超硬材料技术壁垒分析一、 超硬材料技术壁垒超硬材料制品行业有较高的技术壁垒，其技术范围涵盖超硬材料、无机非金属材料、粉末冶金、高分子材料、复合材料、磨削抛光机理等相关的多个学科，并需要了解陶瓷、石材、机械零部件、半导体材料、磁性材料、光学玻璃等多个下游行业的加工特性、加工要求、工况条件等相关技术和发展趋势，对于行业的新进入者，很难在短时间内完成技术积累、得到客户认可并组织大规模生产同时，超硬材料制品行业中的新材料、新工艺、新技术，特别是跨学科技术不断出现，这些新技术的吸收、创新、应用需要企业具有深厚的技术积淀，对行业新进入者或者小规模企业来说具有较高的技术壁垒二、 我国超硬材料行业发展水平整体来看，我国超硬材料行业产品质量已经达到国际先进水平，但在一些高端产品领域仍存在短板我国超硬材料行业在电子信息、国防、航空航天等高科技产业领域的精密加工应用研究起步较晚，在资金投入、研发创新、经验积累以及人才等方面较为缺乏，新产品开发与工艺技术与意大利、日本等国家相比仍存在一定差距超硬材料及制品在生产加工过程中会产生废水废气，在着环保政策日益严厉，以及原材料价格上涨、下游光伏、石材、汽车等市场走低等因素的影响下，超硬材料行业盈利能力有所下降。
同时，我国超硬材料行业外向型较强，2018年以来，中美贸易战中超硬材料及制品被包含其中，对行业出口市场造成较大影响我国超硬材料行业需加快优化与创新步伐，向高端领域发展，开发国内及国际高端市场我国政策对超硬材料行业的发展日益重视，2018年11月，超硬材料及制品出口退税率均已提高；同月，《战略性新兴产业分类（2018）》正式实施，金刚石、立方氮化硼及以这两种材料与金属复合的材料和制品被列入战略性新兴产业，我国超硬材料行业未来发展前景依然广阔在贸易战及下游行业景气度下降的情况下，加快转型升级，实现高端产品进口替代是行业提升竞争力的重要方式三、 聚晶超硬材料加工行业技术现状聚晶超硬材料生产的核心环节在于对单晶超硬材料和粘结剂的原材料配方处理；核心技术在于对单晶超硬材料和相应粘结剂通过高温高压进行烧结的工艺市场上产品质量过硬，具有明显竞争优势的厂家无不具有独特的配方和先进的生产工艺，上述两点构成了复合超硬材料行业的核心竞争力在我国行业发展初期，我国复合超硬材料产品与国际先进产品相比在耐磨度、硬度、复合片均匀度和复合片尺寸等技术指标方面均存在一定的差距但随着我国业内企业和科研人员不断钻研，充分发挥了六面顶压机的性能优势、克服了劣势，我国复合超硬行业技术水平已经形成了自身特点，并且在总体技术指标上接近或达到了国际先进水平。
四、 超硬材料及其制品发展趋势趋势方面，2010-2020年，全球超硬材料及其制品领域专利主要申请人申请趋势均处在波动变化中其中住友电工硬质合金株式会社的专利申请数量在2010-2020年期间波动上升，并在2020年成为申请数量第一位3M创新在2010-2016年期间专利申请数量相对较少，但在2017年后实现突破，在2019年时成为专利申请数量第一位目前，全球超硬材料及其制品行业专利申请数量TOP10申请人技术主要布局在B23B27细分领域，其中三菱综合材料株式会社在该细分领域专利申请量达到721项，全球专利数量申请第一的住友电気工业株式会社在该领域专利申请数量为551项五、 中国金属基超硬材料制品行业技术水平及发展趋势金属基超硬材料制品行业技术水平的核心是不断研发新配方、新工艺，以促进超硬材料制品在相关产业中的应用在硬脆材料加工领域，随着被加工对象的多样化和加工难度的提高，各种前沿新技术正在被高度关注与重点研发，部分已逐步得到应用这些技术中，金刚石表面处理技术有效增加了胎体对磨料的把持力，提高了金刚石的利用率；超细金刚石有序排布技术有效改善了磨粒分布状态，可以成倍提高金刚石工具的生产效率和使用寿命；预合金粉末和改性材料的应用可有效改善胎体性能；无压烧结技术可显著提高产品烧结质量，降低烧结能耗；激光焊接技术能够保证较高的焊接强度，且可实现无水切割，满足用户对安全、环保、施工条件等多方面的综合要求。
