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人造金刚石行业正经历从传统“工业牙齿”向“硬科技基石”的深刻变革，其核心投资逻辑源于需求端的爆发式增长与供给端的技术突破和成本下降共同驱动的产业升级。供需共振开启了金刚石产业的黄金增长期。选股的核心逻辑在于，率先掌握大尺寸、高品质、低成本CVD金刚石制备及精密加工技术的企业，将深度卡位AI、半导体等高增长赛道，享受从“0到1”和“1到N”的市场红利，获得远超行业平均的利润增长和估值提升。

需求侧：下游高科技应用打开全新增量空间。 随着摩尔定律趋近物理极限，以AI芯片、5G/6G通信、高功率器件为代表的高科技产业面临严峻的散热瓶颈和性能挑战。金刚石凭借其无与伦比的热导率（高达2000-2500 W/m·K，是铜的4-5倍）、超宽禁带、高击穿场强等优异物理性能，成为解决这些痛点的“终极材料”。

·AI芯片散热：高端AI芯片（如NVIDIA H100/H20、AMD MI300）功耗激增，热流密度超过1000W/cm²，传统散热方案已达极限。金刚石热沉已从“可选配件”升级为“必选核心部件”，成为高端芯片散热的标配材料。

·先进PCB加工：AI服务器对高速高频PCB材料（如M9石英布）的需求，使得传统钨钢钻针寿命骤降。金刚石微钻凭借其超高硬度和耐磨性，加工寿命可提升百倍以上，成为必然的技术升级方向。

·半导体器件：作为第四代半导体材料，金刚石在耐高压、耐高温、抗辐射方面远超硅和碳化硅，是未来功率器件、射频器件的理想选择，尽管产业化尚需5-10年，但已成为各国战略布局的焦点。

供给侧：CVD技术突破引领产业化浪潮。 过去，功能性金刚石受制于成本高昂和制备尺寸小，应用局限。近年来，以微波等离子体化学气相沉积（MPCVD）为代表的CVD技术取得关键突破：

·尺寸与良率提升：国内企业已实现3-6英寸晶圆量产，并加速推进8英寸乃至12英寸晶圆的研发与试产，逐步匹配半导体主流尺寸。

·成本快速下降：得益于国产CVD设备市占率提升（已突破40%）和新疆等低电价地区的产能布局，CVD金刚石制备成本显著降低，如热沉片成本降低三成，培育钻石成本较五年前下降60%。

1. 行业全景分析

1.1 行业定义和存在价值

人造金刚石是利用人工方法在高温高压（HPHT）或化学气相沉积（CVD）等条件下合成的晶体碳。根据应用领域，可分为两大类：

·工业级金刚石：主要利用其超高硬度，作为磨料、刀具、钻头等，被誉为“工业牙齿”，广泛用于传统制造、建筑、资源开采等领域。

·功能性金刚石：主要利用其在热、光、电、声等方面的优异性能，作为半导体材料、散热材料、光学窗口、量子器件等，被誉为“终极半导体材料”和“硬科技基石”。

功能性金刚石，其属于新材料产业中的第四代半导体材料分支。主要细分产品包括：金刚石热沉/衬底、金刚石/金属复合材料、金刚石光学窗口、金刚石涂层刀具、半导体级金刚石晶圆等。

核心痛点与价值： 功能性金刚石解决的核心痛点是现有材料（硅、碳化硅、铜、铝等）在极端工况下的性能极限。

·热管理：解决了AI芯片、高功率激光器等设备因功耗密度过高而产生的“热墙”问题，确保器件稳定运行并释放全部性能潜力。

·功率电子：突破了硅基、碳化硅基器件在耐压、耐温和工作频率上的瓶颈，为更高能效的电力系统（如800V以上新能源车、特高压电网）和更高频的通信系统（5G/6G）提供材料基础。

