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高硬脆材料行業(yè)技術(shù)及下游應(yīng)用情況分析（附報(bào)告目錄）

1、高硬脆材料概況

光伏硅材料、半導(dǎo)體硅材料、藍(lán)寶石材料、磁性材料、光學(xué)玻璃、陶瓷材料等，都具有抗磨損、硬度高、脆性大等共同特點(diǎn)，可統(tǒng)稱為高硬脆材料。

高硬脆材料的切割過(guò)程是用硬度較高的材料去磨削硬度較低的材料，磨削部分損耗、未磨削部分分離，從而達(dá)到切割效果。高硬脆材料加工難度很大，一方面，高硬脆材料硬度很高，較難加工；另一方面，高硬脆材料脆性高，被加工物料容易在加工過(guò)程中斷裂。金剛石在莫氏硬度表上的硬度為10，是目前已知的最高硬度的天然形成的材料。常見(jiàn)高硬脆材料的莫氏硬度指標(biāo)如下表所示：

相關(guān)報(bào)告：北京普華有策信息咨詢有限公司《2021-2026年中國(guó)高硬脆材料行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)格局調(diào)查及投資前景預(yù)測(cè)報(bào)告》

常見(jiàn)高硬脆材料的莫氏硬度指標(biāo)

資料來(lái)源：公開(kāi)資料整理

2、高硬脆材料切割技術(shù)發(fā)展歷程

從高硬脆材料切割技術(shù)的發(fā)展歷程來(lái)看，其切割方法經(jīng)歷了內(nèi)圓鋸切割、游離磨料砂漿切割、金剛線切割的技術(shù)升級(jí)路線，其中每一步改進(jìn)都帶來(lái)了原材料利用率、切割效率的提升和切割成本的降低。

20世紀(jì)80年代以前，高硬脆材料一般采用涂有金剛石微粉的內(nèi)圓鋸進(jìn)行切割。隨著光伏和半導(dǎo)體行業(yè)的快速發(fā)展，由于內(nèi)圓鋸切割的切縫大、材料損耗多，且對(duì)高硬脆材料的切割尺寸也有限制，從20世紀(jì)90年代中期開(kāi)始，切縫窄、切割厚度均勻且翹曲度較低的線鋸切割方式逐步發(fā)展起來(lái)。線鋸切割以鋼線做刃具，主要分為游離磨料和固結(jié)磨料切割兩類。2003年以前，以碳化硅作為游離磨料砂漿的線鋸切割方式主要滿足于半導(dǎo)體行業(yè)的需求；2003年以來(lái)，隨著光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)化水平不斷提高，產(chǎn)業(yè)規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大，光伏產(chǎn)業(yè)開(kāi)始步入爆發(fā)性增長(zhǎng)階段，國(guó)內(nèi)光伏硅片企業(yè)迅速發(fā)展并使用游離磨料砂漿切割工藝切割硅料。

由于游離磨料線鋸切割具有較多缺點(diǎn)，其逐漸被固結(jié)磨料線據(jù)切割所替代。固結(jié)磨料線據(jù)切割是一種在電鍍液中添加一定量的表面包覆有金屬鎳的金剛石微粉顆粒，在電鍍過(guò)程中，包覆有金屬鎳的金剛石微粉顆粒沉積在鋼線基體上，金剛石微粉顆粒被包覆進(jìn)入鍍層而制成的固結(jié)線性鋸切工具。相較游離磨料線鋸切割，電鍍固結(jié)磨料線據(jù)切割具有更高的耐磨性，同時(shí)能夠承受更大的切削力，切削時(shí)間也大幅降低。

一方面，由于金剛線切割具有上述優(yōu)勢(shì)，金剛線切割技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)砂漿切割技術(shù)的替代正在快速推進(jìn)。目前，金剛線切割技術(shù)已率先完成在光伏硅材料切割領(lǐng)域的規(guī)?；瘧?yīng)用，極大地推動(dòng)了光伏產(chǎn)業(yè)提質(zhì)增效、平價(jià)上網(wǎng)進(jìn)程。在半導(dǎo)體硅材料切割領(lǐng)域，金剛線切割也正逐步推廣應(yīng)用。在藍(lán)寶石材料和磁性材料切割領(lǐng)域，金剛線切割也已成為重要的切割解決方案。

3、切割設(shè)備應(yīng)用領(lǐng)域

隨著金剛線切割技術(shù)的不斷發(fā)展，金剛線和金剛線切割設(shè)備的應(yīng)用領(lǐng)域已涵蓋光伏硅材料、半導(dǎo)體硅材料、藍(lán)寶石材料、磁性材料等下游行業(yè)。

（1）光伏產(chǎn)業(yè)

