钻石产量与质量难以兼得；2）CVD法技术尚未成熟，综合生产效益与成本竞争力弱，高品级大克拉毛坯供给依然紧缺。悦己与婚恋场景驱动下，培育钻石终端市场空间广阔，中性假设测算2030年全球将面临1.59亿克拉的钻石供给缺口，当前扩产速度仍不及需求增量。 未来需求能否持续？消费市场有望由婚恋走向多元，新兴走向成熟，美国走向世界。复盘美国培育钻演变史，商业化进程与珠宝情感认同构建为兴起原因，未来市场需求增长动力将源于：1）消费场景拓宽，由婚恋走向悦己、轻奢、时尚等多元需求；2）渗透率持续提升：上游供给放量与零售品牌布局有望加速培育钻终端认知度提升；3）区域潜能挖掘：中、印、日、欧洲等地区已具备培育钻消费发展的经济与文化土壤，我们测算至2021-2026年，全球培育钻珠宝市场规模将从43亿增至196亿美元，培育钻渗透率从5.39%提升至16.40%，未来5年CAGR35.54%，其中美/中/印三国分别占据139/25/8亿美元。 价格终局如何变化？供给放量与技术迭代推动毛坯与成品钻价格持续下降，其中 1）毛坯价格：短期制造费用稳定，大克拉毛坯价格受量产冲击有限，迅速突破产能瓶颈与合成品质改进为未来制造商破局之路。2）裸钻价格：零售视角下营销与渠道投入仍为短期价格下滑的压力支撑点，长期价格跟随裸钻成本优化与行业竞争加剧持续走低，品牌价值体系构建将为珠宝商终端价格赋能。 投资建议：培育钻石行业前景明亮，终端消费市场未来5年超3倍增长，制造环节投资机遇以量价两条主线演绎，我们积极看好当前产能规划清晰，技术与地位稳固的龙头制造商，未来有望在寡头垄断的竞争格局中持续演进，核心推荐【中兵红箭】【力量钻石】，当前股价对应22年38/35倍PE，建议关注边际改善显著的优质制造商【黄河旋风】。零售环节品牌效应明显，渠道建设成熟的珠宝商有望率先构建培育钻价值体系，建议关注【豫园股份】【曼卡龙】。 风险提示：行业竞争加剧，终端需求不及预期，产能扩张受限。 重点标的 股票代码 引言 2021年培育钻石行业的爆发为沉寂已久的珠宝板块再添热度，市场对于培育钻石的探讨与观点碰撞持续交汇下，本篇报告即围绕当前热议话题展开，由技术起源与演进出发，深度分析HPHT与CVD等主流钻石合成技术的壁垒与竞争格局，在供需角度下分别探讨培育毛坯与裸钻在未来的量价变化。 1.起源演进：培育钻缘何存在？ 金刚石为自然界中已知最坚硬的材料，凭借独特的物理及化学属性可被广泛应用于工业领域，其中晶体纯净、美观优质的金刚石可打磨为钻石用于珠宝消费领域。但天然金刚石作为高度稀缺的不可再生资源，全球储备量高度有限，且开采难度较高，周期较长，资金投入量大，因此人造金刚石技术应运而生。当前三大主流人造金刚石产品为：金刚石单晶、金刚石微粉、与培育钻石。 金刚石单晶：由高温高压法或化学气相沉积法形成的人造金刚石晶体，根据产品形态与粒度范围可划分为磨削级（35/40-325/400）、锯切级（16/18-70/80）、修整级（30/35及以粗）三类，分别用于磨削工具、锯切、钻探工具、单粒或多粒修整工具等超硬材料制作，可应用于建筑建材、勘探采掘、机械加工等工业制造行业。 金刚石微粉：由金刚石单晶经过粉碎或动压等物理作用形成粒度较小的超细磨料，并根据粗端粒径大小划分为研磨用微粉（7μm以下）、线锯用微粉（7-14μm）、和金刚石微粉（大于14μm）三类，分别用于超精密光整加工、金刚石线锯等超硬材料切割、石材玻璃等磨削切割工具。 培育钻石：为净度、颜色等级优异的宝石级金刚石单晶，其制造工艺与程序与金刚石单晶合成过程相同，核心差异在于石墨芯柱与金属触媒的配方决定最终产品形态与品质。