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金刚石线需求爆发?各大磨企争抢的市场竟是这样!

时间:2017-09-22 06:19  来源:未知  作者:admin

  金刚线是近年投产的新型切割工具,它是由金刚石颗粒以一定的分布密度均匀地固着在高强度钢线基体上而形成。以生产工艺划分,金刚线可以分为电镀金刚线和树脂金刚线。

  金刚线主要用于光伏硅材料、蓝宝石等硬脆材料切割,而该等材料的主要传统切割方式为砂浆切割。因此,金刚线行业的市场空间主要取决于两个因素:

  硅的莫氏硬度为6.5,蓝宝石莫氏硬度为9,因此,对硅、蓝宝石等材料的 物理加工工具的硬度有较高要求。硅材料、蓝宝石的传统切割工艺主要为砂浆切割,该工艺是以钢线的碳化硅(SiC)作为切割刃料, 钢线在高速运动过程中带动切割液和碳化硅混合的砂浆进行摩擦,利用碳化硅的研磨作用达到切割效果。金刚线切割技术是将莫氏硬度为10的金刚石颗粒以电镀金属沉积或者树脂结合的方法固着于钢线基体上,钢线的高速运动带动金刚石以同样的速度运动,直接产生切割能力。

  砂浆切割是游离磨料切割,其磨料(切割液和碳化硅混合形成的砂浆)随着 高速运动的切割线而“滚动-嵌入”切割线和硅材料之间达到切割效果。金刚线 切割是固定磨料切割,是将磨料(金刚石颗粒)直接固着于切割线,并随着高速 运动的切割线直接划过硅材料以达到切割效果。两种切割技术对比如下图所示:

  切割效率高主要来源于其技术特点:第一,金刚线采用固定 方式结合金刚石,相比砂浆线处于游离状态的磨料,不仅参与磨削切割的金刚石 更多(漏损少),而且减少了磨料之间的相互磨损。第二,金刚石硬度高,耐磨 损能力强,从而切削和使用寿命更长。第三,金刚线固着的金刚石的运行速度与 切割线一致,而游离状态的砂浆运行速度低于切割线、材料损耗少、出片率高。

  切割线线径越大造成切割时刀缝越大从而导致材 料损耗越多,而切割线的线径是裸线径与磨料/刃料直径之和。金刚线因切割能 力强,其镀层比切割液与碳化硅混合形成的砂浆要小薄,从而造成的刀缝损耗较 小。另外,金刚线切割造成的损伤层小于砂浆线切割,有利于切割更薄的硅片。 更细的线径、更薄的切片有利于降低材料损耗,提高硅片的出片率。根据ITRPV 数据,2015年的硅片厚度多为180um,砂浆切割的刀缝损耗大约为150um,金 刚线um,因此,金刚线切割能较大幅度提高出片率。

  砂浆切割会产生大量晶硅切割废砂浆,废砂浆含碳化硅、 聚乙二醇、硅粉和金属粉末成分,较大,其中部分粒径小于0.15um的 硅粉与水或潮湿空气接触时会快速反应并出易燃气体H2 (氢气)和热量, 如不进行妥善利用、处置会造成严重污染。金刚线使用水基磨削液(主要是水), 有利于改善作业,同时简化洗净等后道加工程序。

  金刚线切割减少了加工损伤层(deteriorated layer),而且精度保持稳定,产生TTV小(总厚度变化,硅片表面特定测量点的最大值和最小值之差)。

  金刚线切割的设备占用资本、空间占用、人力和电力占用均有下降,整个生产流程更加简化,从而降低运营成本。

  正是因为有上述优势,而且销售价格最近几年持续下降,金刚线切割对传统砂浆切割的替代正在快速推进,尤其是单晶硅新增产能,基本是使用金刚线切割工艺。金刚线主要用于蓝宝石开方和切片,硅芯切割,硅锭(含多晶硅锭、单晶 硅锭)开方和截断、硅切片等领域,各细分领域的替代程度存在一定差异。

