摘要：（报告出品方/作者：华西证券，俞能飞，曾雪菲）1.培育钻石：实验室合成真钻石1.1 培育钻石与天然钻石性质完全一致与仿钻不同，培育钻石是在实验室中人工模拟天然钻石结晶的过程及条件培育的真钻石。人造钻石在化学成分、晶体形态等化学物理性质方面与...
（报告出品方/作者：华西证券，俞能飞，曾雪菲）
1.1 培育钻石与天然钻石性质完全一致
与仿钻不同，培育钻石是在实验室中人工模拟天然钻石结晶的过程及条件培育的真钻石。人造钻石在化学成分、晶体形态等化学物理性质方面与天然钻石相差无几，肉眼无法分辨，只有极为精密的仪器才能通过检测微量元素和晶体生长的微小差异从而检测出二者差异。培育钻石在晶体结构的完整性、折射率、相对密度、色散等方面已经可以与天然钻石媲美，在硬度値、导热性、热胀性、电阻率、可压缩性等方面，两者表现也几乎完全一致。
1.2 4C评价标准已初步构建
培育钻石国标已经初步构建，4C为评级标准，与天然钻石相同。最新的培育钻石国标中，除了明确合成钻石品质评价与自然界的稀有度无相关性，其他品质评价项目多参照了GB/T 16554《钻石分级》执行。从颜色（Color）、净度（Clarity）、切工（Cut）及重量（Carat）四个维度对钻石的品质进行评测，简称4C分级。颜色级别分为D、E、F、G、H、I、J、K、L、M、N。
1.3 培育钻石技术发展历程
关于人造金刚石的研究由来已久，工业上已经应用成熟。18世纪末，法国化学家拉瓦锡发现钻石是在地球深部高压、高温条件下形成的一种由碳元素组成的单质晶体，为后世的培育钻石技术提供了理论基础。1953年，瑞士工程公司（ASEA）首次合成出了40粒小颗的钻石，开启人工制备金刚石的新纪元。此后，工业级钻石的合成技术得到广泛应用，目前几乎三分之二的工业用钻已由合成钻石替代，主要应用于钻头、拉丝模具、磨料、工艺品等领域。
宝石级培育钻石随着技术进步逐渐出现，近两年稳定生产大克拉技术突破迎来行业爆发点。1970年，宝石级大颗粒的钻石在美国通用电气公司合成成功。2012年，随着合成技术不断成熟，培育钻石在美国消费市场零星出现。2020年，国内培育钻石厂商能批量稳定生产3-6克拉钻石毛坯，颜色可达最高可达D色，净度最高可达VVS，4C标准上达到较好水平。
1.4 培育钻石技术
高温高压法（ HPHT ）
高温高压法（HPHT）合成的基本原理是在人造的高温高压环境下将石墨进行相转变生成钻石，一般需要10GPa、3000℃以上的压力和温度。如果有金属触媒（如Fe、Ni、Co、Mn等以及它们的合金）的参与，石墨相变为钻石所需要的条件将大幅降低，通常压力为5.4GPa，温度为1400℃。高温高压法制备过程中需要使用到的核心设备为六面顶压机、合成块和石墨芯柱等。其制备流程为：
1）石墨芯柱制备：首先将石墨粉、金属触媒粉和添加剂按照原材料配方所规定的比例混合后再经过造粒、静压、真空还原、检验、称重等工序制作成石墨芯柱；
2）合成块组装：将石墨芯柱和复合块、辅件等密封传压介质按照技术要求和操作工艺规定组装在一起，将叶蜡石粉混合压制成复合块，再将石墨芯柱、复合块及导电钢圈、堵头、加热组件及绝缘组件等设计成合成块。
3）单晶合成：将合成块放入六面顶压机内，按照设定程序进行加温加压并长时间保持恒定，待晶体生长结束后停热卸压并去除密封传压介质取得合成柱。合成工序是石墨粉经过物理反应生产成金刚石单晶和培育钻石的过程，是整个生产工艺流程的核心环节。
4）提纯处理：提纯处理是剔除合成柱中未反应完全的残留石墨以及混杂其中的触媒金属、叶蜡石等杂质，从而获得纯净的金刚石单晶和培育钻石。
化学气相沉积法（ CVD ）
CVD法指将含碳元素的混合气体置于高温低压的环境下，将晶种至于真空腔体内，通入含氮、甲烷和氢的含碳混合气体，其中甲烷是合成钻石碳原子的来源、而氮则其催化作用，增加钻石生长速度，氢可以抑制石墨的形成，在高温等离子的作用下，含碳气体被离解，碳原子在钻石基底上沉积成钻石膜。微波等离子体CVD是制备高质量金刚石的首选方法。
1） 抽真空：在CVD设备基座上放置钻石衬底（晶种），将腔内气压抽至0.1个大气压；
