超硬刀具是一种使用超硬材料制造的刀具,主要用于现代工程材料加工中对硬度的高要求。这些材料主要包括金刚石和立方氮化硼(CBN),其硬度远高于其他物质。金刚石由碳元素转化而成,而立方氮化硼是非金属的硼化物,两者都具有极高的硬度。超硬刀具的制造方法主要有热压法和气相沉积法。超硬刀具的应用领域广泛,特别是在硬切削加工中表现突出,如汽车工业、模具行业、机床行业等。这些刀具能够直接加工高硬度材料,如铸铁件和淬硬钢件,从而缩短工艺路线并提高加工效率。
超硬刀具的核心材料涵盖了多种高性能物质,包括天然和人造金刚石、聚晶立方氮化硼(PCBN)、先进的陶瓷以及基于TIC(碳化钛)的硬质合金等。在具体应用上,金刚石材质的刀具主要被用于执行对硬度较高的有色金属和非金属材质的精密加工任务。而PCBN、陶瓷质和TIC基合金制造的刀具,则普遍应用于加工硬度极高的钢材、铸铁以及各类合金,这些材料通常在机械强度和耐磨性方面有更高的要求。这些刀具的特点包括极高的硬度和耐磨性、极低的摩擦系数、高导热性、锋利的切削刃以及较低的热膨胀系数。由于这些特性,超硬刀具在现代制造业中扮演着重要角色,特别是在需要高精度和高效率加工的应用中
超硬刀具行业分类
金刚石刀具利用金刚石作为切削材料,因其极高的硬度和耐磨性,特别适用于加工高硬度有色金属和非金属材料如硬质合金和陶瓷等。立方氮化硼(CBN)刀具,其硬度仅次于金刚石,是处理高硬钢、铸铁和合金等材料的理想选择。聚晶立方氮化硼(PCBN)刀具,由立方氮化硼微粒聚合而成,结合了高硬度与出色的热稳定性,非常适合高速切削和干切削场景。陶瓷刀具,采用高硬度且耐磨的陶瓷材料制成,特别适用于加工高温合金和硬质合金。而TIC(N)基硬质合金刀具,则是一种通过加入钛碳化物或钛氮化物来增强硬度和耐磨性的特殊硬质合金刀具,广泛应用于各种金属切削加工中。
图表:超硬刀具行业分类
超硬刀具行业发展历程
超硬刀具行业的发展历程可以追溯到20世纪50年代初,当时科学家们*成功地合成了人造金刚石和立方氮化硼(CBN)。这一重大突破开启了硬质材料加工的新篇章。在1960年代,随着人造聚晶金刚石(PCD)和聚晶立方氮化硼(PCBN)的出现,超硬刀具开始逐渐走向实用化,并在金属切削领域展现出其独特的优势。进入1970年代和1980年代,超硬刀具技术得到了进一步的发展和完善。这期间,随着高性能计算机数控(CNC)机床的普及,对精密和高效切削工具的需求激增,从而推动了超硬刀具技术的快速发展。到了1990年代,化学气相沉积(CVD)技术用于制造金刚石薄膜的技术进步显著,为超硬刀具提供了新的材料选择。此外,这一时期的超硬刀具开始在汽车、航空航天以及电子行业的零部件制造中发挥重要作用。21世纪初,随着现代工程材料的广泛应用,如高硬度材料、复合材料等,对加工工具的性能要求越来越高。超硬刀具行业因此迎来了新一轮的技术革新,包括新型刀具材料的开发、刀具涂层技术的进步以及更加复杂的刀具设计。近十年来,随着智能制造和工业4.0概念的兴起,超硬刀具行业也在向着更高的自动化、智能化水平发展。刀具制造商不断探索如何将传感器、数据分析和机器学习算法整合到刀具系统中以提高刀具性能和加工效率。
图表:超硬刀具行业发展历程
超硬刀具行业上中下游
超硬刀具行业的产业链上游主要由生产关键材料的企业构成,这些材料包括聚晶金刚石(PCD)刀片、复合片材,聚晶立方氮化硼(PCBN)及其复合材料,以及大尺寸单晶金刚石等。这些材料因其超硬属性,在制造各类刀具时被广泛应用。而在产业链的下游,超硬刀具的应用范围极为广泛,覆盖了从高科技产品的精密切割,如各种规格的显示屏和触摸屏,到电子产品外壳的精密加工。此外,汽车行业中的关键环节部件加工,航空航天、国防军工、以及新能源领域的设备和零件精密加工,也依赖于超硬刀具的高效性能。不仅如此,超硬刀具还涉及石材雕刻、木材加工、硬质塑料和陶瓷制品的精细加工,以及珍贵宝石的切割与整形等领域,展现了其在多个行业中不可或缺的重要地位。
我国超硬刀具行业市场规模和增长率
