超硬刀具是機械制造中用于切削加工的工具，以其高硬度、高耐磨性及優異的熱穩定性，在航空航天、汽車工業和消費電子等領域發揮著關鍵作用。中國市場規模快速增長，預計2027年將增至88.1億元人民幣。中國企業在超硬材料合成和刀具制造方面取得顯著成就，株洲鉆石、沃爾德和鄭州市鉆石精密制造等領軍企業以技術創新和產品性能在國內外市場贏得認可。

高效、精密加工

超硬刀具是機械制造中用于切削加工的工具，以其高硬度、高耐磨性及優異的熱穩定性，廣泛應用于航空航天、汽車制造和電子工業等領域。20世紀50年代人造金剛石合成以來，超硬刀具經歷了多次技術突破，為現代制造業的高效、精密和綠色加工提供支持。

1、超硬刀具概念。超硬刀具是機械制造中用于切削加工的工具，具有高硬度、高耐磨性和低韌性的特點。它們主要為金剛石與立方氮化硼兩類，能夠在高速、高精度和高效率的加工過程中，對硬質材料如硬質合金、陶瓷、玻璃等進行切削，實現鏡面或超精密加工效果，廣泛應用于汽車工業、電子信息、航空航天等領域。近年來，隨著制造業的轉型升級和高端裝備的發展，超硬刀具行業迎來了快速發展的機遇。

2、超硬刀具發展歷程。超硬刀具的發展歷程始于20世紀50年代，人造金剛石的成功合成為這一領域奠定了基礎。20世紀70年代，?美國GE公司壓出CBN(立方氮化硼)單晶粉，并且在70年代初制成聚晶的PCBN刀具；蘇聯也在1972年制成了PCBN刀具。2000-2015年，由于放電加工技術（如線切割、火花機）的突破，PCD（聚晶金剛石）刀具的制造工藝得到顯著改進，使得金剛石刀具在金屬切削領域得到更廣泛的應用。2015年前后，德國DMG公司在市場上推出五軸激光加工設備，開啟了金剛石刀具制造的全新時代。近年來，行業內出現了采用新型結合劑技術的超硬刀具，這種技術允許刀具在更高的速度和更嚴苛的條件下工作。超硬刀具的技術突破，為現代制造業的高效、精密和綠色加工提供了強有力的支持。

納米金剛石涂層技術、超硬材料的定向結晶技術以及精密磨削技術是超硬刀具的核心技術。納米金剛石涂層技術通過在工具表面形成超薄金剛石層，增強了工具的耐磨性與熱穩定性。定向結晶技術通過*控制晶體生長方向，優化刀具材料性能。精密磨削技術則利用超硬磨料實現刀具刃口的精細加工。

1、納米金剛石涂層技術。納米金剛石涂層技術是一種先進的表面處理技術，能夠顯著提升刀具的性能。這種技術通過在刀具表面涂覆一層由納米級金剛石顆粒組成的薄膜來顯著提升刀具的性能，被形象地比喻為給工具“穿上金剛外衣”。這層涂層不僅繼承了金剛石的高硬度、高熱導率和*的化學穩定性，而且具有更高的表面能和附著力，能夠顯著提升工具的耐磨性、耐腐蝕性和熱穩定性。例如，在機械加工領域，納米金剛石涂層的刀具在切削高硬度材料時，展現出了極低的磨損率和更長的使用壽命，尤其在高速切削和干切削條件下，這些涂層刀具能夠有效減少工具的換刀頻率，提高加工效率和工件的加工質量。