  蓝宝石开方、切片市场,金刚线切割已基本替代传统切割技术。金刚线较 早应用于蓝宝石加工,主要原因是蓝宝石的硬度仅次于金刚石,对切割加工工具 的硬度要求极高。金刚线以硬度最高的金刚石作为切割磨料,因此在蓝宝石切割 市场有不可替代的高效、经济优势。下图为金刚线用于蓝宝石切片:

  硅的开方和截断对加工精细程度要求较低,线痕等问题影响较小,因此金刚 线切割技术相对于砂浆切割技术有较大竞争优势。金刚线切割技术与砂浆切割技 术进行硅的开方、截断的成本对比图如下:

  金刚线用于切割单 晶硅有提高切割效率、降低材料损耗、增加出片率、减少污染等优点,因此正快 速替代传统切割工艺。据ITRPV预测,2018年之后,在单晶硅切片市场,金刚线切割工艺的市场渗透率(当前市场需求/潜在市场需求)将超过70%。单晶硅 龙头企业隆基股份已经在全厂范围内应用金刚线切片技术。下图为金刚线用于单 晶硅切片。

  多晶硅切割使用 金刚线主要有两个技术问题:一是铸锭晶体的异质节点会导致断线的问题,二是 金刚线切割的损伤层比较浅,使得传统的HF/HNO3制绒技术不能产生良好的光学 性能。目前,保利协鑫等多晶行业龙头企业已通过黑硅等技术手段较大程度上的 克服了上述问题,并推出了相关金刚线切割的多晶硅片产品。根据国际光伏技术 线年金刚线切割工艺已在多晶硅切片市场得到 小规模应用,并预测未来十年应用规模将逐步增长。

  综上所述,金刚线因其切割效率、材料损耗、、产品质量、运营成本等方面的优势,已在蓝宝石开方和切片,方硅芯切割等领域基本替代传统切割 技术;在硅开方和截断市场已发展成为主流工艺;在单晶硅切片等市场正在快速 替代传统切割技术;在多晶硅切片领域当前已有一定技术突破,随着技术进步, 预计未来几年渗透率会逐步提高。

  金刚线目前主要应用于光伏硅材料、蓝宝石材料切割领域,另外在磁性材料切割方面已有少量应用。

  作为新兴产业,光伏行业近年来发展迅猛。根据SolarPower Europe的统计 数据,全球光伏累计装机容量由2000年的1,288MW增至2015年的229.3GW, 年复合增长率达41.26%;全球光伏年新增装机容量也保持较快增长趋势,由2000 年的293MW增至2015年的50.6GW,年复合增长率达40.98%。下图为2000-2015年全球新增装机容量(单位:MW,即106W,10-3GW)。

  但是,太阳能光伏发电装机容量占发电总装机容量的比重仍然较低,未来发 展潜力仍较大。据SolarPower Europe预测,在一般情形(medium scenario)下,2016-2020年全球新增光伏装机容量(单位:MW)仍保持较快增长(见下图)。

  我国的光伏产业发展迅速,尤其是光伏产业链中下游环节拥有较大生产能 力。根据CPIA (中国光伏行业协会)统计数据,2015年我国硅片、电池片 和组件产量约占全球总产量的78.05%、68.33%和76.92%。据国家能源局数据, 我国2015年新增装机容量15.13GW,约占全球新增装机量的29.90%。我国已发展成为全球第一大光伏产品生产国及第一大光伏市场。

  第一,光伏行业的增长状况直接影响金刚线的市场规模。据行业经验估计, 每片硅片(约4W)需耗用电镀金刚线米。

  一是金刚线对砂浆线的替代率提升。目前,方硅芯切割、硅材料的开方、 截断已基本实现技术替代,单晶硅切片正在逐步替代。多晶硅切片的替代进程 已有较好的技术基础。根据ITRPV 2016年报告预测(见下图),市场规模最大 的单晶硅切片、多晶硅切片市场,金刚线的渗透率持续提升,从而使得金刚线 的市场需求增速将快于硅切片市场本身的扩张。