在2013年,全球超硬刀具市场的估值达到了约33.11亿美元。七年后的2020年,这一数字显著增长至44.52亿美元,显示出该行业在过去几年中的稳健扩张。在这一市场中,日本占有一席之地,其市场份额约为全球总量的8.02%。而美国的比例稍高,占全球市场的15.34%。相比之下,欧洲和亚太地区合计占据了绝大多数市场份额,高达73.63%。特别地,中国超硬刀具市场在同一时期也经历了显著增长,从2013年的33.83亿元人民币增至2020年的58.01亿元人民币。在中国市场内部,金刚石刀具和PCBN刀具是两大主要组成部分。具体来看,2020年金刚石刀具在中国超硬刀具市场中占据了43.06%的份额,而PCBN刀具则占据了56.03%,后者在市场中所占比重略高于前者。
在*近几年,中国的超硬刀具产业经历了显著的增长,正稳步向中高端市场进军。虽然在全球超硬刀具行业中,欧美和日本等地区的老牌企业如日本住友电工、瑞典山特维克和美国肯纳金属公司等依然占据着*地位,这些公司不仅有着深厚的行业影响力,还能够提供从材料制备到成品刀具的完整产业链服务,其竞争力不容小觑。中国作为一个超硬材料的生产大国,其超硬刀具行业呈现出蓬勃的发展势头。国内从事这一领域的制造企业数量已超过一千家,这些企业主要聚集在市场经济和民营经济较为发达的地区,如长江三角洲、珠江三角洲和环渤海地区。其中,郑州市钻石精密、威海威硬工具和深圳市中天超硬工具等都是行业内的知名企业。
据智研瞻统计显示,2019年中国超硬刀具行业市场规模56.75亿元,2024年Q1中国超硬刀具行业市场规模17.42亿元,同比增长4.29%。2019-2024Q1年中国超硬刀具行业市场规模如下:
图表:2019-2024Q1年中国超硬刀具行业市场规模
超硬刀具行业政策
国家对超硬刀具行业的重视程度显著,为其发展提供了强有力的政策支撑。在一系列政策指导文件如《“十二五”国家战略性新兴产业发展规划》、《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》以及《中国制造2025》中,政府明确表达了对推进高端装备制造和新材料产业发展的支持态度。这些政策的实施,无疑为超硬刀具行业的成长创造了优越的外部条件。
超硬刀具行业存在的问题
技术创新和研发投入不足是超硬刀具行业面临的一大问题。尽管中国是超硬材料的生产大国,但在高端超硬刀具的设计与制造方面,与国际先进水平仍有差距。这主要是因为国内企业在研发投入上相对较少,缺乏长期的技术创新规划和完善的研发体系。此外,对于核心技术的掌握不足,如精密刃口处理技术和高精度刀片制备技术,使得国产超硬刀具在性能上难以与国际品牌相抗衡。由于这些技术的缺失,国内企业往往只能通过压低价格来争取市场份额,这种模式不利于企业的可持续发展,也影响了整个行业的利润率和品牌形象。行业标准不统一、市场混乱是超硬刀具行业的另一大难题。目前,超硬刀具产品的标准体系尚不完善,不同企业间的产品质量参差不齐,这给用户的选择带来了困扰,并可能引发质量事故,损害消费者利益。同时,市场上存在大量的小规模作坊式企业,它们的产品质量和服务质量往往难以保证,这不仅扰乱了市场秩序,也降低了整个行业的信誉度。此外,由于缺乏有效的监管和指导,部分企业采取低价竞争策略,导致恶性竞争现象时有发生,严重影响了行业的健康发展。
超硬刀具行业发展前景预测
市场需求是推动行业发展的关键因素。随着全球先进制造业的不断发展,对高精度和高性能切削工具的需求日益增长。特别是在航空航天、汽车制造、电子信息、高速列车、新能源设备等高端装备制造领域,对超硬刀具的需求强劲。这些行业所需的高硬度、高耐磨性和高热稳定性材料加工,正是超硬刀具的优势所在。此外,随着材料科学的进步和新型难加工材料的广泛应用,超硬刀具在满足特殊工艺要求方面具有不可替代性,这将进一步扩大其市场应用范围。其次,技术进步是促进行业发展的重要因素。超硬刀具行业正不断通过技术创新来提升产品性能和生产效率。例如,通过改进人造金刚石和立方氮化硼(CBN)的合成技术,可以制造出更高效、更稳定的超硬材料。同时,新的涂层技术、精密刃口处理技术和智能化制造技术的应用,也正在提高超硬刀具的切削性能和使用寿命。随着这些技术的成熟和应用,超硬刀具的性能将得到显著提升,从而更好地满足市场需求。
据智研瞻预测,2024-2030年中国超硬刀具行业市场规模增长率在3%-5%,2030年中国超硬刀具行业市场规模87.29亿元,同比增长3.49%。2024-2030年中国超硬刀具行业市场规模预测如下:
图表:2024-2030年中国超硬刀具行业市场规模预测
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