培育钻石参照天然钻石4C标准，以重量、颜色、净度、切工四大参数划分品级。 图表1：金刚石纯度分类标准 金刚石合成技术起源于海外，兴盛于中国。海外工业革命迸发金刚石需求，1797年英国化学家SmithsonTennant率先确定金刚石为碳元素组成的化学物质，金刚石合成理论历经各国科学家不断补充丰富后最终由美国通用电器公司于1954年采取高温高压法合成首颗金刚石。1980年日本科学家者Setaka、Matsumoto等人首次在低压条件下采用化学气相沉积法（CVD）合成金刚石膜开启海外CVD研究热潮，2011年美国Apollo Diamond公司利用微波等离子体CVD法进行同质外延，生长出能与天然钻石媲美的人工钻石，此后CVD作为主流合成技术在海外广泛应用于大颗粒高品级的宝石级金刚石合成。 而20世纪中叶由于经济、文化、政治环境等特殊性以及CVD技术的专利保护，我国人造金刚石技术长期受海外封锁严重，技术成长路径以自研的高温高压法为主，1965年郑州磨料磨具磨削研究所联合济南铸造锻压机械研究所共同研发出第一台6×6MNDS-023A型铰链式六面顶压机，合成我国历史上第一颗人造金刚石。21世纪以来粉末触媒技术突破与碳化钨顶锤质量提高加速我国磨料级金刚石单晶合成技术发展，至2005年时我国已稳居世界第一大人造金刚石生产国，金刚石产量达35亿克拉，占全球产量70%以上，年出口量5亿克拉，至2015年时我国金刚石产量已达151亿克拉，占全球总产量的90%以上，年出口量达23亿克拉，HPHT高温高压法大颗粒金刚石单晶技术已处于世界前列。 图表2：海内外早期人造金刚石技术迭代事件表 图表3：2011-2018年中国人造金刚石行业供需平衡情况（亿克拉） 图表4：2015-2019年我国金刚石产出结构（亿元） 二分天下：培育钻技术之格局。历史与科技等多重因素决定海外金刚石合成技术以CVD为主，我国合成技术以HPHT为主。据贝恩咨询《2020全球钻石报告》，2020年全球培育钻产量约700万克拉，分技术看，全球CVD与HPHT产能结构相对均衡，美国、印度、新加坡、西欧及中东等地区以CVD技术为主，合计产量约400万克拉，其中CVD产能占据90%以上。中国与俄罗斯为HPHT技术生产大国，90%以上的产能为HPHT法合成，其中我国为第一大培育钻石生产国，年产钻石约300万克拉，占全球总产量的41.67%。分地区看，行业市场格局高度集中中国、印度、美国、新加坡等CR4合计占据全球93%以上的份额，对应产量分别达300/150/100/100万克拉。 HPHT产能高度集中，CR4至少占据75%以上产能。河南省为我国第一大超硬材料产业基地，以成熟的HPHT法贡献了全国75%的金刚石产能。成熟的产业集群具备完整的产业链与优质的配套设施，丰沃的产业环境下诞生了中南钻石、黄河旋风、力量钻石、豫金刚石等领先企业。据超硬材料上市公司黄河旋风央视财经访谈披露，2020年公司培育钻产量占据我国总量的1/3，根据贝恩咨询报告数据，2020年中国培育钻产量达300万克拉，黄河旋风对应产量约为100克拉。中兵红箭旗下子公司中南钻石公告自身人造金刚石产销量位居世界第一，由此推测中南钻石产量至少和黄河旋风相当。力量钻石招股书披露，2020年公司培育钻产量达13.64万克拉，对应占比达4.55%。2020年豫金刚石超硬材料收入达4.25亿元，假设培育钻业务占比20%，相关收入规模可达0.85亿元，中南钻石，黄河旋风，力量钻石，豫金刚石等行业CR4合计至少占据我国75%以上的培育钻石产能。 图表5：2020年全球培育钻生产与技术格局 2.