2013年超硬材料刀具行业市场发展态势是怎样的？

随着切削加工工件材料的不断发展，尤其是一些难加工材料的出现，超硬材料刀具得到了越来越广泛的应用，其中超硬材料刀具包括金刚石刀具和立方氮化硼刀具。国内超硬材料刀具制造商的数量、规模和制造水平都在迅速提高。在国内超硬材料以及超硬材料刀具，最要就集中在河南。最具代表性的是河南富耐克超硬材料股份有限公司，它一直是超硬材料行业的先锋，同时拥有先进超硬刀具研发和制造技术。
　　超硬材料刀具在整个刀具市场中的地位
　　在目前的刀具市场上，占据最大市场份额的刀具材料仍为高速钢和硬质合金，但这些刀具的硬度最高仅为2000～3000HV，若加上粘接物质，其总体硬度则在2000HV以下。对于难加工材料和高速高精加工来说，较低硬度的刀具材料已不能胜任。以金刚石和立方氮化硼刀具为代表的超硬材料刀具则迅速占领这个市场。其中金刚石刀具有极高的硬度和耐磨性，其硬度可达10000HV，是刀具材料中最硬的，热稳定性可达700℃～800℃。而立方氮化硼的硬度仅次于金刚石(可达8000HV～9000HV)，并且热稳定性更高(达1250℃～1350℃)。
　　超硬材料刀具具有加工效率高、使用寿命长和加工质量好等特点，过去主要用于精加工，近几年来由于改进了人造超硬刀具材料的生产工艺，控制了原料纯度和晶粒尺寸，采用了复合材料和热压工艺等，应用范围不断扩大，除适于一般的精加工和半精加工外，还可用于粗加工，在国际上公认为是当代提高生产率最有希望的刀具材料之一。利用超硬材料加工钢、铸铁、有色金属及其合金等零件，切削速度可比硬质合金高一个数量级，刀具寿命可比硬质合金高几十甚至几百倍。同时它的出现，还使传统的工艺概念发生变化，利用超硬刀具常常可直接以车、铣代磨(或抛光)，对淬硬零件加工，可用单一工序代替多道工序，大大缩短工艺流程。
　　金刚石材料刀具具有极高的硬度和耐磨性，能有效地加工铜、铝等有色金属及其合金、陶瓷、末烧结的硬质合金、各种纤维和颗粒加强的复合材料等。金刚石俗称“金刚钻儿”，也就是我们常说的钻石。天然金刚石矿藏都是史前就已经形成的，且无生长规律可循。“人造金刚石主要应用于军工业和航空航天业。因为它耐高温、高压，宇航员的头盔膜、航空飞船的隔热板、高铁的轨枕等都需要它。”河南省金刚石及制品工程技术研究中心总工程师、该项目主持人王秦生教授介绍说，人造金刚石还广泛应用于先进制造业和现代加工业，从牙科的修牙镶牙刀、整容医院的磨骨刀，到汽车的轴承、电子元件都用得到它。而人造金刚石镶嵌的大型波纹片，可用来切割巨大的石料和公路水泥，在地质勘探和石油开采中也发挥了重要的作用。
　　金刚石产业链简介:金刚石产业链自上而下分别为石墨、单晶、微粉、聚晶复合片、金刚石制品。目前,我国50%左右的单晶用于生产锯切工具。根据聚晶制品应用领域的不同,聚晶复合片又分为:石油开采用、矿山开采用、刀具用、拉丝模坯。金刚石制品分为单晶制品(磨具、锯切工具)、聚晶制品(地质钻头、刀具、拉丝模)。下游应用领域介绍:磨具主要应用于电子信息领域IC芯片加工、汽车领域发动机加工、空调及冰箱压缩机加工、刀具加工等;锯切工具主要应用于石材工业、建筑工业;钻进工具主要应用于矿山、石油开采;刀具主要应用于车床加工。市场空间预测:2011年国内单晶市场需求约为94亿克拉,未来两年增长率11.33%、10.33%;2011年全球石油复合片需求78亿元,未来两年增速12%;矿山复合片92亿元,未来两年增速12%;刀具复合片132亿元,未来两年增速45.33%。
　　立方氮化硼与聚晶金刚石一样，也是在高温高压下人工合成的，其多晶结构和性能也与金刚石类似，具有很高的硬度，很好的导热性，很小的热膨胀，较小的密度，较低的断裂韧性。此外，立方氮化硼还具有卓越的化学和热稳定性，同铁族元素几乎不发生反应，这一点要优于金刚石。立方氮化硼与金刚石相比，热稳定性更高，对铁族元素化学惰性大，抗粘结能力强，更适于加工各种淬硬钢、热喷涂材料、冷硬铸铁和HRC35以上的钴基和镍基等难切削材料。
　　在工业发达国家，立方氮化硼刀具已广泛应用于汽车、重型机械等机械加工行业。立方氮化硼刀具适合于高速干切削，可以用2000m/min以上的速度高速加工灰铸铁。立方氮化硼刀具在高速硬切削方面的应用也比较广泛，尤其是精加工汽车发动机上的合金钢零件，如HRC60～65之间的齿轮、轴、轴承，而这些零部件过去是靠磨削来保证尺寸精度和表面质量的。”众所周知，硬质合金刀片主要成分为碳化钨，而钨是一种稀缺资源，尽管我国是富钨的国家，但照目前这种开发和使用程度，碳化钨资源会迅速减少，有专家预测，未来60年后，也许将会枯竭。那么新的超硬材料刀具将会在未来切削领域发挥更大的作用。