2、超硬材料的定向結晶技術。超硬材料的定向結晶技術是超硬刀具制造中的一項關鍵技術，它通過*控制晶體生長的方向來優化刀具材料的微觀結構和宏觀性能。這一技術的原理基于晶體生長動力學，通過在高溫高壓條件下，利用觸媒或黏結劑促進超硬材料如金剛石或立方氮化硼的晶體沿特定晶向生長，形成具有高度有序結構的聚晶材料。這種有序結構不僅增強了材料的硬度和耐磨性，還提高了其熱穩定性和斷裂韌性，從而顯著提升了刀具的切削性能和使用壽命。例如，在制備聚晶金剛石刀具時，定向結晶技術能夠確保刀具刃口的金剛石晶體具有一致的取向，減少了晶體間的應力集中和微裂紋的產生，使得刀具在高速切削硬質材料時表現出優異的耐用性和可靠性。

3、精密磨削技術。精密磨削技術是指通過高精度磨床和超硬磨料來實現刀具刃口的精細加工。這一技術的原理是通過磨削輪與刀具刃口的相對運動，利用磨削輪上緊密排列的超硬磨粒逐步去除材料，實現對刀具刃口形狀和尺寸的*控制。磨削過程中，磨粒對刀具材料施加高壓力，產生局部塑性變形和材料去除，同時伴隨有熱量的產生。為了確保磨削過程的穩定性和刀具的高精度，精密磨削技術通常結合了先進的冷卻系統和磨削液，以降低磨削區域的溫度，減少磨削力，防止磨削燒傷和裂紋的產生。例如，在制造聚晶金剛石（PCD）刀具時，精密磨削技術能夠確保刃口的幾何精度和表面光潔度，從而提高刀具的切削性能和加工質量。

汽車工業應用*廣

在汽車工業領域，超硬刀具被用于發動機、變速器等核心部件的精密加工。在消費電子領域，PCD和PCBN刀具用于智能手機、平板電腦的精密加工，確保尺寸精度和表面光潔度。航空領域中，超硬刀具的使用壽命和高加工精度滿足了航空部件復雜加工的嚴苛要求。

1、汽車工業領域。超硬刀具已大量應用在汽車行業的精密加工中，加工技術成熟。汽車發動機活塞、缸體、缸蓋、汽車輪轂、變速箱齒輪殼體、曲軸和凸輪軸等已廣泛使用超硬材料進行加工。金剛石刀具因其極高的硬度和熱穩定性，常用于加工發動機缸體、曲軸等高精度部件，確保加工精度和表面光潔度。立方氮化硼刀具則因其優異的熱穩定性和化學穩定性，特別適合加工硬度高、耐磨性強的合金材料，如齒輪和軸承。此外，超硬刀具在加工鋁合金輪轂、車身面板等輕量化材料時，展現出了*的性能，如山特維克可樂滿的CoromantCapto模塊化系統，提供了廣泛的刀具配置選項，以適應不同的加工需求。據開源證券統計，汽車工業約占我國超硬刀具下游應用領域的70%左右。隨著汽車行業對節能減排和輕量化的不斷追求，超硬刀具的應用前景廣闊。

2、消費電子領域。超硬刀具，以其*的硬度和耐磨性，在消費電子領域的應用日益廣泛。在智能手機、平板電腦等電子產品的精密加工過程中，超硬刀具如人造金剛石復合片（PCD）刀具和立方氮化硼復合片（PCBN）刀具，被廣泛應用于玻璃蓋板的切割、攝像頭鏡片的精密銑削以及電路板的微孔鉆孔等工序。這些刀具能夠在高速旋轉下保持穩定，減少加工過程中的熱影響，從而確保產品尺寸的*度和表面光潔度。例如，肯納金屬公司（KennametalInc.）生產的Korloy品牌刀具，特別是KG系列的超硬刀具，因其高效率和長壽命被廣泛應用于智能手機和平板電腦的玻璃、金屬和其他硬質材料的精密加工。此外，在3C行業，精密構件的制造開始采用鈦合金這類高性能材料。依據艾邦高分子的統計數據，鈦合金手機中框的制造良品率大約在30%到40%之間，這一比例顯著低于鋁合金中框的80%；鈦合金的加工時間是鋁合金加工所需時間的三到四倍。鑒于鈦合金的獨特性質，對加工刀具提出了更高的要求。聚晶金剛石（PCD）刀具，包括其輪廓刀、倒角刀和銑刀，在鈦合金外殼的加工上有著*的應用表現，能夠實現一次性成型，從而提升了加工效率和成品率，并且確保了產品表面的光滑度。2022年，蘋果公司在其高端智能手表的鈦合金表殼制造中，已經采用了某個國內品牌的超硬刀具。此外，隨著越來越多的智能手機品牌開始廣泛采用鈦合金材料，以及消費電子市場的回暖，超硬刀具在消費電子領域的應用前景看好。