2） 通气加热：向真空腔内通入含氮、甲烷和氢的含碳混合气体，通过处理让其形成等离子体；
3） 沉积：气体在成为等离子体的过程中碳原子会向钻石晶种靠近，逐渐在其表面上沉积出一层钻石薄膜。
HPHT和CVD法对比：高温高压法（HTHP）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；化学气相沉积法（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。
2.1 钻石产业链整体概览
设备厂商：同时用于工业金刚石生产和培育钻石生产、行业存量大、盈利能力较差，国机精工（三磨所）是唯一有六面顶压机业务的上市公司，其六面顶压机目前的毛利约为10%。
毛坯钻石生产商：培育钻生产商一般是工业金刚石生产商转化而来，无技术积累厂商较难进入市场。设备厂商产能和扩产动力有限，另外新设备需要调试，调试周期大约3-4个月，产能扩张短期存在限制。技术壁垒和供需关系带来较高的毛利，如力量钻石19-20年培育钻石毛利在60%以上。
打磨切割加工商：格局分散，技术水平低，依赖廉价劳动力，盈利水平低，2020年利润约为3%-5%。
钻石鉴定机构：GIA/IGI/HRD/NGTC为裸钻鉴定机构，鉴定证书是对钻石品质的权威认证，大多数品牌钻都配备证书。
品牌零售商：下游分散，品牌力带来定价能力，如莱绅通灵19-20钻石业务毛利率达到58%。
2.2 培育钻石设备毛坯生产设备
高温高压设备：六面顶压机
国内技术产能领先。1965年我国自主研发的金刚石六面顶压机问世，生产效率较原来国外研发的两面顶压机提高近20倍，元素六、日本住友电工、韩国ILJIN公司等国际企业均购买中国生产的大型六面顶压机替代原有的两面顶压机。
2.3 上游：产能分布集中，大部分集中在中国
全球产能较为集中，中国是培育钻石的主要产地，占比达40%~50%。不同于天然金刚石产能受地理条件限制主要集中在南非、扎伊尔等，培育钻石的产能大部分集中在中国。2020年培育钻石产能全球约600~700万克拉，其中中国产能远超其他国家达300万克拉，占比约50%，其次为印度和美国，分别为150万克拉及100万克拉，合计占比超30%。
国内产能90%以HPHT法为主，国外以CVD法为主。生产国内钻石产能则主要集中在宁波晶钻、上海征世、华晶金刚石、中南钻石、黄河旋风等企业。从生产技术角度而言国内主要还是采用HPHT法生产，而全球其他地区如印度、美国、欧洲等基本采用CVD法生产钻石。整体来看，去年全球HPHT法培育钻石的产能大约占45%；而CVD法产能大约占55%。HPHT法与CVD法存在着技术壁垒，预计短期之内我国仍然将以HPHT法为主。
2.4 中游：劳动密集度高，印度为主要加工地
中游产业为劳动密集型，印度为主要加工地。培育钻石的中游，主要对钻石毛坯进行贸易、加工和设计镶嵌，中游加工的毛利率约在10%以下。由于钻石加工需要根据不同的成品需求加工出不同的形状，因此加工行业较难实现自动化生产，需要经验人员进行切磨操作，因此人力成本较高，属于劳动密集型行业。目前印度是全球培育钻石的切磨中心，2015-2020年印度进口全球80%以上的毛坯钻石，2020年达到95%，其切磨加工集中在苏拉特等地，形成了高度集中的加工产业集群。而中国钻石切磨：工厂分散在广东、广西、河南、湖南等地，在切磨加工后的成品钻石销往世界各地。（报告来源：未来智库）
钻石加工即在钻石毛胚上进行切割、磨光等多个步骤，使其形成一定的形状以及光泽，主要加工流程可以分为：毛坯设计、劈分、粗磨、打圆成型、抛光等。
2.5 下游：美国为最大的成熟消费市场，渠道线上化趋势
培育钻石最大消费市场在美国。根据贝恩咨询数据，2020年培育钻石零售市场，主要集中在美国、中国、印度三大国家，其中美国销售份额最高，居于首位，且增速快于其他国家。下游珠宝品牌商大多都是美国品牌，据统计目前美国已经拥有 25 个培育钻石品牌，中国拥有 19 个，欧洲拥有 9 个，其他地区则较少。
