超硬材料产业专利导航报告

超硬材料产业现状国内外主要创新主体及团队专利导航超硬材料产业创新方向 超硬材料产业现状 超硬材料及政策环境01超硬材料通常是指硬度达到莫氏硬度最高值10或接近10的材料，主要用于金属及合金材料、高硬脆材料、复合材料、软韧材料以及难加工材料的加工。作为一种重要的功能材料，可应用于电子电器、装备制造、航空航天、国防军工、医疗检测和治疗等高科技领域。目前常见的超硬材料有金刚石（天然金刚石和人造金刚石）、立方氮化硼等。国务院《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划的通知》和国家发改委《战略性新兴产业重点产品和服务指导目录（2016）》把人造金刚石为代表的新型材料作为获取未来竞争新优势的关键产业。2016年工信部、发改委、科技部和财政部联合颁布的《新材料产业发展指南》提出，要利用多层次的资本市场，加大对新材料产业发展的融资支持，发展低成本、高精密人造金刚石。 2024年，重庆市《两江新区空天信息暨低空经济发展行动计划》发布，提出重点发展钛合金、超硬材料和碳基膜材料。对于超硬材料，要求整合国际国内研发资源，提升工具类产品供应能力。 超硬材料产业链构成01产业规模：全世界产业规模估计约6000亿元，其中超硬材料约1000亿元，超硬材料制品约5000亿元。我国超硬材料及制品产业规模估计约1000亿元。其中金刚石和立方氮化硼单晶产量居世界首位(分别占全世界90%、60%)。 未来发展趋势：新型的合成技术以及应用领域的扩展，其中超硬材料应用领域的扩展是其发展的重点方向。在合成技术方面，主要是纳米级超硬材料、由多种超硬材料组成的复合材料，研究环保、低能耗的合成方法，减少环境影响。在应用领域，汽车制造、光伏、电子、半导体、光学器件等高端制造应用。 超硬材料产业现状01美、日、欧在超硬材料产业中拥有深厚的技术积累，尤其在精密制造、电子和半导体等高科技领域具有显著优势。 中国已成为全球最重要的超硬材料生产和应用基地之一。上游原材料产品居多，高端制品及功能化应用产品较少。中高档产品竞争力弱，产品专用化程度和精细化程度不够，部分中低端产品产能过剩。 河南、江苏、广东国内领先。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%。 专利导航是引导和支撑产业科学决策和高质量发展的重要工具01专利导航是在宏观决策、产业规划、企业经营和创新活动中，以专利数据为核心深度融合各类数据资源，全景式分析区域发展定位、产业竞争格局、企业经营决策和技术创新方向，服务创新资源有效配置，提高决策精准度和科学性的新型专利信息应用模式。构建专利数据与各类数据资源相融合的专利导航决策机制，有助于提升知识产权治理能力，加快技术、人才、数据等要素市场化配置，更好地服务于各级政府创新决策和市场主体创新活动，加快构建现代产业体系，支撑高质量发展。《专利导航指南》（GB/T39551-2020）系列推荐性国家标准由国家知识产权局组织起草，于2020年11月9日批准发布，并于2021年6月1日起正式实施。 超硬材料技术谱系01金刚石材料及制备方法单晶聚晶微粉膜或涂层复合片纳米晶制品及应用刀具磨具锯切工具 02 专利导航超硬材料产业创新方向 02从2000年后20年间，全球超硬材料专利申请年均增长幅度在10%左右。从2006年开始，年均申请量突破了1000项，目前仍在快速增长。0500100015002000250030003500400045005000 全球专利申请趋势及技术重点0.8%12.1%5.6%-4.4%13.4%4.7%6.7%0.7%21.2%1.1%21.2%7.1%3.8%12.2%5.1%9.7%16.3%9.5%0.8%12.0%-3.2%-6.8%753759851899859974102010881096132813421626174218092030213323402722298030043363325730372000200120022003200420052006200720082009201020112012201320142015201620172018201920202021 金刚石专利数量远超立方氮化硼，占据主导地位上游的材料及制备方法总体来说技术成熟度较高，市场利润率较低，技术创新难度较大，专利数量较少。产业链下游，产品附加值和利润率较高，随着应用领域的不断扩大，是技术发展的重点。 10 主要技术专利申请趋势020500单晶聚晶微粉膜或涂层复合片纳米晶0204060单晶聚晶微粉膜或涂层复合片纳米晶金刚石研发的重点与产业规模密不可分，机械制造行业使用的单晶、微粉、膜或涂层、刀具、磨具、锯切工具、钻进工具等专利数量远超半导体等行业，且仍然保持着热度。 立方氮化硼微粉、膜或涂层是技术发展的重点，尤其是近年来微粉的专利数量保持高增长态势；刀具、磨具是该材料应用的重要领域。 中、日、美是金刚石超硬材料主要技术来源国，中国占据主导地位，并保持领先优势，但在半导体衬底、光学元件等方面仍然落后于日本。51.2%45.7%41.2%38.5%78.9%38.5%60.4%45.1%52.5%44.2%45.5%58.5%53.2%45.1%23.7%48.0%26.6%15.9%20.2%21.9%20.3%3.6%27.3%13.3%10.6%14.4%23.8%16.3%10.0%4.4%23.0%43.0%18.1%32.7%10.6%13.5%12.5%20.2%6.2%15.8%11.0%21.8%10.0%10.6%10.8%6.8%21.4%12.4%13.8%18.8%18.0%3.9%2.7%1.4%0.5%0.9%4.6%0.8%7.2%4.4%4.3%4.7%5.6%1.8%2.3%9.5%4.2%3.3%18.5%17.9%22.9%20.5%13.8%14.5%15.4%18.8%17.1%22.7%19.1%19.1%17.2%19.4%金刚石材料及制备方法单晶聚晶微粉膜或涂层复合片纳米晶制品及应用刀具磨具锯切工具钻进工具拉丝模衬底热沉光学元件中国日本美国韩国其他主要国家金刚石技术分布02 122000年，中国金刚石材料及制备方法的专利技术产出仅占全球的9.2%，制品及应用仅占10.8%，日本、美国为主要的技术来源国。