3、航空領域。超硬刀具因其刀具壽命長、加工精度高及穩定性好等優勢，在航空航天領域得到了廣泛應用。根據中國機床工具工業協會以及《第五屆切削刀具用戶調查分析報告》的統計數據，2022年我國刀具市場消費總規模為464億元人民幣，航空航天市場占比約為9.91%，市場消費規模約46億元人民幣。隨著國產大飛機的商業運行及訂單的持續落地，預計航空航天刀具市場空間將進一步增加。航空航天領域的主要零部件材料較為固定，主要包括耐高溫的金屬和非金屬材料，以及輕量化材料如復合材料。由于這些原材料的加工成本極高，對刀具的加工壽命、加工精度和穩定性提出了較高要求。例如，在加工航空發動機的盤環類零件時，為保證加工周期和刀具與機床的適配性，中間不允許換刀，這就對刀具的使用壽命提出了極高的要求。同時，對于發動機葉片葉輪等型面的精加工，要求刀具尺寸公差和跳動精度非常高。

超硬刀具行業面臨材料合成、刀具設計和多層金剛石釬焊工具修整的技術難題，同時原材料和生產過程的高成本結構限制了其廣泛應用。此外，超硬刀具合成過程中的能源消耗和有害排放，以及磨削和修整產生的粉塵問題，對環境保護構成挑戰。

1、技術難點。超硬刀具行業的技術挑戰主要集中在超硬材料的合成與應用、刀具設計等方面。首先，超硬刀具的材料如PCD和PCBN需要通過復雜的合成過程來獲得所需的物理特性，這需要*控制的高溫高壓環境以及后續的晶體生長和結構優化。這些過程對設備和工藝的要求極高，而技術難點在于如何進一步提升材料的均勻性和性能穩定性。其次，刀具設計方面，超硬刀具的形狀、角度和刃口處理對其性能有直接影響。技術難點在于如何優化刀具的幾何設計和刃口處理，以達到更高的切削效率和加工質量。此外，多層金剛石釬焊工具的制造技術雖已成形，但修整困難，嚴重制約了其產業化和應用。這些難題是當前行業需要重點攻克的技術瓶頸。

2、成本控制。超硬刀具的成本控制挑戰在于其整個生產鏈的高成本結構，這直接影響到*終產品的市場定價和競爭力。首先，超硬刀具使用的原材料成本高昂，其價格遠高于傳統硬質合金和陶瓷刀具。例如，在中國，超硬材料如金剛石材料/復合片、立方氮化硼材料/復合片、大尺寸單晶金剛石等占據了超硬刀具的主要生產成本，合計占比達到59.2%。其次，超硬刀具的生產過程涉及多個高成本環節，包括高溫高壓合成、精密磨削加工以及復雜的涂層技術。高溫高壓合成需要特殊的設備和大量的能源消耗，而精密磨削和涂層工藝則需要高精度的機床和高技能的操作人員，這些因素都推高了超硬刀具的生產成本，限制了其在更廣泛領域的應用。