合成技术：点石成金，原理剖析 由技术原理出发，当前全球培育钻石合成技术可分为高温高压法(HPHT)和化学气相沉积法(CVD)两大类： 2.1合成理论：HPHT与CVD各有千秋 化学气相沉积法(CVD)原理：在高温低压环境下从含碳气体中分离出活性碳原子后在沉积环境下交互生长形成金刚石晶体。当前技术根据沉积设备差别可分为热丝法CVD（Hot filament CVD）、直流电弧等离子体喷射CVD（Directcurrent arc plasma jet CVD）、微波等离子体CVD（Microwaveplasma CVD）、火焰燃烧CVD法等四大细分技术，以主流MPCVD法为例，合成环节可分为三大阶段：1）碳原子分解：高温低压条件下通过微波产生交变电磁场激发氢气与甲烷混合气体形成碳基等离子体活性基团；2）活性碳运输：在温度与浓度梯度的诱导下，等离子体中活性碳基团输运到衬底表面并逐步聚集在成核能较低的位置；3）晶体生长：当碳团簇尺寸大于成核临界尺寸时便形成稳定的金刚石晶核，晶核吸附碳原子和基团逐渐生长。CVD技术下金刚石晶体生长速率缓慢，合成周期较长，MPCVD设备中1克拉金刚石平均生长周期可达1个月。 图表6：化学气相沉积法合成原理 CVD法产品特点：大克拉、高净度、低色级。CVD技术原理决定产品品质：1）沉积设备决定大颗粒：CVD法无需高压条件，反应腔室较大，更适用于培育大颗粒金刚石。2）气体反应决定高净度与低颜色：CVD技术的气体反应过程中固体颗粒杂质含量低，易生成高净度产品，但由于金刚石纯度控制条件苛刻，生长速度缓慢，需要通入氮气、氧气等辅助气体提高生长速度至50-150μm/h。反应过程中易出现氮-空位缺陷导致成品呈黄褐色，并需要热处理再次改色。3）沉积原理导致双折射现象：CVD法下金刚石逐层生长，层间晶格不匹配产生双折射现象并导致成品表现模糊。 高温高压法(HPHT)原理：模拟天然钻石生长的高温高压环境，使石墨中的碳元素发生相变生长为金刚石晶体。HPHT法可细分为静压触媒法、静压直接转变法与晶种触媒法，分别用于磨料级金刚石、金刚石微粉和宝石级金刚石的生产。生产流程可分为五大环节： 1）制备石墨芯柱：将石墨粉、触媒粉、母粉（包含碳化物、Co、稀土元素的组合添加剂）、催化剂以一定比例混合压制。2）组装合成块：石墨芯柱与复合块、辅件等密封传压介质组装形成合成块。3）合成棒料：高温高压环境下活性碳原子在晶种上析出生长为金刚石棒料，期间生长速度可高达1000μm/h，合成时间仅需20-50分钟，培育钻石生长则需数天到数周。4）提纯处理：通过化学法去除表面杂质并分离金刚石。5）分选检测：通过筛分、选形和磁选等工艺分为不同粒度、形状和品级的产品。 图表7：高温高压合成原理 HPHT法产品特点：小克拉、低净度、优颜色。1）合成设备限制大克拉突破：六面顶压机环境封闭，有限的碳源制约金刚石单晶颗粒度，其次HPHT合成晶体通常含有包裹体与熔坑，后续切割打磨会降低晶体颗粒度。2）固体触媒降低净度等级：合成过程中熔融金属与碳源、金刚石共处腔室，金刚石时易受生长速度影响出现包裹体问题混入杂质。3）技艺成熟可直接产出无色单晶：HPHT技术具备较快生长速率，无需通入氮气等辅助气体，同时核心厂商也可通过添加铝、钛和铜等除氮剂稳定产出无色金刚石单晶。 良品率为衡量HPHT培育钻石工艺的指标之一：良率为单次合成产品中高品级金刚石比例，高良品率意味着单次合成中大颗粒、高净度、优颜色的产品占比较高，而掺入杂质、颜色较差或颗粒度小的产品则为次品，去除杂质后则被切割为碎钻。 从技术理论出发，HPHT与CVD各有优劣：两者采用完全不同的合成原理和合