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人造金剛石相關裝置被中國海關出口管制

2024-08-26科技

商務部 海關總署公告2024年第33號 關於對銻等物項實施出口管制的公告 】中提出:為維護國家安全和利益、履行防擴散等國際義務,經國務院批準,決定對下列物項實施出口管制。

(二)超硬材料相關物項。

六面頂壓機裝置、六面頂壓機專用關鍵零部件,包括鉸鏈梁、頂錘、合成壓力大於5千兆帕的高壓控制系統、微波電漿化學氣相沈積法(MPCVD)裝置、金剛石視窗材料,包括曲面金剛石視窗材料,或具有以下全部特征的平面金剛石視窗材料、用六面頂壓機合成人造金剛石單晶或立方氮化硼單晶工藝技術、用於制造已列管的六面頂壓機裝置的技術

這是這次出口管制中的第二批超硬材料相關物項,那麽我們來看下這些物項有什麽用處。

六面頂壓機有什麽用處?

六面頂壓機是一種超高壓裝置,主要用於合成人造金剛石及立方氮化硼等超硬材料。

在合成過程中,六面頂壓機透過施加極高的壓力和一定的溫度條件,促使石墨等碳質原料轉化為人造金剛石。它具有操作相對簡便、成本較低、生產效率較高等優點。

例如,在工業生產中,利用六面頂壓機可以大規模合成不同粒度和品質的人造金剛石,這些人造金剛石廣泛套用於機械加工、地質勘探、電子資訊、珠寶首飾等領域。又如,立方氮化硼的合成也常借助六面頂壓機來實作,立方氮化硼具有高硬度、高熱穩定性等特點,在刀具制造等方面有重要套用。

隨著技術的不斷發展,六面頂壓機的效能也在不斷提升,為超硬材料的研發和生產提供了有力支持。

微波電漿化學氣相沈積法(MPCVD)裝置

微波電漿化學氣相沈積法(MPCVD)裝置是一種專門設計或制造的裝置,具有以下特性:微波功率在 10 千瓦以上,且微波頻率為 915 兆赫或 2450 兆赫。

其工作原理是透過微波發生器產生微波,經導波傳輸系統進入反應器,並通入甲烷與氫氣等混合瓦斯,在微波的激發下,在反應室內產生輝光放電,使反應瓦斯的分子離化,產生電漿,在基板台上沈積得到金剛石膜等材料。

由於其能夠制備大面積、高品質的金剛石,且安全系數高、制備過程無汙染,MPCVD 技術被認為是未來制備人造金剛石最理想的方法。目前,國外一些公司如 element6、iiatechnologies、diamondfoundry 等已在使用 MPCVD 法工業化生產單晶金剛石,但因該裝置對效能要求高、開發難度大、技術研發和裝置制造投資大,國內市場此前處於被歐美日廠商壟斷的狀態。不過,近年國內也有企業實作了相關技術突破,如上海鉑世光半導體科技有限公司自主研發生產的生產線上專用 MPCVD 裝置已正式下線並投入使用。

人造金剛石被幹到了白菜價

根據【2021 年中國磨料磨具工業年鑒】相關統計數據,2020 年行業內主要生產商金剛石單晶產量約為 200 億克拉,產值約為 50 億元,平均每克拉不到 3 毛錢。相比 1965 年的 30 多元 / 克拉,價格有了大幅下降。2024年的價格只會更低。

需要註意的是,這裏的 「白菜價」 是針對工業級金剛石而言的。工業級金剛石的純度相對較低,與用於珠寶首飾的高純度鉆石相比,價格差距較大。 在珠寶領域,人造金剛石的價格仍然會受到多種因素的影響,如品質、顏色、大小等。

人造金剛石在工業領域具有廣泛的套用,如磨削、切割、鉆孔等,其價格的降低使得這些領域能夠更廣泛地使用金剛石,提高生產效率和產品品質。同時,隨著技術的發展,人造金剛石在一些新興領域也有著潛在的套用前景,如 半導體 等。

人造金剛石的套用領域有哪些?

人造金剛石具有廣泛的套用領域,主要包括以下方面:

  1. 工業加工 :利用其超硬、耐磨、抗腐蝕的力學特性,制作各類金剛石工具,如磨、削、切、割等工具,可用於加工金屬及合金材料、高硬脆材料(矽、藍寶石、磁性材料等)、軟韌材料(橡膠、樹脂等)及其他難加工材料。具體工具包括鋸片、鋸條、繩鋸、線鋸、刀具、砂輪、磨頭、切割片、磨盤、油石、砂布、砂帶、拋光膜、研磨膏、研磨液等,廣泛套用於石材、玻璃、陶瓷、矽片、硬質金屬、合金、寶石、瑪瑙、玉器等各類材料的切、削、磨、鉆,終端套用涵蓋建材石材、裝備制造、汽車制造、家用電器、電子電器、清潔能源、勘探采掘等諸多領域。
  2. 電子電器 :由於具有良好的導熱率、電絕緣性,可作為半導體裝置的散熱板,也套用於電子工業中的一些功能性元器件。
  3. 光學領域 :具備優良的透光性,可用於制造光學裝置。
  4. 航空航天與國防軍工 :例如用於飛彈的雷射制導、北鬥導航衛星相控陣元件等。
  5. 醫療檢測和治療 :在醫療領域也有一定套用。
  6. 其他領域 :如制作金剛石薄膜,用於切削工具、半導體電子裝置、光學聲學裝置、壓力加工和切削加工工具等;唱針針尖上沈積金剛石薄膜可承受極大壓力並延長耐磨壽命;在塑膠、玻璃外面塗上金剛石薄膜可延伸其用途等。

隨著技術的不斷發展,人造金剛石的套用領域可能還會繼續擴大和深化。

人造金剛石在軍工方面的套用

人造金剛石在軍工方面有多種重要套用,例如:

  • 散熱材料 :可用於雷達等裝置中半導體器件的散熱。先進的雷達常使用氮化鎵等半導體器件,工作時會產生大量熱量,而人造金剛石具有良好的散熱效能,能有效解決散熱問題,提升雷達的探測距離和對隱身目標的探測能力,甚至可能大振幅提高戰鬥機機載相控陣雷達的功率,增加先敵發現對手的優勢。
  • 飛彈整流罩 :超音速新一代攔截飛彈對整流罩有很高要求,在高速飛行時表層溫度極高,金剛石幾乎是唯一能承受這種高溫和熱震的材料,可作為飛彈整流罩的關鍵材料。
  • 紅外視窗 :金剛石膜可以直接作為紅外武器裝備如紅外夜視儀的平板視窗,能提高或增強各種紅外武器系統的戰場生存能力,抵抗多種環境破壞,同時利用其良好的導熱效能,可減小溫度升高對紅外視窗透過效能的影響。
  • 光電對抗材料 :在光電對抗中,金剛石膜可用於抗雷射加固,透過增加防雷射的光學裝置、采用抗雷射光學鍍膜、研制光學探測器雷射防護裝置等措施,對抗雷射對飛彈和制導站光學系統的破壞。
  • 衛星材料 :在衛星發射與套用方面,金剛石薄膜除了可作為紅外窗片材料外,還能用作熱沈,幫助減少衛星制冷系統的品質,降低發射費用,同時可抵抗宇宙放射線,顯著提高太陽能轉換效率。此外,金剛石芯片和大功率金剛石二極體等散熱技術,可用於多芯片組裝,解決芯片散熱問題。
  • 中國在人造金剛石領域的產能較大,並且有眾多公司在從事相關研究和生產。隨著技術的發展,其在軍工領域的套用可能還會不斷拓展和深化。同時,部份軍工企業的金剛石制造技術處於行業領先地位,其生產的金剛石套用於軍工的精密加工等領域。例如中兵紅箭的金剛石制造生產套用在軍工的精密加工領域,該公司的金剛石制造技術目前處於行業第一。

    中國出口人造金剛石

    中國是人造金剛石的重要生產國和出口國。據中國機床工具工業協會超硬材料分會秘書長孫兆達介紹,河南每年產出工業級人造金剛石約 120 億克拉,培育鉆石原石超過 600 萬克拉,其中相當一部份會出口到印度等地進行切割加工,然後發往歐洲、北美等地區。

    從相關數據分析來看,中國出口的人造金剛石在數量和金額上存在一定的波動。例如 2023 年人造金剛石出口總量為 383,629 萬克拉,出口總額為 17,253 萬美元;2022 年出口總量為 408,564 萬克拉,出口總額為 21,431 萬美元。

    美國進口人造金剛石

    中國是人造金剛石的重要生產國和出口國,在全球人造金剛石市場中占據較大份額。2022 年,美國進口的人造金剛石中,中國金剛石占比達到 78%。

    中國人造金剛石單晶產量占全球的 95%,其在聲、光、電、磁、熱等多個領域都有廣泛套用。從全國產業分布區域來看,河南省擁有超硬材料全產業鏈優勢,而精密加工領域主要集中在長三角和珠三角等地。

    綜上所述,人造金剛石套用範圍非常廣,目前全球只有中國才能提供價效比非常高的人造金剛石,這就是工業能力,其他國家也是可以做出來,但是價格高,價效比不行,這樣套用就會受到限制。特別是這次出口管制的目的已經說的非常清楚了:為維護國家安全和利益、履行防擴散等國際義務。

    繼續觀察吃瓜,看看他們下一步出什麽牌,雷射武器、紅外制導武器等怎麽制造,當然他們可能已經儲備了一些,不過沒有關系,等這些儲備的用完後,他們怎麽辦,供應鏈要重整了,這可不是短時間可以完成的。