3、環境保護。隨著全球對可持續發展的重視以及環保法規日益嚴格，超硬刀具的生產和使用面臨著環境保護的嚴峻挑戰。首先，超硬材料的合成過程通常需要高溫高壓，消耗大量的能源，同時可能產生有害氣體和固體廢物。例如，工業金剛石的合成過程中可能釋放出氮氣和甲烷，這些溫室氣體對氣候變化有顯著影響。此外，超硬刀具的磨削和修整過程也會產生大量粉塵和微粒，這些物質若未經妥善處理，會對空氣質量和生態環境造成損害。在政策層面，多國政府已經采取了行動，如歐盟的《工業排放指令》(IED)規定了工業設施的排放限值，并要求企業采取*佳可用技術(BAT)減少污染物排放；中國《大氣污染防治法》的實施也對工業粉塵排放提出了更嚴格的控制要求。為了應對這些挑戰，超硬刀具的制造商需要不斷創新，開發更為環保的生產技術。

自主技術推動中國超硬刀具行業

中國超硬刀具市場因制造業需求增長而持續擴張，市場規模預計2027年增至88.1億人民幣。中國超硬刀具行業自20世紀末起快速發展，成功研發自主技術，實現高端制造領域應用。

1、中國超硬刀具市場情況。根據恒州誠思發布的數據顯示，中國超硬刀具2022年市場規模為73億元，2018-2022年間中國超硬刀具市場規模CAGR為12.7%，預測到2027年，中國超硬刀具市場規模將增至88.1億元，2022-2027年CAGR為3.8%；未來中國整體刀具市場增速將有所減緩，而超硬刀具增長將優于整體刀具市場。細分市場方面，根據富耐克招股說明書數據顯示，2021年中國超硬刀具市場規模57.80億元，其中PCBN刀具占據主導地位，規模為33億元，占比為57%左右，金剛石刀具市場規模為24.80億元，占比43%左右。

2、國產化進程。自20世紀末起，國內企業開始致力于超硬刀具的研發與生產。進入21世紀，隨著“十五”和“十一五”規劃的實施，中國超硬刀具行業實現快速發展。2005年左右，中國成功研發出具有自主知識產權的金剛石涂層刀具，標志著國產超硬刀具技術的突破。隨后，各類超硬刀具產品如CBN（立方氮化硼）刀具、PCD（聚晶金剛石）刀具相繼問世，廣泛應用于汽車、航空航天、電子信息等高端制造領域。2019年，牧激科技進一步實現了超精密激光五軸的刀具加工國產化，推出了0.3MM金剛石微鉆，以及530D雙激光五軸設備，這些設備在精度上經過市場驗證，不低于進口設備，為PCD刀具的定義帶來了新的理解。這些突破展現了中國在超硬刀具技術領域的快速發展和自主創新能力，為推動高端制造業的進步和提升國際競爭力奠定了基礎。

產業鏈以及領軍企業

超硬刀具產業鏈上游聚焦超硬材料的精密合成以及專用制造設備的供應，中國企業在超硬材料市場占據主導地位；中游涉及刀具設計、精密加工及涂層工藝；下游除汽車領域外，廣泛應用于機床、新能源等領域。

1、上游產業鏈。超硬刀具的產業鏈上游主要涵蓋了超硬材料的生產以及專用制造設備的供應。超硬材料主要涉及人造金剛石（PCD）、立方氮化硼（CBN）等材料，這些材料具備極高的硬度和耐磨性。我國在超硬材料方面具有明顯的資源優勢，據中郵證券數據顯示，目前我國金剛石產量占世界總產量的80%以上，立方氮化硼產量占世界總產量的60%以上，2020-2022年我國人造金剛石產量分別為148.74億克拉、162.35億克拉、162.95億克拉，中國已經是世界*大超硬材料生產國。此外，超硬材料的生產過程需要精密的合成技術，通常在高溫高壓的條件下進行，這要求上游企業具備先進的生產設備和工藝。專用制造設備方面，六面頂壓機是合成人造金剛石和立方氮化硼的主要設備，其制造精度和穩定性直接影響到超硬材料的質量。