线上渠道增速较快。主要品牌商线上销售比例提升，美国从2013年的9%提升至2020年的22%；中国从2013年的2%提升至2020年的16%。
3.1 天然钻石供给不足、培育钻石有成长机会
全球钻石珠宝市场消费需求稳步增长。2019年全球钻石珠宝销售额达到790亿美元，2013年至2019年期间全球钻石珠宝销售额年均复合增长率为1.34%。2020年受到疫情冲击出现下滑的趋势。
全球天然钻石市场供给减少，为培育钻石带来更大成长空间。天然钻石矿产资源属于非可再生资源，2018年全球前四大钻石开采商及其主要产矿地分别为埃罗莎、戴比尔斯、力拓和佩特拉钻石，四大巨头包揽2018年全球近65%的天然毛坯钻石产量。2008年至2018年期间，全球天然毛坯钻石产量年均复合增长率为-1.14%。
培育钻石供给端快速放量。从印度进口培育钻石毛坯的数据可看出，培育钻石供给端产量快速增加。
3.2 我国钻石需求量增速快于国际，渗透率仍有提升空间
国内钻石需求量稳定增长。根据戴比尔斯历年行业洞察报告，2013-2019年国内钻石珠宝销售量年复合增速为2.6%，2019年达到687亿元，2020年因为疫情影响回落到650亿元。
中国钻石市场规模与美国差距较为悬殊，对标天然钻石有一倍以上渗透空间。2020年，美国、中国、日本分别为全球前三大钻石消费国。美国钻石消费额占全球的48%，而居第二位的中国钻石消费额仅占全球市场的13%，不到美国的1/3，存在较大的追赶空间。
国内培育钻石需求增加。Light Mark数据显示，其线下单店8个月增长6.6倍，天猫单店4个月增长9.4倍，平均客单价1.6万元，入店率12%，试戴转化率20%。随着产能增加，更多品牌出现，国内有望加速增长。
3.3 悦己消费兴起，品牌布局培育钻
美国、中国消费者都将“悦己”作为最重要的钻石购买原因。过去钻石品牌通过营销，将钻石与爱情、婚姻深度绑定。近年来，随着人们婚恋观念、消费观念的变化，也随着职业女性比重逐渐提升，钻石消费早已不再限于婚恋情景，越来越多的女性开始自购钻戒，完成了“钻戒”与爱情的解绑。贝恩的报告中，钻石最大消费国中美二国都将悦己作为最重要的购买原因。
3.4 预计宝石级培育钻毛石市场空间达到400亿元
2020年印度加工钻石占95%，可用印度钻石进出口数据反映钻石行业情况。
培育钻石迎来爆发式增长。2018年以来，培育钻石在进出口两端都有近翻倍的增速。2021年4-10月进出口数据分别为6.6亿美元、7.3亿美元，已经超过2020年全年（2020/4-2021/3）。
印度进口培育钻石毛石占所有毛石的比例呈波动增加趋势。从2020年至2021年10月的月数据可以看出，培育钻在所有钻石中的渗透率呈现出提升的趋势，2021年10月达到7%。
预计培育钻毛石潜在市场空间400亿元。印度进出口数据可看出，天然钻毛石年均市场规模在120-130亿美元；未来培育钻石潜在市场空间预计达到其50%，即400亿元左右。同时，培育钻石还会普及到更多原先天然钻石没有普及到的应用场景上，不仅仅是替代天然钻石，有望激发出更多的市场需求。
4.1 人造金刚石的工业应用总览
金刚石硬度高、热导率高、透光性好，化学性质稳定，耐腐蚀性好，在多种行业中应用广泛。伴随金刚石制备技术持续发展，金刚石材料性价比逐渐凸显、下游领域逐步拓展，驱动行业发展。
4.2 金刚石工具发展较为成熟，技术进步带来下游领域拓展
随着技术进步，下游应用领域逐渐拓展，向高端应用渗透。如航空航天领域，国外已研发出钛合金、碳纤维复合等新型难加工材料加工用的金刚石刀具，并已通过有关认证且在波音和空客公司成功使用。
4.3 金刚石功能材料，降本后将有巨大应用空间
人造金刚石具备优异的声、光、电、磁、热等特殊性能，可作为超导材料、 光功能材料、磁功能材料、生物医药材料、功能膜等应用于电子电器、高端装备制造、航空航天、医疗检测及治疗等高科技领域。
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精选报告来源：【未来智库】。未来智库 - 官方网站