·精密加工：解决了对高硬度、高附加值新材料（如M9石英布PCB板）的精密、高效、低损耗加工难题。

未来重要时间节点：

2025年：金刚石半导体纳入国家“卡脖子”技术攻关清单，高端制品国产化率目标超过85%。金刚石散热方案在AI芯片中的渗透率有望进入快速提升通道。

2026年：被机构普遍视为金刚石散热材料从实验室走向量产的“元年”和产业“分水岭”。金刚石散热市场规模有望迎来指数级增长。国内企业有望在12英寸金刚石衬底上取得批量制备能力。

2027-2028年：GPU散热、光模块散热等领域市场规模有望形成超2000亿元的庞大市场。

2030-2035年（5-10年后）：金刚石作为主流功率器件的应用有望实现，真正进入半导体核心领域。

1.2 行业发展历程

萌芽与工业化阶段（1950s-2010s）：1955年美国GE公司首次合成人造金刚石，中国于1960年代实现技术突破。此后数十年，行业以高温高压法（HPHT）为主导，聚焦于生产工业磨料，中国凭借成本优势和产业集群（尤其在河南），成为全球最大的工业金刚石生产国，产量占全球90%以上。

消费应用探索阶段（~2018-2022）：随着HPHT和CVD技术的进步，人造金刚石进入珠宝领域，即“培育钻石”。这一应用带动了CVD设备和工艺的初步发展和产能扩张，为后续向功能材料转型积累了技术和资本。

功能化应用爆发阶段（2023-至今）：AI算力需求的井喷式增长，使芯片散热问题成为产业核心痛点。金刚石的物理性能优势被重新审视，CVD技术凭借其在高纯度、大尺寸制备上的优势，成为主流技术路线。国内外科技巨头（如英伟达、华为）和材料厂商纷纷布局，金刚石从“工业牙齿”和“饰品”向半导体、热管理等高附加值功能材料领域快速渗透，行业进入新一轮高增长周期。

1.3 商业模式解析

功能性金刚石行业的利润核心驱动因素正从规模效应转向技术领先和客户认证壁垒。

成本结构：

·固定成本：主要是CVD/HPHT等合成设备的折旧。一台MPCVD设备及配套投入约80-90万元。

·可变成本：电力是最大的可变成本，约占生产成本的40%。此外还包括碳源气体（如甲烷）、高纯石墨、人工等。因此，产能向新疆等低电价地区迁移是显著趋势。精密加工（尤其是抛光）成本占比也极高，可达40%以上。

利润驱动：

·技术溢价：掌握大尺寸（如8-12英寸）、高品质（低缺陷、高纯度）单晶生长技术，以及精密加工（如超薄减薄、微流道刻蚀）工艺的企业，能生产高附加值产品，享受远高于传统产品的毛利率。

·客户锁定：进入顶尖科技公司（如英伟达、台积电、华为）的供应链需要漫长的认证周期，一旦通过认证并形成合作，将建立极高的市场壁垒，获得稳定且利润丰厚的订单。

·产业链一体化：从设备自研、材料生长到加工服务的一体化布局，有助于控制成本、加速迭代并构筑综合竞争优势。

2. 产业链深度解析

2.1 产业链图谱

HPHT法只能做金刚石微粉，下游对应精密工具（PCB微钻、超精密刀具、减薄砂轮）。

2.2 上游：原材料与核心设备

上游环节为金刚石合成提供基础，核心在于合成设备和能源成本。

竞争格局：

·原材料：碳源（石墨、甲烷）、金属触媒等属于大宗商品，供应充足，但高纯度等级的材料对最终产品质量有影响。

·核心设备：HPHT六面顶压机已实现高度国产化，且核心零部件禁止出口，中国在该领域具备制造优势。CVD设备，特别是MPCVD设备，是技术壁垒最高的环节。过去由海外（如日本、德国）垄断，但近年来国产化进程加速，国产CVD设备市占率已突破40%，直接推动了中游材料成本的下降。西安英特斯克、河北普莱斯曼等公司在自研MPCVD设备方面取得进展。