2、中游產業鏈。中游產業鏈涵蓋了從刀具的初步設計、材料選擇、精密加工到*終的熱處理和涂層工藝的全過程。在這一過程中，制造商利用先進的工程技術，將人造金剛石、立方氮化硼等超硬材料制成各類刀具，如鉆頭、銑刀、磨輪和切割工具等，以滿足不同應用領域的需求。這些刀具的制造不僅需要精密的機械加工，還涉及到復雜的幾何結構設計，以確保刀具的性能*優化。制造商還需對刀具進行嚴格的質量控制，以保證其在高速、高壓的工作環境中的可靠性和耐用性。此外，中游產業鏈還包括刀具的涂層處理，如TiN、TiCN等，以進一步提高刀具的耐用性和抗粘結性。中游環節，國際企業如元素六（ElementSix）、DI公司和日本住友（SumitomoElectric）等企業憑借高端產品和全產業鏈服務占據了市場大部分份額。

3、下游產業鏈。超硬刀具的下游產業鏈覆蓋了眾多高端制造領域，除汽車工業是*主要的應用領域外，機床配件行業也是超硬刀具的一個重要下游市場，高質量的超硬刀具能夠顯著提高機床配件的加工效率和產品質量。新能源領域中，特別是風能領域，超硬刀具用于加工大型風力渦輪的部件，如齒輪箱和軸承。此外，在石材雕刻、木材加工、硬質塑料以及陶瓷和寶石加工等領域，超硬刀具因其優異的切削性能，同樣擁有廣闊的市場前景。

住友電氣工業株式會社、肯納金屬和山特維克是全球*的超硬刀具制造商。住友電氣工業以BL-UPC超精密刀具和CVD單晶車削刀片著稱�？霞{金屬的HARVI?ITE系列刀具以AVF技術和專利設計在航空航天、汽車制造等領域表現*。山特維克集團以CBN材質硬車刀片和創新切斷、銑削工具滿足行業需求。

1、住友電氣工業株式會社（SumitomoElectricIndustries,Ltd.）。日本住友電氣工業株式會社是全球知名的超硬刀具制造商。在住友電氣的超硬刀具產品線中，BL-UPC（金剛石超精密刀具）是其核心產品，這種刀具以其納米級刀尖精度和使用SUMIDIA?BINDERLESS材料的刀尖而著稱，特別適合對超硬合金和高硬度材料進行高精度的鏡面切削加工；BL-UPC刀具具備出色的耐缺損性和耐磨性，能夠實現與單晶金剛石同等鋒利的精細刀刃，且不具各向異性，避免了因結晶方位不同而產生的偏磨損問題。此外，住友電氣工業還致力于開發新型切削工具，例如開發了CVD單晶車削刀片，這種刀片使用CVD單晶金剛石材料，具有高潛力，能實現鏡面加工、抑制毛刺加工，并具有長壽命。住友電氣工業株式會社的財務報告顯示，公司的銷售額在2024年3月期達到了44,028億日元。

2、肯納金屬（Kennametal）。美國肯納金屬是全球*的金屬切削工具制造商，其產品廣泛應用于航空航天、汽車制造等領域�？霞{金屬的HARVI?ITE系列立銑刀是其超硬刀具產品線的杰出代表，這些刀具采用專利的后刀面設計，具備先進的AVF（AirVortexFinishing）技術，實現了*的小平面偏心后角，有效減少振動和摩擦，提升了切削效率。專利的排屑槽設計降低了切削力并有效排出切屑，保證了在多種材料上的出色加工性能。這些刀具適用于高進給加工鋼、不銹鋼、鑄鐵和高溫合金材料，能夠實現*的金屬去除率，同時適用于多種操作，包括動態銑削和極端坡銑操作。2023財年，肯納金屬的總營收為21億美元，其中，金屬切削（MetalCutting）部門的收入達到了約12.28億美元。