  二是单晶技术线份额将逐渐提升。目前,多晶电池产业化转换效率达到 18.3%,已接近19%的理论值,而目前主流P型单晶电池转换效率为19%-19.5%, 距离22%的理论转换效率还有较大提升空间,主流N型单晶电池的低成本产业 化空间潜力更大。此外,2015年以来,单晶硅片价格下降迅速,与多晶硅片价 差逐渐缩小,增强了单晶技术线年发展至今,国内产业化 的高效单晶电池产品出货量也明显增多。根据国际光伏技术线图,未来全球 单晶市场份额如下图所示将逐步提升。

  单晶硅金刚线切片技术已经成熟,如隆基股份对中村超硬(nakamura) 2016 财务年度(2015年4月1日至2016年3月31日,下同)的电镀金刚线亿元。因此,单晶硅市场份额的提升有利于拉动金刚线的市场需求。

  蓝宝石产业链包括上游的长晶设备制造商、原材料及耗材提供商、蓝宝石晶 体生产企业,中游的蓝宝石衬底生产企业、蓝宝石窗口片(消费电子行业用于光 学材料)生产企业,以及下游针对不同的应用行业进行深加工的制造企业。

  在蓝宝石切割领域,因蓝宝石材料的硬度较大,传统砂浆线及金刚石结合力 较弱的树脂金刚线都难以有效完成蓝宝石的切割,电镀金刚线基本已完全替代传 统砂浆线。电镀金刚线主要用于蓝宝石衬底、窗口片的开方和切片等。根据经验 值,电镀金刚线市场与下游蓝宝石片耗用量直接相关,切割一片2英寸的蓝宝石 片需要耗用电镀金刚线米。因此,蓝宝石切割用电镀金刚线市场的需求主要取 决于蓝宝石材料的市场需求。

  蓝宝石衬底的应用领域是LED照明行业,高亮度蓝白光LED衬底约90%系 由蓝宝石材料制成,因此,蓝宝石衬底市场的发展与LED照明行业的发展息息 相关。

  近几年,随着LED产品价格下跌以及政策扶持,LED照明市场的渗透率持 续提升,2015年LED照明产品国内市场份额达到32%,比2014年上升约15个 百分点。根据YOLE统计,2015年LED用蓝宝石量上升了 16%,根据YOLE预 测,2015-2020年间,LED用蓝宝石晶片的增长率可达到约28%。将不同直径的 蓝宝石衬底片统一折算为2英寸晶片,2008年-2020年每月需求量情况如下图所 示:

  蓝宝石材料当前主要用于LED行业,但其可广泛用于消费电子产品、军工 产品、医疗植入品等,其中消费电子行业对蓝宝石的需求潜力较大。当前消费电子产品对蓝宝石需求主要有以下几个主要方面:一是部分手机产品的摄像头镜头 盖与Home键;二是部分智能可穿戴设备的窗口片(屏幕),如苹果公司的AppleWatch屏幕、Wellograph公司推出的Sapphire健康手表屏幕等一些国际主 流品牌的可穿戴电子设备采用蓝宝石屏幕;三是部分高端手机的屏幕,目前已有 部分应用,如兰博基尼Spyder手机、LG与范思哲合作的LGVersace Unique手机、 华为P7典藏版手机、乐视的乐Max (蓝宝石版)等。蓝宝石具有硬度高、透红 外光等方面的优势,在消费电子产品上的应用具有市场空间。

  金刚线是金刚石工具的细分领域,而且是新型金刚石工具。日本的旭金刚石(Asahi Diamond) 2007年6月推出了成熟产品。

  国内一些从事金刚石工具相关业务的企业通过自主研发,也推出了国产金刚 线产品,并通过持续的技术进步和产能扩张,已具有较强的市场竞争力,占据国内市场一定份额,其中,生产电镀金刚线的代表性公司包括本公司、岱勒新材、 东尼电子、杨凌美畅、瑞翌新材等。另外,国内相关上市公司拟通过产业链延伸至金刚线领域,包括豫金刚石、易成新能、恒星科技、黄河旋风等。最近几年, 以三超新材、岱勒新材等为代表的上述国内企业发展迅速,行业产能扩张较快, 但目前尚威的行业整体产能及产能利用率的统计数据。根据查阅公开资料, 当前国内主要企业的金刚线产能及其产能利用率情况如下表所示:

