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培育钻石行业深度报告:受益于全球C端崛起

时间:2022-12-08 21:06:23 | 浏览:1078

(报告出品方/作者:财通证券,刘洋、李跃博)1. 培育钻石东风,推动产业革命1.1.实验室培育的真钻石,从工业明珠到消费新风尚钻石性能优异,下游应用广泛。钻石是金刚石精加工而成的产品,也是世界上最 坚硬的、成份最简单的宝石,它是由碳元素组成

(报告出品方/作者:财通证券,刘洋、李跃博)

1. 培育钻石东风,推动产业革命

1.1.实验室培育的真钻石,从工业明珠到消费新风尚

钻石性能优异,下游应用广泛。钻石是金刚石精加工而成的产品,也是世界上最 坚硬的、成份最简单的宝石,它是由碳元素组成的、具有立方结构的天然晶体。 自然界中的天然钻石是由地表以下约 100 英里深处碳单质形成的,压力为 4.5- 6.0Gpa、温度为 1100-1500℃。近代以来科学家通过实验室模拟金刚石生长环 境,生产出人造金刚石,并通过改良技术培育出钻石。

钻石作为强折射、高色散的宝石品种,在奢侈珠宝中占据一席之地,同时具备高 强度、高灵敏、高透光、高功率、高热传导率和高电子迁移等热、光、电、声和 化学性能优势,被广泛应用于建材石材、勘探采掘、机械加工、清洁能源、消费 电子、半导体等领域。人造金刚石被广泛应用于工业生产中,而培育钻石作为钻石消费领域的新兴选择,主要用于制作各类钻石饰品及其他时尚消费品。


培育钻石与天然钻石无异,都是真钻石。培育钻石在物理性质(晶体结构、折射 率、色散率、硬度、密度等)、化学成分(碳 C)上与天然钻石完全相同。与之相 对应的,锆石(立方氧化锆)、莫桑石(碳化硅)、白色蓝宝石、金红石、尖晶石 等与钻石在物理性质、化学成分上差异较大,是伪钻石。

技术突破培育宝石级金刚石,中国占据优势地位。自然界中金刚石储量稀少,且 集中于南非、俄罗斯等地。20世纪以来采掘钻探、精密加工等行业对金刚石需 求大增。受技术水平限制,工业金刚石合成量曾是一国工业综合实力的象征,人 造金刚石也被誉为工业明珠。1953 年,瑞典通用电机公司 ASEA 成功制造了 1mm 以下的金刚石晶体。1964 年,中国科学院使用 200 吨级的两面顶压机, 首次成功合成人造金刚石。1965 年,中国成功研发六面顶压机,此设备逐步成 为我国金刚石合成的主导设备。截至 2021 年,我国金刚石合成量已连续 18 年 稳居世界第一。

2013 年 CVD 钻石开始逐步进入珠宝市场,随着技术突破,2015 年实验室开始 陆续鉴定 1 克拉以上的 CVD 培育钻石。2015-2016 年,豫金刚石在 1-3 克拉毛坯培育钻石生产中取得突破,可加工为 1 克拉以下裸钻。2018 年,中南钻石、 黄河旋风先后突破 3-6 克拉毛坯技术,并开始批量化生产,意味着我国在培育 钻石生产领域达到世界领先水平。


1.2.权威机构背书,共享 4C 分级标准

培育钻石与天然钻石均使用 4C 分级标准。20 世纪 40 年代,美国宝石研究院 (GIA)首创“4C”标准和国际钻石分级系统,从颜色(Colour)、净度(Clarity)、 切工(Cut)和克拉重量(Carat)四个维度对钻石进行认证。

钻石颜色分为 5 个级别,包含 Colorless(无色,包含 DEF 色)、Near Colorless(接近无色,包含 GHIJ 色)、Faint(淡黄色,包含 KLM 色)、 Very Light(包含 N-R 色)、Light(包含 S-Z 色),钻石越接近无色,其 价值越高(彩钻例外);