技术趋势：

HPHT压机向更大腔体、更高压力和更智能控制发展，以提升单次合成产量和品级。

MPCVD设备向更高功率（从6KW向15KW甚至更高）、更大反应腔（支持8-12英寸晶圆生长）、更高均匀性方向发展。

产业链地位：上游设备商，特别是掌握核心MPCVD技术的企业，具有极强的议价能力和卡位优势。随着功能性金刚石需求的爆发，高性能CVD设备将成为稀缺资源，相关企业将深度受益。能源成本是决定生产布局的关键因素，新疆等地的低电价（可降低成本25%）使其成为产业转移的热点区域。

2.3 中游：材料制备与加工

中游是产业链的核心，完成从原材料到功能性金刚石成品的价值创造，技术壁垒和附加值最高。

竞争格局：中国是全球最大的人造金刚石生产国，工业金刚石产量占全球95%以上。在功能性金刚石领域，国内企业正从“跟跑”向“并跑”甚至“领跑”转变。

·传统巨头转型：以中南钻石（中兵红箭）、黄河旋风、力量钻石为代表的HPHT法龙头，正积极布局CVD技术和功能性应用。

·CVD新贵崛起：以四方达、沃尔德、国机精工为代表的企业，凭借在CVD技术上的先发优势和持续研发，在热管理、精密工具等新兴应用中进展迅速，已向华为、台积电等大客户送样或实现小批量供货。

技术趋势：

·大尺寸化：从2-4英寸向量产6-8英寸、研发12英寸迈进，是匹配半导体产业、降低成本的关键。四方达已明确表示具备12英寸衬底的批量制备能力。

·精密加工：由于金刚石极硬，加工是核心难点。激光切割/剥离技术（如水导激光、超快激光）正替代传统机械切割，以降低损耗（从500μm降至100μm以下）、提升效率。CMP（化学机械抛光）技术是实现亚纳米级表面粗糙度的关键。

卡位情况：掌握“CVD生长+精密加工”双重核心能力的企业将构筑最深的护城河。这类公司不仅能生产高质量的晶圆，还能根据下游客户需求提供定制化的加工服务（如切割、抛光、制作微流道），从而深度绑定客户，获取更高利润。随着产业发展，单纯的材料生长厂商将面临加工外协的瓶颈，而具备一体化能力的企业将越来越强。

2.4 下游：应用市场

下游应用是行业增长的最终驱动力，目前正呈现多点开花的局面。

热管理市场：近期最具现实前景和爆发力的领域。

·AI芯片：金刚石热沉在高端GPU中的渗透率已达12%（2025年数据），并有望成为标配。国内企业如思泉新材已获英伟达认证，力量钻石、沃尔德等也在积极送样。

·光模块/激光器：高功率光模块和激光器同样面临散热难题，金刚石/铜、金刚石/铝等复合材料是重要解决方案。

半导体市场：长期空间最广阔的领域。

·衬底材料：金刚石是理论上的终极半导体材料，但N型掺杂困难、成本高、与现有工艺兼容性差等问题仍待解决，预计大规模商用尚需5-10年。目前日本在器件研发上领先，中国在材料制备和产能上优势凸显。

精密工具市场：技术升级驱动的存量替代市场。

·PCB钻针：为应对M9等高硬度PCB板材，PCD（聚晶金刚石）微钻正替代传统钨钢钻针。沃尔德、四方达等已布局，并进入大厂验证阶段。

·研磨抛光：金刚石砂轮、研磨液在碳化硅、蓝宝石等硬脆材料加工中不可或缺，市场需求稳定增长。

2.5 核心技术路线、演进趋势

当前人造金刚石主要有两大技术路线：HPHT法和CVD法。

技术演进趋势： CVD法是决定金刚石能否在半导体等高端领域大放异彩的关键。其中，MPCVD（微波等离子体CVD）因无电极污染、等离子体均匀，被认为是制备电子级高质量金刚石的最优方案。未来，金刚石技术将向异质集成发展，即通过键合等技术将金刚石薄膜与硅、碳化硅、氮化镓等其他半导体材料结合，发挥各自优势，实现“1+1>2”的效果。

