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2022年刚石砂轮上游产业分析:技术升级需求较高 我国占据原料优势

一、刚石砂轮特点及用途

刚石砂轮是指工作层中使用金刚石磨料的圆形固结磨具,与普通磨料砂轮相比,具备明显的耐磨性、高效性,且加工精度高、导热性好,使用寿命长。可对硬质合金、玻璃、陶瓷等难加工材料进行高效磨削,有利于热量的疏散,避免工件烧伤、裂纹及掉块等现象,大大提高了工件表面加工的效率和质量,是磨削硬质合金、玻璃、陶瓷、宝石等高硬脆材料特效工具。

刚石砂轮主要组成部分

主要构造 用途 主要原料
工作层 直接工作 金刚石磨料、结合剂和填料
过渡层 将金刚石层牢固地连接在基体上 由结合剂、金属粉和填料
基体 承接磨料层 钢材、合金钢粉、铝合金、电木等等

资料来源:观研天下数据中心整理

据观研报告网发布的《中国刚石砂轮行业发展趋势分析与未来投资研究报告(2022-2029年)》显示,金刚石磨料是刚石砂轮最重要的原料之一,此外,砂轮成型质量的好坏和使用精度的高低都与基体有很大关系,刚石砂轮基体用于承接磨料层,并在使用时用法兰盘牢固地夹持在磨床主轴上,一般金属结合剂制品选用钢材、合金钢粉作基体,树脂结合剂选用铝合金、电木作基体。

随着时代的进步,科学的发展,社会的需要,新型材料的研制,磨削加工向高质量、高精度、高效率、自动化方向不断发展,金刚石砂轮起的作用越来越明显,金属结合剂金刚石砂轮对磨粒的把持强度高,寿命长,磨耗少,使的金刚石砂轮在高速和超高速高效高精度磨削加工中充分发挥其耐磨性切削能力强的特点,尤其在硬脆难加工材料更显其明显优势,应用广泛。

金刚石砂轮广泛应用于工业各部门各领域中,如航空航天、模具制造业、半导体制造业、光学加工制造业等,其中陶瓷材料、光学材料、航空发动机涡轮叶片、硅片制品等都多用金刚石砂轮磨削。

二、刚石砂轮种类

金刚石砂轮种类较多,可按结合剂、生产工艺、外观及形状、磨削方式来进行分类。

陶瓷结合剂金刚石由于磨削力强、散热好等优良特点,是普及度最高的刚石砂轮之一,随着高速磨削超精密磨削技术迅速发展,对砂轮提出了更高要求,金属结合剂砂轮因其结合强度高、成型性好、使用寿命长等显著特性而生产得到了广泛应用。

刚石砂轮主要分类及品种

分类方式

主要品种

按结合剂分类

树脂结合剂金刚石砂轮

陶瓷结合剂金刚石砂轮

金属结合剂金刚石砂轮(青铜结合剂金刚石砂轮)

按生产工艺分类

烧结式金刚石砂轮

电镀金刚石砂轮

钎焊金刚石砂轮

按外观或形状分类

平行砂轮

筒形砂轮

杯形砂轮

碗形砂轮

碟形砂轮

磨边砂轮

磨盘

按磨削方式分类

磨钻石用金刚石砂轮

磨硬质合金用金刚石砂轮(金刚石刀磨砂轮)

磨金刚石复合片用金刚石砂轮

无芯磨床用无心磨金刚石砂轮

磨陶瓷制品用金刚石砂轮

切割用金刚石砂轮(金刚石切割片)

资料来源:观研天下数据中心整理

金属结合剂刚石砂轮按制造方式不同主要有有烧结、电镀、钎焊三种类型。其中电镀刚石砂轮的工艺较为简单,制造方便,转速可高达250~300m/s,但散热较差,工作层易剥落。