　　它既可用于精加工和半精加工，也可用于背吃刀量达6mm的粗加工。目前世界上立方氮化硼的年耗量大约以10%～15%的速度增长。人造立方氮化硼超硬刀具材料，目前单晶的向粗颗粒、高强度、多功能方向发展。日本无机材料所生产的单晶CBN直径达3mm。DeBeers公司生产的PCBN产品，最大直径达101.6mm，然后用激光切割成所需要的任何形状，可加工70HRC的高硬度材料。
　　超硬材料刀具行业发展概况
　　如今，超硬材料刀具在切削加工中的优势已经被广大用户所熟知，并得到越来越广泛的认可和应用，市场需求巨大。
　　从超硬材料本身来看，我国具有明显的资源优势，最近发现瓦房店地区的金刚石以往的勘探钻孔大多只有200-300米，未能有效控制金伯利岩的整体形态，而最近施工的钻孔近1000米，在800多米多处见到厚大金伯利岩体，可探上百万克拉的金刚石资源量。
　　目前我国金刚石产量占世界总产量的80%以上，立方氮化硼(CBN)产量占世界总产量的60%以上，已经是世界第一大超硬材料生产国，在超硬材料方面中国已迈入世界强国行列，我国超硬材料产业率先成为在国际上有话语权的产业之一。
　　复合超硬刀具市场目前主要为国外制造商所控制，在2009年，复合超硬刀具材料市场全球占有率前几位的公司为清一色的国外公司，分别是元素六(30%)、DI公司(20%)、日本住友(18%)、韩国日进(9%)、MegaDiamond(4.5%)、TomeiDiamond(4.5%)、Dennistools(4%)，几大公司就占据了市场的90%。
　　在非复合超硬刀具市场中，立方氮化硼整体聚晶刀片已经是我国的强项，富耐克不仅在整体聚晶立方氮化硼刀片(PCBN刀片)技术上有用着先进技术，同时在立方氮化硼超强焊接刀片拥有着先进技术，在我国的超硬刀具行业独树一帜，在焊接聚晶氮化硼刀片综合效益上比国外更有优势。
　　带有360-900V直流输入、可以直接由变频器中间直流总线供电，这样的电源听起来非常令人心动。但是这样的电源却有着特别的设计要求。
　　用于控制系统和其它应用的电源传统上都是直接由单相或三相电网供电的。然而，由于越来越多的变频器以及伺服电机放大器的应用，新的供电可能出现了：由变频器的中间直流总线供电。这种供电的优点在于，可以利用运转的电机中储存的、“免费”的动能来为控制系统供电。如果这种可能成为现实，将大大提高电源相对电网波动的稳健性，而不必使用需要经常性维护的蓄电池缓冲系统。
　　为了理解这种应用，可以以吊车为例：当吊车刚刚向上吊起货物时，如果供电电网突然中断，会发生什么呢?通常，控制系统必须备有蓄电池缓冲，从而使被吊起的货物能够被安全地降下来。而如果控制系统由中间直流总线供电，则吊车的电机在货物被降下时会起到发电机的作用，保持住中间直流总线以及控制系统上的电压。通过这种对执行器和控制系统的强制同步，可以使系统设计更加简单和安全。
　　那么，电源必须满足哪些要求，才能适合由中间直流总线供电的应用呢?有人可能会说，没有什么要求，因为从基本原理推断，开关电源总是在内部对交流电整流，所以开关电源可以由交流和直流供电。而且，很多开关电源的产品说明中也会明确指出一定的直流输入范围，如450…750Vdc等。那么，为什么在实际中用普通开关电源直接连接到中间直流总线上会出现问题呢?
　　其中一个原因在于，中间直流总线上的电压常常是带有几百伏对地幅值的高频交流电压,即所谓“共模噪声”。标识“直流电压”实际上指的只是正负极间的电压，而不是对地的，因为整个中间直流总线以相同的节奏对地来变动。这种效应是因为变频器中的快速开关(IGBT)通过电机和其它的电容以高频周期性地将正负极与地相连。
　　变频器虽然自带有滤波器，但是它只对外工作，也就是面向输入电网;而对内，即面向中间直流总线，它不起作用。而且因为这是变频器内部，也没有明确的电磁兼容标准要求。而针对电源的电磁兼容标准也不覆盖这一应用，因为普通电源输入端上不会长期有600V，几千Hz频率范围的的干扰，这种干扰超过了普通电源所要求的输入可靠值的几十倍。因此对中间直流总线供电的电源的要求完全不同于普通的电源。