2.5 行业护城河分析

替代路径：在散热领域，短期内金刚石/金属复合材料（如金刚石/铜、金刚石/铝）因成本较低、加工性好，是纯金刚石热沉的一种补充或过渡方案。但从极限散热性能看，高品质CVD金刚石仍是终极解决方案，目前没有性能更好的替代材料。

3. 市场空间测算

3.1 供需现状、核心假设

需求端现状：

·AI芯片散热：需求最为迫切且增长最快。英伟达、AMD等高端AI芯片功耗已达千瓦级别，传统散热方案失效，金刚石散热方案已进入头部厂商测试和导入阶段。

·PCB钻针：M9等新一代PCB板材硬度大幅提升，导致传统钻针寿命锐减，金刚石钻针的需求应运而生，处于商业化应用前夕。

·半导体衬底：仍处于研发和小规模应用阶段，商业化尚需时日，但远期市场空间巨大。

供给端现状：

·产能：中国工业金刚石产能占全球90%以上，功能性金刚石产能正快速扩张。2025年国内金刚石半导体材料总产能已突破500万克拉/年，其中热沉材料占比65%。

·技术：CVD法制备大尺寸、高品质金刚石的技术不断突破，成本持续下降，为商业化应用奠定了基础。国产CVD设备和激光加工设备的发展，进一步加速了这一进程。

核心假设：

·AI芯片市场增长：根据Markets and Markets的预测，全球AI芯片市场规模在2032年将达到5648.7亿美元。

·金刚石散热渗透率：随着技术成熟和成本下降，金刚石散热方案在AI芯片中的渗透率将逐步提升。我们参考券商报告，设定2032年保守/中性/乐观三种情景下的渗透率分别为5%、10%、25%。

·价值量占比：金刚石散热方案作为核心部件，其价值量在单颗芯片成本中的占比将随芯片性能和散热重要性的提升而增加。我们设定2032年保守/中性/乐观三种情景下的价值量占比分别为5%、8%、10%。

3.2 市场规模测算

基于上述假设，我们仅测算AI芯片散热这一核心增量市场的规模。其他如PCB钻针（预计2026年市场规模50亿元）、半导体衬底（预计2030年市场规模50亿美元）等将提供额外增长空间。

AI芯片散热市场规模测算 (2032年)

测算结论： 仅考虑AI芯片散热应用，到2032年，金刚石散热市场规模预计将达到974亿至9741亿元人民币的区间。这是一个从几乎为零到千亿级别的巨大增量市场。东方财富证券预测，2026年该市场规模就将从2025年的0.5亿美元飙升至12亿美元，复合增速高达214%。市场的巨大弹性为产业链相关公司提供了广阔的成长空间。

4. 市场竞争格局

4.1 核心玩家梯队

全球功能性金刚石领域的竞争格局呈现出“中国材料+日本器件+美国应用”的差异化分工态势，但中国企业正凭借产业链优势向上游核心技术和下游应用快速渗透。

国际梯队：

·第一梯队：Element Six（戴比尔斯旗下，英国）、Diamond Foundry（美国）。技术积累深厚，在CVD单晶生长、半导体应用方面起步早，并与顶尖科技公司深度绑定。Diamond Foundry宣布在西班牙巨额投资建设金刚石晶圆厂，目标直指半导体市场。

·第二梯队：日本企业群（住友电工、EDP、PDS等）。在金刚石器件研发、N型掺杂、键合技术等方面处于全球领先地位，深耕航天、新能源车等高端应用。

国内梯队：

·第一梯队：CVD技术领先者。沃尔德、四方达、国机精工。这三家公司在CVD技术（特别是MPCVD）上布局早、投入大，产品已覆盖热沉、光学、精密工具等多个功能性领域，并率先进入下游大客户（台积电、华为、深南电路等）的验证或小批量供应阶段，是目前分享新兴市场红利确定性最高的群体。

