超硬材料产业现状
超硬材料及政策环境
超硬材料主要指硬度达到莫氏硬度最高值10或接近10的材料,如金刚石和立方氮化硼,广泛应用于金属加工、电子电器、航空航天等领域。国家政策支持人造金刚石等新型材料发展,鼓励利用资本市场加大对新材料产业融资支持。
超硬材料产业链构成
全球超硬材料产业规模约6000亿元,其中超硬材料约1000亿元,制品约5000亿元。中国产业规模约1000亿元,金刚石和立方氮化硼产量居世界首位。未来发展趋势包括新型合成技术和应用领域扩展,重点方向为纳米级超硬材料、复合材料,以及汽车制造、光伏、电子等高端制造应用。
国际竞争格局
美、日、欧在超硬材料产业中技术积累深厚,尤其在高科技领域优势显著。中国已成为全球主要生产和应用基地,但高端制品及功能化应用产品较少,中高档产品竞争力弱,部分中低端产品产能过剩。河南、江苏、广东是国内领先地区,其中河南金刚石出口占总量的51%、占总额的58%;江苏锯片出口占总量的40%,占总额的34%;广东金刚石砂轮出口占总量的57%,占总额的50%。
专利导航超硬材料产业创新方向
全球专利申请趋势及技术重点
2000年后全球超硬材料专利申请年均增长约10%,2006年后年均申请量突破1000项。金刚石专利数量远超立方氮化硼,占据主导地位。上游材料及制备方法技术成熟,市场利润率低;下游产品附加值高,是技术发展重点。
主要技术专利申请趋势
金刚石研发重点与产业规模密不可分,机械制造领域相关专利数量远超半导体等行业。立方氮化硼微粉、膜或涂层是技术发展重点,刀具、磨具是重要应用领域。
主要创新主体
全球主要申请人以日、美企业为主,中国申请人数量超过9000,竞争激烈,专利集中度低。中国专利申请量持续增长,国内申请人成为主要创新力量。国外在华技术主要来自日本、美国,占比达70%,布局较为全面。
中国主要申请人技术布局
金刚石领域,国内申请人在单晶、微粉、膜或涂层及复合片方面具有优势,但在聚晶方面与国外差距较大。制品及应用方面竞争激烈,刀具领域国内以高校为主,国外企业技术实力强;磨具领域国内外差距不大。立方氮化硼领域,国内申请人专利数量较少,国外企业如住友电工、三菱等优势明显。
中国各省市专利概况
河南、江苏、广东是主要技术创新城市,重庆市在下游产业中竞争激烈。江苏、广东在金刚石半导体应用及光学元件方面具有突出优势。
国内外主要创新主体及团队
技术发展方向
金刚石超硬材料是技术和市场主流,单晶、微粉、膜或涂层是研发重点。下游产业是竞争热点,刀具、磨具、锯切工具、钻进工具需求迫切,精密加工领域进口替代市场巨大。超硬材料在半导体、光学器件等尖端领域的应用潜力巨大。
国内外主要企业
金刚石领域,国内企业如郑州人造金刚石、河南四方达等,国外企业如住友电工、元素六等。立方氮化硼领域,国内企业如郑州博特硬质材料,国外企业如住友电工、三菱等。
金刚石高校科研院所及企业主要发明人
涉及单晶、聚晶、微粉、膜或涂层、复合片、纳米晶等材料及制备方法,以及刀具、磨具、锯切工具、钻进工具、拉丝模、衬底、热沉、光学元件等制品及应用。
立方氮化硼高校科研院所及企业主要发明人
主要涉及磨具、锯切工具等领域。
超硬材料国内重要研发团队
如中国科学院深圳先进技术研究院的唐永炳团队(金刚石涂层、薄膜、复合片)、北京科技大学的李成明团队(大面积超厚金刚石膜)、西安电子科技大学的郝跃团队(新型超硬材料半导体应用)、西南石油大学的杨迎新团队(PDC钻头)、哈尔滨工业大学的朱嘉琦团队(仿生PDC钻头)等。