鄭州銳捷超硬材料有限公司

金剛石砂輪的現狀和展望

發布日期：2015-08-02

金剛石、CBN砂輪是超硬材料工具中最典型的一種工具，是以金剛石或CBN為磨料，借助于結合劑或其它輔助材料，在一定的生產條件下制成的具有一定形狀、性能和用途的產品。金剛石、CBN砂輪按結合劑種類主要可分為金屬結合劑、陶瓷結合劑、樹脂結合劑。隨著超硬材料工具技術的發展，其可加工的對象幾乎囊括了所有的已知材料，大大提高了各種機械精密加工領域的加工效率、加工質量，尤其是作為高速、精密、數控、微細加工等先進制造技術的重要組成部分，其應用主要有兩大領域：一是硬脆材料加工領域，主要指藍寶石、單晶硅、多晶硅、磁性材料、碳化硅、耐火材料、玻璃、地質鉆探等硬脆材料加工領域；二是各種機械精密加工領域，主要指電子、機械、汽車、新能源等精密加工領域。按其用途的不同，又可分為：金剛石磨削砂輪、金剛石鋸切砂輪片、金剛石鉆探刀頭等幾個大類。

金剛石工具的出現使得以前只能依靠繁重的手工勞動、低效率加工硬脆材料的方式成為歷史，代之以機電一體化的現代先進加工方式，其加工效率得以實現大幅提高，金剛石砂輪在磁性材料、藍寶石、硅材料、建筑陶瓷、石材、鋼筋混凝土等硬脆材料加工領域是目前最有效的工具。

全球超硬材料工具的生產遍及世界各地，其中，磨削切削類工具以日本、德國、美國及韓國制造水平為高，這些國家磨削工具正快速向超硬材料工具轉化，其它磨具用量已在逐年減少。由于超硬材料制品具有高效、節能、壽命長、環境友好的突出特點，其效率和壽命比傳統工具高數十倍。

我國的超硬材料制品行業起始于二十世紀七十年代。在此之前，金剛石鋸片等超硬材料工具幾乎全部依賴進口，八十年代全國各地興起了大批以生產小直徑金剛石鋸片為主的生產企業，九十年代開始進入高速發展期。我國超硬材料工具產業實現了從無到有、從小到大，形成了一個門類齊全、具有相當規模的完整工業體系，包括配套的原材料供應體系、設備供應體系、輔助材料體系和市場體系，已經能夠生產出基本滿足各行業發展所需的超硬材料工具，每年還有大量產品出口，尤其在中低端產品上具有明顯競爭優勢，但在高端產品制造和技術水平上與國外先進水平相比仍存在一定的差距。

隨著我國科學技術的不斷進步，超硬材料的獨特性能得到不斷的開發利用，超硬材料制品技術水平不斷提高，應用領域不斷擴展，超硬材料制品行業已經成為國民經濟和國防建設不可缺少的重要組成部分。

隨著人造金剛石技術的日益成熟以及中國經濟的快速騰飛，我國在金剛石工具制造技術上有了較多的積累與進步，具備了較強的制造能力。由于我國企業在勞動力成本上的優勢，加之技術研發上的后發追趕態勢，使得我國企業在產品性價比上具有明顯優勢。市場需求的快速增長，各地金剛石工具企業紛紛上馬，并出現了一批具有國際競爭實力的優勢企業。我國已成為世界上重要的金剛石工具生產國、使用國和出口國，年產值超過百億元。金剛石工具在新興行業領域內的應用有望進一步拓展隨著人造金剛石品級的不斷提升, 其優良的性能有望在高新技術領域得到更廣泛的應用,如可用于航空儀表軸承、雷達波導管、光學器件、高能煙速器等精密儀器的加工；可用于單晶硅、多晶硅0.1-0.2mm厚度片的切割、磨削、衛星太陽能電池板等高效精密加工；可用于計算機芯片等大規模集成電路的微細精密切割、開槽、背面減薄、納米金剛石拋光等加工。世界發達國家無不把包括人造金剛石在內的超硬材料及制品作為發展重點，超硬材料及其制品的研究與應用水平在某種程度上代表著一個國家的科技發展水平。