·第二梯队：传统HPHT巨头转型者。力量钻石、黄河旋风、中兵红箭（中南钻石）。这些公司拥有强大的HPHT产能、资金实力和产业经验，正通过新建CVD产线、合作研发等方式快速切入功能性材料赛道。例如，力量钻石的散热片项目、黄河旋风的大尺寸单晶研发等。

·第三梯队：产业链新进入者与科研机构。包括恒盛能源（通过子公司桦茂科技布局CVD）、惠丰钻石（专注微粉并延伸CVD）等，以及中科院宁波所、西安交大、哈工大等在基础研究和前沿技术上取得突破的科研单位。

4.2 核心公司对比分析

沃尔德：功能性金刚石应用领跑者，双轮驱动成长

沃尔德是国内超硬刀具领域的领军企业，近年来凭借深厚的技术积累，前瞻性地向金刚石功能材料领域拓展，并在金刚石热沉和PCD微钻两大高增长赛道上均取得了国内领先的产业化进展。公司掌握从设备到材料再到加工的全链条技术，构筑了极高的竞争壁垒。

金刚石热沉业务：公司是国内少数能全面掌握多种CVD生长路线的企业，已成功制备12英寸热丝法CVD金刚石片。其热沉产品已送样至全球顶尖晶圆代工厂台积电进行测试，用于配套英伟达下一代GPU。公司正研发的带微流道结构的新一代产品，单片价值量有望从1.5万元提升至4万元以上，显示出强大的技术迭代和价值提升能力。

PCD微钻业务：针对AI服务器带来的M9等高硬度PCB板加工难题，公司推出的PCD微钻产品表现出卓越性能，在客户验证中寿命可达1万孔以上，远超传统钻针。目前已在PCB龙头企业深南电路进行测试，并即将与胜宏科技展开合作，商业化落地在即。

四方达：CVD技术平台型企业，远期半导体衬底潜力巨大

四方达是国内复合超硬材料的龙头，公司以自研MPCVD设备为核心，打造了强大的CVD金刚石技术平台。公司不仅在热沉、刀具等近期应用上积极布局，更在高难度的半导体级大尺寸衬底领域取得关键突破，展现出成为平台型公司的巨大潜力。

CVD金刚石业务：“天璇功能性金刚石超级工厂”已投产，具备批量制备大尺寸金刚石衬底和薄膜的能力。在热沉领域，已向两家半导体大客户送样测试。在PCD微钻领域，公司依托传统业务的技术积累，已重启项目并积极接洽客户。

半导体衬底布局：公司最大的看点在于其在12英寸半导体级金刚石晶圆上的突破。公司已公开表示，与中芯国际联合开发的12英寸衬底已进入试产阶段，关键指标达到客户要求。这标志着公司在国内乃至全球金刚石半导体材料领域占据了技术制高点，为其长期发展打开了无可比拟的想象空间。

国机精工：背靠国家队的CVD技术核心标的

国机精工背靠国机集团和郑州磨料磨具磨削研究所（三磨所），是我国超硬材料领域的“国家队”。公司在CVD金刚石领域技术底蕴深厚，产品品质高，已在要求严苛的非民用领域实现稳定供货，技术实力得到验证。

功能性金刚石业务：公司以MPCVD为核心技术路线，产品主要为金刚石散热片和光学窗口片，2025年相关收入已突破千万元，主要来自非民用领域。公司正通过定增项目加速MPCVD产能扩张，以满足日益增长的市场需求。

民用市场突破：公司最大的期待在于民用市场的开拓。目前，其金刚石散热产品正在与华为进行产品测试合作，预计2026年将有测试结果。一旦成功切入华为等国内科技巨头的供应链，公司将凭借其技术和品牌优势，快速在民用市场放量。