净度分为 6 个级别,包含 Flawless(FL,完美无暇)、Internally Flawless (IF,内部无暇)、Very Very Slightly Included(VVS,极微瑕,包含 VVS1~VVS2)、Very Slightly Included(VS,微瑕,包含 VS1~VS2)、 Slightly Included(SI,小瑕 SI1~SI2)、Included(I,包含 I1~I3);

切工分为 5 个级别,包含完美(Excellent)、很好(Very good)、好(Good)、 一般(Fair)、差(Poor)。

国际宝石学院(IGI)自 2005 年开始提供培育钻石检测和认证服务,并于 2021 年成为首个获得 ISO 认证的培育钻石鉴定机构;GIA 于 2007 年推出合成钻石 鉴定证书,并于 2019 年 7 月开始提供实验室培育钻石证书;2021 年 3 月,我 国国家珠宝玉石质量监督检验中心(NGTC)推出培育钻石专用检测证书。

1.3.HPHT 与 CVD 两条路线长期并存,技术殊途同归

两条技术路线共同发展,推升培育钻石产量。经过多年研究发展,已有多种方法 可以制备培育钻石,目前商业化的仅高温高压法(HPHT)和化学气相沉积法 (CVD)两类技术路线。HPHT 法和 CVD 法采用完全不同的合成原理和合成 技术,生产出的产品类型和产品特点也各不相同。2020 年,全球培育钻石毛坯 产量 700 万克拉中,HPHT 法和 CVD 法分别为 320、380 万克拉。


国内 HPHT 合成技术世界领先,其合成原理是石墨粉在超高温、高压条件及金 属触媒粉催化作用下发生相变生长出钻石晶体,合成速度快、单次产量高。HPHT 合成培育钻石以塔状为主,生长速度快、成本低、纯净度稍差,但综合效益具有优势,特别是在 1-5ct 培育钻石合成方面具有明显优势。2020 年,国内培育钻 石毛坯产量约 300 万克拉,占全球产量的 43%,其中 HPHT 法产量约 280 万 克拉,几乎垄断全球 HPHT 法生产。

CVD 法培育技术在国外应用多年,其合成原理是含碳气体(CH4)和氢气混合 物在超高温、低压条件下被激发分解出活性碳原子,通过控制沉积生长条件促使 活性碳原子在基体上沉积交互生长成钻石晶体。CVD 合成培育钻石呈板状,颜 色不易控制、培育周期长、成本较高,但纯净度高,较适宜 5ct 以上培育钻石合 成。

不同技术路线取长补短,钻石毛坯趋同。目前培育钻石毛坯供给中,HPHT 法和 CVD 法各占约一半,中国则以 HPHT 法为主。受上游设备产能限制,HPHT 法 与 CVD 法两条技术路线均无法快速扩产,核心厂家注重专利保护限制技术外溢, 供给格局难以在短时间内改变。较长时间内,业内普遍认为,1)HPHT 法下颜 色优势更为明显,无需后期改色,但合成工艺中需添加金属触媒,净度稍有劣势; 2)CVD 法下毛坯净度更高,大部分产品均在 VS 以上,但颜色上稍有劣势,多 为褐色。


我们认为,经过工艺技术改良,HPHT 法和 CVD 法产品逐步同质化。国内 HPHT 法工艺路线成熟,占据主要市场份额,设备供应也以国内为主。CVD 法技术则 在多国应用,海外设备供应商较为分散。

都可生产高色高净产品:1)HPHT 法下,主要生产厂家均可量产白钻(DF 色),且净度能达到 VS 以上;2)CVD 法下毛坯净度大部分都在 VS 以 上,部分厂家已可直接长白,无需后期改色。

都可生产大克拉产品:消费用培育钻石 1-2 克拉最佳,对应需要 3-6 克拉 毛坯。1)HPHT 法