金剛石、CBN砂輪按使用用途分類，國內市場主要有以下應用領域還存在著較大的發展空間。

1. 磨PCD、PCBN刀具砂輪

據報道，日本PCD、PCBN刀具年產值占其國內各類刀具總產值的4%左右，美國占4.14%，俄羅斯占6%～7%。目前我國PCD、PCBN切削刀具年產量僅40多萬把左右，銷售額不到2億元，約為國內各類刀具總產值的0.5%左右，仍有2/3的PCD、PCBN刀具市場為進口產品，國產PCD、PCBN刀具不到1/3的市場份額，且使用的PCD、PCBN刀具原材料幾乎都為國外進口產品，因此，我國PCD、PCBN刀具發展與國外尚有很大的差距。隨著國內鎢礦資源的進一步減少，PCD、 PCBN刀具的需求量會急劇上升，相關的砂輪用量也會相應增加。

2. 磨陶瓷刀具砂輪

陶瓷刀具材料是一種最有前途的高速切削刀具材料，在生產中有廣泛的應用前景。目前，它已引起世界各國的重視。在德國約70%加工鑄件的工序是用陶瓷刀具完成的，而日本陶瓷刀具的年消耗量已占刀具總量的8%～10%。我國陶瓷刀具的發展也十分迅速，研究與開發水平與國際相當。陶瓷刀具具有非常高的耐磨性，它比硬質合金有更好的化學穩定性，可在高速條件下切削加工并持續較長時間，比用硬質合金刀具平均提高效率3～10倍。它實現以車代磨、以銑代拋的高效“硬加工技術”及“干切削技術”，提高零件加工表面質量。實現干式切削，對控制環境污染和降低制造成本有廣闊的應用前景。在此背景下，相關陶瓷刀具用修磨砂輪會有一個強勢的發展。

3. 磨磁性材料砂輪

磁性材料主要包括永磁材料和軟磁材料等，覆蓋很多高新技術領域。在稀土永磁材料技術、永磁鐵氧體技術、非晶軟磁材料技術、軟磁鐵氧體技術、微波鐵氧體器件技術、磁性材料專用設備技術等領域，全球已經形成龐大的產業群。其中，僅永磁材料的年度市場銷售額就已經超過100億美元。未來中國的磁性材料產業將會持續發展10-20年。后續發展集中在高性能產品。據報道，2013年、2014年中國的磁體的產量占全球產量60%以上。高性能產品超過國內總產量的50%。這些磁性材料的加工磨削要求我們盡快提供高效節能的磨削工具。

磁性材料用金剛石砂輪市場基本由國內企業占據為主，但是，一些高端產品還是依賴國外進口。

4. 磨藍寶石砂輪

目前藍寶石的行業應用主要為LED襯底片與光學窗口片。

根據ACRICHE統計資料顯示，2008年全球LED照明應用，以建筑照明為最大用量，達1.87億美元，其次為消費性可攜式照明如手電筒、露營燈等，2008年全球市場規模則約5600萬美元，零售賣場展示應用市場規模約3900萬美元；總計2008年全球LED照明應用市場規模為3.97億美元。研究指出，2011年全球LED照明市場規模已達至14億美元，其中建筑照明和商業照明又將率先成為主力市場；建筑照明市場規模增長到4.72億美元，零售賣場展示LED照明應用市場則增長至1.44億美元，可攜式消費性LED照明產品市場規模則成長到9900萬美元。

另據中國行業研究網報道，2015年中國LED照明需求預計將達到100億美元的規模，LED照明將占到照明市場的50%，且近幾年還將保持30%左右的增長。

藍寶石光學窗口片被廣泛應用于激光、紅外、通訊、半導體、電子、鐘表、醫療美容、測量儀表、軍工及航空航天等諸多尖端高科技領域。

藍寶石是僅次于金剛石的高硬度材料，在藍寶石的各行業加工及應用中，基本是全過程需要超硬材料的加工，因此金剛石砂輪，被廣泛應用于原材料的切割、平磨、外圓磨；半成品的倒角磨、減簿磨、開槽、打孔等等。其中藍寶石的倒角砂輪、減簿砂輪目前基本上是國外企業占據了大部分的國內市場。