而新型的钎焊技术刚石砂轮实现了金刚石磨粒、钎料结合剂和金属基体界面化学冶金结合,打破了传统砂轮结合剂对磨粒物理包裹的束缚,提高了钎焊金刚石砂轮磨粒把持强度,钎料结合剂的爬升高度维持在20%-30%,金刚石砂轮磨粒出露度高达70%-80%,使砂轮变的更锋利,切削性能大大提升。磨削过程产生的磨削力、磨削温度、磨削功率和磨削比能大大降低,极大地提高了加工效率及钎焊砂轮的寿命。

此外,钎焊砂轮的容屑空间更加充足,同时可以容纳更多的冷却液,不易堵塞且能够有效降低磨削工件温度,避免烧伤等现象,是未来刚石砂轮中有较高推广及替代性的产品。

三、刚石砂轮主要上游行业

刚石砂轮的生产原料和使用过程中,影响最大的来自金刚石微粉。金刚石是一种由碳元素组成的矿物,是石墨的同素异形体,其化学性质稳定,具有耐酸性和耐碱性,还具有非磁性、不良导电性、亲油疏水性和摩擦生电性等。金刚石是精密机械、石油开采、冶金、地质勘探和电子工业等行业不可或缺的关键材料,凭借优良的力学、热学、光学、电学、声学性能拥有十分广泛的应用领域。

由于天然金刚石原生矿藏储量不高且采掘难度和成本较高,成本及其高昂,无法被大范围应用于工业领域,通过科学手段合成的金刚石晶体,培育周期短,成本相对降低,因此人造金刚石行业已成为制造业的最基本部门之一。

其中人造金刚石微粉是金刚石单晶经过破碎、球磨等加工后形成的微米级或亚微米级超细金刚石粉体,被广泛用于磨料磨具行业,由于一些精密仪器、工件的研磨加工需要,对金刚石微粉产生了巨大需求。

由于各应用领域的各种仪器和精密件所要求的光洁度和精确度不同,所以对金刚石微粉的要求也不同,越是要求精确的工件,就要求研磨料的粒径越小,对金刚石微粉产品性能和品质提出更高要求,行业集中化趋势不断加强。

金刚石微粉品种特性及主要用途

种类 特性 主要用途
研磨用微粉 粉体粗端粒径主要为7μm以下,粒度分布极为集中,晶型规则,微粉颗粒强度高,杂质含量极低 主要用于制作研磨膏和研磨液等,多用于精密元器件、精细陶瓷、液晶玻璃、宝石及半导体等产品的研磨和抛光。
线锯用微粉 粉体粗端粒径主要为7-14μm,晶型较好,多棱角、锋利度好、粒度分布集中 主要用于制作金刚石线锯等,多用于蓝宝石、单晶硅、多晶硅、精密陶瓷、磁性材料等硬脆材料的切割
其他工具用微粉 粉体粗端粒径主要为14μm以上,晶形规则、粒度分布集中、颗粒形状呈浑圆状、具有良好的分散性、耐磨性 主要用于制作砂轮、磨片、复合片等其他工具,多用于陶瓷、石材和玻璃等材料的磨削。

资料来源:观研天下数据中心整理

随着我国人造金刚石生产技术的不断提高,人造金刚石行业进入快速发展阶段,自2000年开始,我国成为全球最大人造金刚石生产国,截至目前,我国金刚石单晶产量占全球总产量的90%以上,为国家乃至全球诸多高新技术的创新发展提供了强力支撑。

2000年至2019年,我国人造金刚石单晶产量由16亿克拉增加至142亿克拉(2018年为182克拉),增长了7.9倍。人造金刚石出口量36.85亿克拉,产量逐年递增,较2001年增长了20.21倍。

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资料来源:观研天下数据中心整理

我国金刚石微粉行业中规模以上厂家相对较少,主要为力量钻石、惠丰钻石、联合精密等企业,小规模厂家较多,但受生产技术水平和产能规模限制,大多数小厂家主要以生产低端微粉为主。根据《2019年中国磨料磨具工业年鉴》相关统计数据显示,2018年行业内主要金刚石微粉生产商的产量约为47亿克拉、产值约为12亿元。xlx)

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