  国内金刚线行业竞争的市场化程度较高,行业内主要企业之间通过技术、价格等手段进行竞争。行业内主要企业大致分为三类:第一类是具有先发优势的日本厂商,主要包括旭金刚石、中村超硬,但其竞争优势不断弱化,其在蓝宝石切 割及硅材料开方、截断等细分市场已逐步被国内厂商替代,在单晶硅切片市场也开始被国内厂商替代;第二类是国内金刚线生产厂商,主要包括三超新材、 岱勒新材、杨凌美畅等,该等企业具备较成熟的电镀金刚线研发、生产能力,技术和工艺进步较快,行业地位和市场份额快速提升;第三类是国内上市公司通过产业链延伸至金刚线领域,其中主要包括豫金刚石、易成新能、黄河旋风、恒星科技等,其中豫金刚石、易成新能已实现销售。该等企业的主要特点是具有较强 的融资能力以及相关产业链的积淀。

  以生产工艺划分,金刚线可进一步细分为电镀金刚线和树脂金刚线。电镀金 刚线的切割能力和效率更高,树脂金刚线的价格相对较低。但随着电镀金刚线价格下跌,其优势日渐凸显,现成为行业内的主流工艺。目前生产电镀金刚线的主 要企业包括日本的旭金刚石、中村超硬以及国内的三超新材、岱勒新材、杨凌美畅、豫金刚石、东尼电子等,生产树脂金刚线的国内主要企业包括易成新能、瑞翌新材等。

  其中,豫金刚石主营业务为生产和销售金刚石,其先后累计投资5亿元,建 设产能约50万km/年电镀金刚线项目。易成新能原主要从事砂浆切割刃料的生产 经营活动,其通过募集资金投资已建成120万km/年树脂金刚线万km/年电镀金刚线项目。恒星科技主要从事金属制品领域的生产经营活动, 拟融资9.53亿元用于投资年产900万km超细金刚线月通过证 监会审核。黄河旋风是我国第二大金刚石生产厂家,2016年9月公告拟融资并结 合自筹资金共投资5.90亿元用于新材料加工用金刚石线锯项目。

  旭金刚石成立于1937年,专注于金刚石和立方氮化硼(CBN)工具的研发、 生产与销售。旭金刚石2007年推出电镀金刚线产品,是行业内较早推出电镀金刚 线财务年度实现电镀金刚线亿元。

  中村超硬成立于1970年,该公司专注于金刚石颗粒的应用技术,其2010年推出电镀金刚线财务年度电镀金刚线实现销售收入折合人民 币3.09亿元。

  岱勒新材成立于2009年,专业从事金刚石线的研发、制造和服务。该公司是 我国较早推出电镀金刚线年度实现电镀金刚线万 千米,实现销售收入1.85亿元。

  杨凌美畅成立于2015年,并于当年与日本爱德株式会社合作研发掌握了电镀 金刚线月实现电镀金刚线万km,实现电 镀金刚线万元。

  豫金刚石成立于2004年,是我国深圳证券交易所创业板上市公司。该公司主 营产品包括金刚石大单晶、微粉和金刚石线锯,其中电镀金刚线万km/年。豫金刚石超硬材料制品(主导产品为电镀金刚线 万km,实现销售收入8,295.91万元。

  东尼电子成立于2008年,专注于超微细合金线材及其他金属基复合材料的应 用研发、生产与销售。其主要产品为超微细导体、复膜线等电子线材,以及电镀 金刚线万元。

  易成新能成立于1997年,是我国深圳证券交易所创业板上市公司。该公司主 要从事太阳能晶硅片切割刃料、半导体线切割刃料、废砂浆回收再利用、金刚线 的生产与销售、太阳能电站建设等。该公司2013年6月末“年产360万km切割树 脂金刚线万km/年)”投产,另外其年产600万km电镀金刚线万km/年)正在建设。

  瑞翌新材成立于2011年,该公司的主营业务为微米级树脂金刚石线及相关冷 却液的研发、生产和销售。该公司2016年上半年树脂金刚线万千 米,实现销售收入4,586.89万元。