5、磨半導體砂輪

IC半導體產業是一個高投入、高產出的高科技行業，也是國家重點扶持產業。

中國行業咨詢網的最新預測報告指出，中國IC市場可望在2012年-2017年之間，以13%的復合平均成長率持續擴張。報告同時指出，中國IC市場規模由2014年1000億美元，在2017年成長至1500億美元，在2017年中，中國市場將占據全球的晶片市場的38%的比例。

此外預期中國本地區制造的晶片將在接下來幾年激增，在2012年中國本地制造IC占據當地總計810億美元規模晶片市場的11.2%；但在2012年至2017年，中國本地制造IC將以16.5%的復合平均成長率增加，營業規模由2012年的91億美元成長至2017年的195億美元，占據當地總計1480億美元晶片市場的13.1%。

金剛石砂輪在IC產業鏈中，被廣泛用于切割、倒角、拋光、減簿等，目前大多由日本、美國、臺灣企業占據著國外及國內市場。 國內半導體金剛石砂輪無論是工藝技術、產品質量，都與國外發達國家有很大的差距。

6、磨有色金屬CBN砂輪

電子信息、汽車制造等作為與人民生活水平提高息息相關的新興產業，近年來發展迅猛，帶動了CBN砂輪等制品需求的不斷擴大。汽車領域的發動機凸輪軸、曲軸的加工，需要超高速、高效精密成型砂輪，對強度、鋒利性以及形狀保持性、動平衡性能提出遠高于傳統加工方法的要求；空調、冰箱壓縮機主要零部件缸套、滑片的加工，應用固結磨具雙端面磨削技術替代傳統加工工藝，對磨具的平面度、平行度、耐用度提出了比普通磨具高幾個數量級的要求。此外，隨著鈦、鎳合金、熱噴涂陶瓷、金剛石膜等各種新型高溫難加工新材料在航天航空以及國防工業領域內的應用，金剛石高效精密砂輪作為不可替代的理想磨削工具，其消耗量也呈快速增長的態勢。

2010年亞太地區（含中國）電子、汽車、家電等行業高效超硬精密磨具的市場消耗達到120億美元，2012年達到187億美元，2013年達到243億元，年均增長達到30%左右。

目前CBN砂輪國內有較多的企業具備一定的競爭能力，但是大直徑高端砂輪還是被國外品牌占據大多市場份額。

總體來說，隨著高速磨削、超精密磨削技術快速發展，普通磨具已不能滿足生產需要，超硬磨具因其結合強度高、成型好、使用壽命長等顯著特性而生產得到廣泛應用，使得“B（CBN）代替A（剛玉系列），D（DIAMOND）代替C（碳化硅）”成為行業發展趨勢，超硬磨具產品則向“更快、更精、更簿、更厚、更小、更細、更耐用”的高檔化方向發展。

隨著我國成為世界制造業的中心，重型數控機床、高效精密數控機床、超精密數控機床、CNC多功能加工中心以及高速及超高速切削、精密及超精密切削、微細切削、硬態切削、干切削等先進制造技術和難加工材料在高技術和國防領域、重大基礎裝備領域、國民經濟支柱產業領域得到越來越廣泛的應用，磨料磨具要求具備“高速、高效、高精度、綠色環?！钡乃拇筇匦?，超硬材料刀具、超硬材料磨具、金剛石滾輪成為實現以上先進制造技術必不可少的基礎裝備之一。

展望未來，超硬材料企業的機遇與挑戰并存。

普通磨具的應用領域與應用規模將會逐漸縮減，超硬材料磨具的應用領域與應用規模將不斷增長，金剛石、CBN砂輪的市場規模不斷增長將帶給國內企業充分的成長空間。

但是近年來，由于世界材料技術、機械加工工藝和技術，以及科研手段的迅猛發展，國外磨料磨具行業的發展迅速，新技術、新產品、新工藝不斷涌現；而國內企業缺乏科研投入、技術創新，許多高端磨料磨具，尤其是超硬材料磨具已經與國外先進技術拉大了差距，這將留給國內超硬材料工作者更大的挑戰。