3山特維克（Sandvik）。瑞典山特維克集團是全球超硬刀具行業的領導者之一，產品線涵蓋了車削、銑削、鉆孔等多種加工工具，其中CBN材質CB7125和CB7135是新一代的高性能硬車刀片，專為中載到重載斷續車削設計，優化了刀具壽命和加工效率，同時提供了良好的表面質量和尺寸公差，以及能夠在高速條件下實現單次切削，從而降低單個零件成本。此外，山特維克還推出了CoroCut?2通用型切斷和切槽刀具、CoroMill?MS60方肩銑、CoroMill?Plura球頭立銑刀等創新產品，滿足了不同行業的特定需求。2023年，山特維克的訂單量增長5%，達到1,250.11億瑞典克朗，營業收入增長13%，達到1,265.03億瑞典克朗。

株洲鉆石、沃爾德和鄭鉆是中國超硬刀具行業的領軍企業。株洲鉆石的QD系列鉆頭和GD系列麻花鉆等產品展現出優異性能。沃爾德專注于超高精密超硬刀具的研發，其核心技術形成高技術壁壘。鄭鉆自主研發的“鄭鉆CVJ球頭銑刀”推動了汽車關鍵部件球籠式萬向節的國產化。

1、株洲鉆石。株洲鉆石切削刀具股份有限公司是國內*的硬質合金切削刀具綜合供應商，其產品線覆蓋了高精度車削、銑削、鏜削、鉆削等多種加工需求，廣泛應用于機床、汽車、模具、航空、國防、鋼鐵和電子等多個關鍵工業領域。株洲鉆石公司的明星產品包括QD系列強烈鉆頭，以其圓弧倒角相切過渡和刃口強化技術，實現了高耐磨性能和*的切削性能。此外，GD系列新一代通用加工麻花鉆以其直線型切削刃和優化的鉆尖結構，提供了更高的加工穩定性和綜合性能。還有淺孔鉆產品，通過內冷沖液和雙螺旋內冷卻孔設計，確保了良好的沖液角度和排屑空間，使得切削力平衡，減少切削時的振動。2022年，株洲鉆石實現營業收入20.23億人民幣，其中外銷收入占總收入的35%左右。

2、沃爾德。北京沃爾德金剛石工具股份有限公司（沃爾德）是國內超硬刀具行業的領軍企業之一，專注于超高精密、高精密超硬刀具及超硬材料制品的研發、生產和銷售。沃爾德的超硬刀具產品廣泛應用于消費類電子產品中的觸摸屏、液晶面板等消費電子玻璃的超高精密切割，以及汽車發動機、變速箱等核心部件的高精密切削等先進制造領域。公司憑借“超硬材料激光微納米精密加工技術”、“真空環境加工技術”、“PCD超薄聚晶片及復合片精密研磨及鏡面拋光技術”、“自動化設備研制技術”等四大類核心技術，已經形成較高的技術壁壘，有效提高了生產效率，降低了產品成本。沃爾德在2023年的營業總收入達到了6.03億元人民幣，同比增長了45.52%；凈利潤為1.01億元人民幣，同比增長了61.37%。

3、鄭州市鉆石精密制造。鄭州市鉆石精密制造有限公司（簡稱鄭鉆）自成立以來，專注于高端切削刀具研發、生產銷售與技術服務。公司的技術優勢體現在刀具設計和制造工藝上，如PCD刀具結構*設計技術、PCD刀具高速銑削動平衡關鍵技術等，確保刀具精度控制在0.005mm范圍內。公司還擁有先進的制造設備，包括瑞士伊瓦格全自動磨削中心、德國孚爾默數控精密線切割機床等，為公司的技術及加工工藝提供了堅實的基礎。產品方面，鄭鉆擁有5,000多種刀具產品，涵蓋車削、銑削、鏜削、鉆削、鉸削、珩磨等精加工工藝，廣泛應用于汽車制造、航空航天、精密電子、風力發電等產業。其中，鄭鉆完全自主研發的“鄭鉆CVJ球頭銑刀”，用于汽車關鍵部件萬向節的高效加工，實現了“以銑代磨”的先進綠色工藝，推動了汽車關鍵部件球籠式萬向節的國產化。