但是，目前我国的超硬材料制品行业的整体技术与质量水平仍落后于意大利、日本等发达国家虽然近年来奔朗新材、博深工具和本公司等少数几家超硬材料制品企业脱颖而出，逐步掌握了用于传统硬脆材料加工的金属基超硬材料制品的先进生产技术，但我国超硬材料制品企业发展极不平衡，低端生产企业数量众多且规模相对较小，大多数低端超硬材料制品生产企业缺乏自主研发设计能力，仍然采用单质金属粉末、手工称料装料等低水平的生产技术和加工工艺，导致其产品质量和使用性能低下特别是我国用于生产超硬材料制品的金属粉末胎体材料的制备技术及应用与发达国家存在差距根据中国超硬材料网2011年发表的《超硬材料制品未来两年市场发展及行业展望》，在超硬材料制品生产过程中，发达国家约有60%的超硬材料制品采用预合金粉作为胎体材料，而我国采用预合金粉做为胎体材料的超硬材料制品不到10%，大多数超硬材料制品生产企业仍采用单质粉作为胎体材料各种新技术的不断开发和使用，符合现代加工技术高效率、低消耗的环保理念，也是基础工业飞速发展的的实际需求就硬脆材料加工用超硬材料制品而言，新材料、新技术、新工艺将不断涌现和推广应用，促进了超硬材料制品技术的升级，使超硬材料制品性能不断提升并保持了活力。
一）金刚石工具用超细预合金粉末的应用金属基超硬材料制品性能优劣的关键在于金属粉末烧结体对超硬磨粒的把持力及烧结体与磨粒间的磨损适配性，而金属粉末烧结体的性能主要取决于金属粉末颗粒间相互作用时的合金化程度目前，国内多数生产企业的配方体系中以较粗的单质元素粉料为成分主体尽管采用单质粉进行生产在配方调节的灵活性和易于成型的方面优势明显，但是金属粉末颗粒之间属于表层部分合金化，导致胎体强度较低，对金刚石的包镶效果差，且刀齿胎体容易产生成份偏析此外，完成单质元素粉末合金化过程需要足够的温度和较长的时间，能源消耗较大，导致产品的经济效益较低随着市场竞争的日益激烈和对产品性能要求的提升，有关胎体粉末的研究受到行业内的广泛关注，预合金粉的研发和应用将在行业中取得了较好的反响预合金粉是指按照特定的成分配比，通过雾化、机械破碎或化学方法将金属制成特定粒度的合金粉末与单质粉相比，预合金粉具有合金化成分均匀、成形性好、烧结体致密程度高等特点采用预合金粉作胎体生产的金刚石工具，具有生产效率高、衰减慢的特点目前，国内仅有少数企业采用预合金粉进行生产，预计未来几年将逐渐占据主导地位与传统预合金粉相比，超细预合金粉的粒度更细，具有比表面积大、粉末活性强等特点，能够以较低的烧结温度和较短的烧结时间，获得较高的烧结硬度，产品具有把持性好、锋利度高、耐磨性强、能耗小等特点。
超细预合金粉是目前世界范围内最为先进的金属基金刚石工具的胎体制备材料，将成为金刚石工具领域的未来发展趋势二）金刚石表面处理工艺金刚石工具的寿命和使用效率除了与胎体材料和磨料的性能有关外，还取决于二者之间的结合强度由于金刚石磨料与一般金属的粘结能力较差，与金属基胎体材料之间无界面结合力，仅靠胎体对磨料的机械镶嵌作用，在使用过程中磨粒易出现脱落，导致金刚石工具使用寿命短且工作效率低金刚石表面处理技术的应用，使金刚石表面具有了金属本身的特性，从而增强了金刚石与金属胎体之间结合力，大幅提高了金刚石工具的切削性能和使用寿命随着金刚石工具应用日益广泛，对其应用指标和性能要求也越来越高，化学沉积、真空沉积等各种表面处理技术与方法应运而生在众多表面处理技术中，目前真空微蒸发沉积技术在金属基超硬材料制品实际生产中得到了较为广泛的应用，但是该技术应用成本较高未来，具有成本低、适用性广、性能好、实用性强等特点的金刚石表面处理工艺将成为行业技术的发展方向三）金刚石有序排列技术传统金刚石工具胎体中的金刚石是随机分布、无序排列的，容易产生偏析与聚集，造成金刚石工具生产效率低、使用寿命短采用金刚石有序排列（多层、均布金刚石）技术，使每粒金刚石都得到充分的利用，克服了采用机械混料工艺带来的金刚石分布不均严重影响到切割性能的缺陷，能够显著提高金刚石工具的生产效率和使用寿命，同时提升加工对象的光洁度，减少金刚石重复磨损，是当今世界生产金刚石工具的最新技术。