  金刚石工具制造业是超硬材料制品的重要组成部分,受到国家的鼓励和大力 推动。根据《“十二五”国家战略性新兴产业发展规划》,要积极发展作为新型功能材料产业的“超硬材料及制品”。

  同时,金刚石工具制造业是光伏、LED、磁性材料等国家重点产业的重要配 套产业。以太阳能光伏行业为代表的新能源和以LED为代表的环保节能行业的 发展一直受的高度重视,相继出台了多项支持性政策措施。国家对金刚石工具制造业及对光伏、LED产业等配套产业的支持政策,为 行业发展营造了良好的政策,有利于行业的持续健康发展。

  (1)光伏产业新增装机容量持续较快增长。全球光伏新增装机容量由2000年至2015年的年复合增长率达40.98%。2015年我国已成为最大的光伏电池片生产国及光伏市场。根据国家能源局统计,我国2015年新增光伏装机容量为15.13GW,比2014年我国实际装机10.6GW大幅增长42.74%。根据《国务院关 于印发“十三五”国家战略性新兴产业发展规划的通知》(国发〔2016〕67号), 到2020年,我国光伏累计装机将达到1.05亿千瓦(合105GW)左右,与截至2015年光伏43.18GW相比,仍具有较大的增长空间。光伏产业的快速发展将带 动电镀金刚线、金刚石砂轮需求。

  (2)蓝宝石产业市场空间较大。蓝宝石目前主要用于LED照明产业。作为 的绿色光源,LED具有节能、使用寿命长、环保等特点,其发展空间大,目 前正在替代传统光源,成长性较好。同时,蓝宝石材料还不断拓展新的应用,已 成功用于消费电子市场,发展潜力较大。蓝宝石产业良好的发展前景将为金刚石 工具制造业带来新的机遇。

  日本企业最早批量研发、生产金刚线且目前仍技术领先。我国金刚线生产企 业通过自主研发,近几年相关技术取得了较大进步,已在硅、蓝宝石等硬脆材料 的开方等方面占据较大市场份额。目前,国内金刚线制造技术与国际领先技术的 差距逐步缩小,已能生产硅切片线。随着技术的进步,我国金刚线行业有望逐步 实现进口替代,提髙市场空间巨大的硅切片线市场的占有率。

  下业光伏、LED均属于新兴产业,其行业发展尚存在不成熟性,发展过程中曾出现较大的波动,并给产业链上的相关企业造成一定影响。 近几年,光伏产业、LED产业已较为平稳,但仍存在一定的不稳定因素,主要体现为几个方面:

  (2) 当前光伏发电成本依旧较高,其发展严重依赖于世界的支持政策。如《国 家发展委关于调整光伏发电陆上风电上网标杆电价政策的通知》(发改价格 (2016) 2729号文)分地区对于光伏发电给予补贴,补贴至0.65元/千瓦时、0.75 元/千瓦时、0.85元/千瓦时。各地方根据自身情况给予一定补贴。国外扶持政策对我国光伏行业发展也产生一定影响。如果光伏扶持政策减弱,可能对行业 发展产生不利影响;

  (3)我国光伏行业受国际贸易政策影响较大。从2015年的 数据看,我国光伏电池产品出口到欧盟十五国占出口总额14.7%,出口到美国占 出口总额12.2%,而我国在光伏产品上与欧盟、美国一直存在一定的贸易摩擦。 一旦被“双反”,对我国光伏组件出口有一定影响。下业的波动可能导致本 行业需求波动和盈利能力波动,不利于行业的平稳发展。

  目前,我国金刚石工具制造行业总体规模较大,但是存在行业格局分散、产 品同质化严重、普遍研发能力较差等行业特点,在专业研发人才、基础材料与应 用技术研宄、专用生产设备方面与国际先进水平相比仍有较大差距。虽然金刚石工具制造企业加大了研发投入,开发出部分中高端产品,但总体来说行业整体技术水平仍然相对薄弱。行业技术水平薄弱一定程度上制约了企业的技术进步与发展。

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