光伏產(chǎn)業(yè)鏈主要包括硅料、硅片、晶硅電池片、光伏組件、光伏發(fā)電系統(tǒng)5個(gè)環(huán)節(jié)。其中，硅棒和硅片切割是硅片生產(chǎn)環(huán)節(jié)的主要工序，金剛線切割技術(shù)可用于硅棒截?cái)唷⒐桢V開(kāi)方、硅片切割，其技術(shù)性能直接影響硅片的質(zhì)量及光伏組件的制造成本，是光伏企業(yè)“降本增效”的核心技術(shù)環(huán)節(jié)。

目前，主要的光伏單、多晶硅片生產(chǎn)廠商已全面采用金剛線切割工藝。

在全球光伏產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展的拉動(dòng)下，中國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)持續(xù)健康發(fā)展，產(chǎn)業(yè)規(guī)模穩(wěn)步增長(zhǎng)，技術(shù)不斷突破創(chuàng)新，已經(jīng)由“兩頭在外”的典型世界加工基地，轉(zhuǎn)變?yōu)槿蚬夥a(chǎn)業(yè)的發(fā)展創(chuàng)新制造基地，光伏產(chǎn)業(yè)已成為中國(guó)為數(shù)不多的可以同步參與國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的、保持國(guó)際先進(jìn)水平的產(chǎn)業(yè)之一。

切割設(shè)備和切割耗材行業(yè)處于光伏硅片行業(yè)的上游，是硅片制造企業(yè)的設(shè)備和耗材供應(yīng)商。隨著光伏硅片行業(yè)集中度不斷上升，切割設(shè)備和切割耗材行業(yè)的機(jī)遇和挑戰(zhàn)并存：一方面，設(shè)備和耗材企業(yè)如能夠憑借技術(shù)水平和產(chǎn)品品質(zhì)與頭部硅片企業(yè)建立業(yè)務(wù)合作關(guān)系，將占據(jù)有利的市場(chǎng)地位，伴隨著客戶市場(chǎng)份額的提高，預(yù)計(jì)經(jīng)營(yíng)業(yè)績(jī)及市場(chǎng)份額也將隨之提升；但另一方面，光伏硅片行業(yè)集中度提高使單個(gè)客戶的采購(gòu)規(guī)模擴(kuò)大，從而增強(qiáng)其議價(jià)能力，這將導(dǎo)致產(chǎn)品價(jià)格出現(xiàn)一定程度的下降，不利于行業(yè)內(nèi)企業(yè)盈利水平的提升。

（2）下游半導(dǎo)體硅片行業(yè)發(fā)展

半導(dǎo)體硅片生產(chǎn)流程包括拉晶、滾磨切斷、線切割、倒角、研磨、腐蝕、熱退火、邊緣拋光、雙面拋光、最終拋光、清洗、檢測(cè)、外延等步驟和工藝環(huán)節(jié)。硅片制造過(guò)程中涉及到多種生產(chǎn)設(shè)備，拉晶、成型和拋光是保證半導(dǎo)體硅片質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，涉及包括單晶爐、滾磨機(jī)、切片機(jī)、倒角機(jī)、研磨設(shè)備、CMP拋光設(shè)備、清洗設(shè)備、檢測(cè)設(shè)備等多種生產(chǎn)設(shè)備。

從半導(dǎo)體硅片的切割技術(shù)來(lái)看，目前主要采用游離磨料砂漿切割技術(shù)。由于半導(dǎo)體硅片對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量及一致性要求極高，半導(dǎo)體生產(chǎn)所用硅片的制備難度遠(yuǎn)大于光伏硅片，游離磨料砂漿切割技術(shù)作為成熟、穩(wěn)定的技術(shù)方案仍在被廣泛應(yīng)用，而新一代金剛線切割技術(shù)在半導(dǎo)體硅片制造領(lǐng)域尚處于驗(yàn)證推廣階段。參考金剛線切割技術(shù)在光伏硅片制造領(lǐng)域的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，未來(lái)一旦金剛線切割技術(shù)在半導(dǎo)體硅片制造實(shí)現(xiàn)規(guī)?；瘧?yīng)用，金剛線切割技術(shù)的市場(chǎng)規(guī)模將大幅提升。

半導(dǎo)體硅片切割目前主要采用砂漿工藝進(jìn)行切割，且主要采用國(guó)外生產(chǎn)的設(shè)備進(jìn)行切割。未來(lái)，隨著金剛線切割逐步實(shí)現(xiàn)在半導(dǎo)體硅片切割環(huán)節(jié)的突破以及國(guó)內(nèi)設(shè)備制造廠商技術(shù)水平的提升，國(guó)產(chǎn)金剛線切割設(shè)備有望逐步啟動(dòng)工藝替代及進(jìn)口替代進(jìn)程。