四）自动冷压及制粒工艺建筑陶瓷用金刚石工具刀头自动冷压技术近几年才开始推广应用自动冷压技术可以提高刀头单次热压数量和烧结质量，从而提高冷压效率，降低物料消耗和人工成本通过冷压后烧结，单模产量可提高约一倍，电耗可降低约40%，物料消耗可降低约30%，产品质量也因单重误差减小而更加稳定制粒工艺是实现较大尺寸金刚石刀头高效自动冷压的重要环节，在国外已被广泛应用制粒又叫造粒，是把粉末、熔融液、水溶液等状态的物料经加工制成具有一定形状与大小粒状物的过程，是为了改善粉末流动性而使较细颗粒团聚成粗粉团粒的一种工艺目前的金刚石工具生产中广泛采用湿法制粒技术，通过将熔融金属通过小孔或筛网自动地注入空气或水中，冷凝后便得到金属粉末，该法得到的粉末粒度较粗，一般可以达到0．5～1mm，适于制取较低熔点金属粉末通过制粒技术的成功应用，可以改善粉末流动性，防止金刚石颗粒和超细粒度粉末如钴、镍等成分的偏聚，防止粉尘扩散及在器壁上的黏附，有效提高金刚石制品的尺寸与重量精度，改善金刚石刀头生产中压力的均匀传递随着我国金刚石工具行业技术的发展，制粒工艺作为一项重要的技术将被广泛应用于建筑陶瓷用金刚石工具刀头生产过程中，但目前尚存在制粒成本较高的难题有待解决。
五）采用先进节能的烧结工艺烧结是金属基超硬材料制品制造过程中最关键的工序之一，也是能源消耗的最主要环节，烧结过程的能耗占超硬材料制品生产能耗的70%以上目前，行业内最常用的烧结方式是以低电压、大电流为特征的热压烧结，这种烧结方式具有烧结时间短、烧结温度低、适用范围广、工艺调整灵活等优势，但是生产过程中能耗较大，产品稳定性较差目前，冷压烧结技术等前沿烧结新技术在西方发达国家被高度关注与重点发展，并不同程度地应用于金刚石工具制造过程，显著提高产品烧结质量，降低烧结能耗，是烧结技术的发展方向其中，无压烧结在达到较好的致密化效果的同时，保证烧结毛坯的形状及尺寸精度，最大限度地减少烧结后的磨削加工余量，而且烧结过程中能耗低，适合于规模化生产该技术在美国、日本、德国等工业发达国家已经被普遍采用未来，随着行业先进生产设备的不断开发和应用，以及国家节能减排政策的大力推行，上述具有节能降耗、烧结质量稳定、生产效率高等优势的烧结工艺将被广泛采用六）更加安全的激光焊接工艺目前，我国硬脆材料加工用金刚石工具的焊接仍以高频焊接为主高频焊接是通过高温熔化介质将刀头与基体焊接在一起的焊接工艺，且大多采用手工焊接，焊缝的结合强度不够高，产品安全性较低，产品的尺寸精度及焊接质量的一致性无法保证。
因此，采用高频焊接工艺生产的产品很难达到精度高、切削速度快、使用寿命长等较高的性能要求，只能满足通用市场的产品需求随着生产条件的改善和对产品性能要求的提升，具有焊接强度高、自动化程度高、生产效率高等优点的激光焊接成为了本行业焊接工艺的发展方向激光焊接是以聚焦的激光束作为能量，熔化刀头的过渡层与基体，形成牢固的焊缝，能够保证很高的焊接强度，确保使用的安全性激光焊接技术目前是世界上最先进的硬脆材料加工用超硬材料制品的焊接技术，在发达国家已普遍使用，未来具有极大的发展潜力六、 超硬材料加工行业现状单晶超硬材料和聚晶超硬材料的主要区别为：单晶金刚石/立方氮化硼材料的特点为硬度更高、耐热性更好，但尺寸较小，多用于制造锯片等切割工具；聚晶金刚石/立方氮化硼是指以金刚石和立方氮化硼微粉等单晶超硬材料为主要原料，添加金属或非金属粘结剂通过超高压高温烧结工艺制成的聚晶复合材料它的特点是硬度、耐热性略逊于单晶。