高硬脆材料行业技术及下游应用情况分析（附报告目录）

1、高硬脆材料概况

光伏硅材料、半导体硅材料、蓝宝石材料、磁性材料、光学玻璃、陶瓷材料等，都具有抗磨损、硬度高、脆性大等共同特点，可统称为高硬脆材料。

高硬脆材料的切割过程是用硬度较高的材料去磨削硬度较低的材料，磨削部分损耗、未磨削部分分离，从而达到切割效果。高硬脆材料加工难度很大，一方面，高硬脆材料硬度很高，较难加工；另一方面，高硬脆材料脆性高，被加工物料容易在加工过程中断裂。金刚石在莫氏硬度表上的硬度为10，是目前已知的最高硬度的天然形成的材料。常见高硬脆材料的莫氏硬度指标如下表所示：

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常见高硬脆材料的莫氏硬度指标

资料来源：公开资料整理

2、高硬脆材料切割技术发展历程

从高硬脆材料切割技术的发展历程来看，其切割方法经历了内圆锯切割、游离磨料砂浆切割、金刚线切割的技术升级路线，其中每一步改进都带来了原材料利用率、切割效率的提升和切割成本的降低。

20世纪80年代以前，高硬脆材料一般采用涂有金刚石微粉的内圆锯进行切割。随着光伏和半导体行业的快速发展，由于内圆锯切割的切缝大、材料损耗多，且对高硬脆材料的切割尺寸也有限制，从20世纪90年代中期开始，切缝窄、切割厚度均匀且翘曲度较低的线锯切割方式逐步发展起来。线锯切割以钢线做刃具，主要分为游离磨料和固结磨料切割两类。2003年以前，以碳化硅作为游离磨料砂浆的线锯切割方式主要满足于半导体行业的需求；2003年以来，随着光伏发电产业化水平不断提高，产业规模持续扩大，光伏产业开始步入爆发性增长阶段，国内光伏硅片企业迅速发展并使用游离磨料砂浆切割工艺切割硅料。

由于游离磨料线锯切割具有较多缺点，其逐渐被固结磨料线据切割所替代。固结磨料线据切割是一种在电镀液中添加一定量的表面包覆有金属镍的金刚石微粉颗粒，在电镀过程中，包覆有金属镍的金刚石微粉颗粒沉积在钢线基体上，金刚石微粉颗粒被包覆进入镀层而制成的固结线性锯切工具。相较游离磨料线锯切割，电镀固结磨料线据切割具有更高的耐磨性，同时能够承受更大的切削力，切削时间也大幅降低。

一方面，由于金刚线切割具有上述优势，金刚线切割技术对传统砂浆切割技术的替代正在快速推进。目前，金刚线切割技术已率先完成在光伏硅材料切割领域的规模化应用，极大地推动了光伏产业提质增效、平价上网进程。在半导体硅材料切割领域，金刚线切割也正逐步推广应用。在蓝宝石材料和磁性材料切割领域，金刚线切割也已成为重要的切割解决方案。

3、切割设备应用领域

随着金刚线切割技术的不断发展，金刚线和金刚线切割设备的应用领域已涵盖光伏硅材料、半导体硅材料、蓝宝石材料、磁性材料等下游行业。

（1）光伏产业

光伏产业链主要包括硅料、硅片、晶硅电池片、光伏组件、光伏发电系统5个环节。其中，硅棒和硅片切割是硅片生产环节的主要工序，金刚线切割技术可用于硅棒截断、硅锭开方、硅片切割，其技术性能直接影响硅片的质量及光伏组件的制造成本，是光伏企业“降本增效”的核心技术环节。

目前，主要的光伏单、多晶硅片生产厂商已全面采用金刚线切割工艺。

在全球光伏产业蓬勃发展的拉动下，中国光伏产业持续健康发展，产业规模稳步增长，技术不断突破创新，已经由“两头在外”的典型世界加工基地，转变为全球光伏产业的发展创新制造基地，光伏产业已成为中国为数不多的可以同步参与国际竞争的、保持国际先进水平的产业之一。

切割设备和切割耗材行业处于光伏硅片行业的上游，是硅片制造企业的设备和耗材供应商。随着光伏硅片行业集中度不断上升，切割设备和切割耗材行业的机遇和挑战并存：一方面，设备和耗材企业如能够凭借技术水平和产品品质与头部硅片企业建立业务合作关系，将占据有利的市场地位，伴随着客户市场份额的提高，预计经营业绩及市场份额也将随之提升；但另一方面，光伏硅片行业集中度提高使单个客户的采购规模扩大，从而增强其议价能力，这将导致产品价格出现一定程度的下降，不利于行业内企业盈利水平的提升。

（2）下游半导体硅片行业发展

半导体硅片生产流程包括拉晶、滚磨切断、线切割、倒角、研磨、腐蚀、热退火、边缘抛光、双面抛光、最终抛光、清洗、检测、外延等步骤和工艺环节。硅片制造过程中涉及到多种生产设备，拉晶、成型和抛光是保证半导体硅片质量的关键环节，涉及包括单晶炉、滚磨机、切片机、倒角机、研磨设备、CMP抛光设备、清洗设备、检测设备等多种生产设备。

从半导体硅片的切割技术来看，目前主要采用游离磨料砂浆切割技术。由于半导体硅片对产品质量及一致性要求极高，半导体生产所用硅片的制备难度远大于光伏硅片，游离磨料砂浆切割技术作为成熟、稳定的技术方案仍在被广泛应用，而新一代金刚线切割技术在半导体硅片制造领域尚处于验证推广阶段。参考金刚线切割技术在光伏硅片制造领域的应用经验，未来一旦金刚线切割技术在半导体硅片制造实现规模化应用，金刚线切割技术的市场规模将大幅提升。

半导体硅片切割目前主要采用砂浆工艺进行切割，且主要采用国外生产的设备进行切割。未来，随着金刚线切割逐步实现在半导体硅片切割环节的突破以及国内设备制造厂商技术水平的提升，国产金刚线切割设备有望逐步启动工艺替代及进口替代进程。