经过20多年的发展，我国逐渐拥了有完备的产业链，竞争优势明显，部分产品在全球市场中占据绝对主导。 在2000年，中国立方氮化硼材料及制备方法专利产出仅占2.6%，经过近20多年的发展，中国的专利技术产出稳步增长，制品及应用全球市场份额不断扩大。 日、中、美是立方氮化硼超硬材料主要技术来源国，日本得益于雄厚的技术积累占据主要地位，中国仍然在快速追赶。 主要创新主体02超硬材料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，专利集中度较低。1100617526359275274259238237225222196196190住友电工通用电气斯伦贝谢东芝联合材料公司松下河南四方达诺利塔克股份有限公司专利申请量排名31882223166013031209959754457416中国日本德国英国法国主要原创国申请人数量 中国专利申请量持续增长，国内申请人成为主要创新力量。2000年之前为初步发展期，年申请量低于100项；2001-2011年为快速发展期，年申请量逐渐突破1000项；2012年后则为爆发期，专利申请大幅增长，并且在2017年突破2000项，并一直维持着这一高度。中国专利技术分布与全球基本一致。 国外在华技术分布02日本、美国是中国的主要技术海外来源国，两国的专利数量超过1700余项，占比达到国外来华申请的70%。日本、美国在华专利技术布局较为全面，英国、德国、韩国、瑞典等国在华布局集中在优势领域，特别是膜或涂层、刀具等高端制造领域。国内申请人在金刚石领域占据主导；立方氮化硼则以住友电工为代表的国外企业为主导；国内申请人除了企业外，高校、科研院所也占有一席之地。 中国主要申请人技术布局02对于金刚石的材料和制备方法，在单晶、微粉、膜或涂层以及复合片领域，国内申请人相对于元素六和住友电工具有较大的技术优势。但是在聚晶方面，与国外申请人相比仍然有一定的差距。在制品及应用方面，国内外申请人的竞争比较激烈，在刀具方面，国内主要是吉林大学、哈尔滨工业大学，而国外的主要申请人几乎都具有较强的技术实力。在磨具方面，郑州三磨、泉州众志的专利申请较多，国外的元素六、贝克休斯、斯伦贝谢比较突出，相差并不大。在锯切工具、钻进工具方面，国内外的主要申请人差距也不明显。金刚石 对于立方氮化硼材料，国内主要申请人的专利数量相对于在华国外申请人较少，主要布局在磨具、锯切工具方面，而国外申请人，除了在纳米晶鲜有专利外，在其他领域均强于国内申请人，尤其是住友电工、三菱、元素六。对于国内市场，国外申请人利用其技术先发优势，在该领域已抢占先机，国内申请人将会面临较大的竞争压力。 中国各省市专利概况02河南江苏广东江建湖北山东北京河北上海四川湖南安徽西天广西江西江吉林重庆山西州南申请量申请人数量全国各省市中排名第21位，在中国的各省市比较中处于中下游。势。在立方氮化硼超硬材料领域，产业链下游的刀具、磨具是主要的竞争方向，河南、江苏相对于其他省份领先优势明显。0200400600201020112012201320142015201620172018201920202021202220232024河南江苏广东江建 18河南、江苏、广东是主要的技术创新城市，专利申请量及申请人数量均名列前茅。重庆市的专利申请量在超硬材料下游产业是主要省市的竞争重点，江苏、广东在金刚石半导体应用以及光学元件方面具有突出优省份单晶聚晶微粉膜或涂层复合片纳米晶刀具磨具锯切工具钻进工具拉丝模衬底热沉光学元件江苏857196722163695556991481997835河南1641024320281579288186601812010广东76634951716235319243504168845浙江5926635276105215324123948山东4121234745501478751169福建332111254251141823414245湖北351997642121124362195河北2511852115531986211151安徽317718233318067203622610四川37362717430375852442222018新进入者金刚石专利分布2018年，江苏省的年均专利申请量超过河南，赶超趋势明显。2018年后，新进入者主要集中在金刚石技术；河南的新进入者在该省优势领域继续深入；江苏、广东、江除进入机械制造领域外，还在半导体、光学元件等新兴领域发力。 中国主要省份创新现状02江苏省的申请人数量众多，达到了1525名，其次是广东的1069名，河南和江的申请人数量也在600名以上，重庆市的申请人数量为129名。企业是专利申请的主体，这一领域企业申请人的平均占比为75.4%，河南、江苏、广东、江都超过了这一平均值。河南、江苏、广东主要省份有一大批科研机构提供有力的技术支撑，并且头部的研发机构科研实力非常强，比如江苏的南京航空航天大学、广东的深圳先进技术研究院的专利数量都在百件以上。 河南超硬材料的发展，首先是从金刚石超硬材料开始，而对于材料产业来说，上游的生产设备直接决定了原材料的供给和下游的应用。而河南省上游产业链的发展主要得益于研发机构的技术沉淀和积累。江苏以金刚石超硬材料下游的锯切工具为切入点发展产业链，丹阳市聚集大量头部企业。广东企业围绕陶瓷、光学元件、复合片等超硬材料的应用快速发展，融入当地产业生态链。形成了深圳先进技术研究院、广州奔朗、深圳常兴、广东钜鑫、深圳市海明润、汇专科技等诸多企业和创新平。100917573514943433324深圳先进技术研究…深圳市常兴技术股…广东钜鑫新材料