行業(yè)|深度|研究報告 行業(yè)研究報告慧博智能投研超導(dǎo)材料作為前沿新材料領(lǐng)域的重要分支，因其獨特的零電阻、邁斯納效應(yīng)等特性，在能源、交通、醫(yī)療、高端制造等多個領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。自1911年荷蘭物理學(xué)家?？恕ぐ耗崴故状伟l(fā)現(xiàn)超導(dǎo)現(xiàn)象以來，超導(dǎo)材料經(jīng)歷了從低溫超導(dǎo)到高溫超導(dǎo)的發(fā)展歷程，近年來更是隨著制備技術(shù)的不斷突破和應(yīng)用場景的持續(xù)拓展，逐漸成為全球科技競爭的焦點之一。隨著全球?qū)η鍧嵞茉?、高效傳輸和高端制造需求的不斷增長，超導(dǎo)材料的應(yīng)用前景愈發(fā)廣闊，其在可控核聚變、超導(dǎo)電力等領(lǐng)域的應(yīng)用，正在逐步改變?nèi)祟惖纳詈蜕a(chǎn)方式。本報告旨在深度剖析超導(dǎo)材料行業(yè)。我們將詳細(xì)解讀超導(dǎo)材料的分類、特性、應(yīng)用及制備工藝，并結(jié)合當(dāng)前超導(dǎo)材料在可控核聚變等重點領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀與前景，對行業(yè)進行全面梳理。同時，報告還將深入介紹行業(yè)內(nèi)代表性企業(yè)的技術(shù)研發(fā)、市場拓展及產(chǎn)業(yè)布局成果與優(yōu)勢。希望這些內(nèi)容能為讀者提供了解超導(dǎo)材料行業(yè)的重要參考。一、行業(yè)概述 1二、主要超導(dǎo)材料及制備工藝 6三、可控核聚變裝置為重點應(yīng)用方向 18四、高溫超導(dǎo)材料競爭格局 24五、高溫超導(dǎo)材料市場規(guī)模預(yù)測 25六、相關(guān)公司 31七、參考研報 37超導(dǎo)：全稱超導(dǎo)電性，是指某種材料在降至某一臨界溫度時，電阻突然降為零的現(xiàn)象，具備這種特性的材料則被稱為超導(dǎo)體或者超導(dǎo)材料。超導(dǎo)現(xiàn)象的首次發(fā)現(xiàn)可以追溯到1911年，當(dāng)時荷蘭物理學(xué)家海克·昂尼斯在氦氣液化的過程中進行了一項關(guān)鍵性實驗。昂尼斯將金屬汞冷卻到了4.2K（約-269°C），發(fā)現(xiàn)汞的電阻突然下降到零。由于這一發(fā)現(xiàn)，昂尼斯在1913年被授予諾貝爾物理學(xué)獎，他同時首次提出了“超導(dǎo)”這一術(shù)語。1/38行業(yè)|深度|研究報告 超導(dǎo)材料具有三大基本特性：1）零電阻效應(yīng)：又稱“完全導(dǎo)電性”，即低于臨界溫度Tc時，超導(dǎo)體的電阻迅速降為零的特性。2）邁斯納效應(yīng)：又稱“完全抗磁性”，即在磁場強度低于臨界磁場強度Hc時，外界磁場的磁力線無法穿過超導(dǎo)體，超導(dǎo)體內(nèi)部磁場為零的現(xiàn)象。3）量子隧穿效應(yīng)：是指在“超導(dǎo)體-薄絕緣介質(zhì)層-超導(dǎo)體”組成的三明治結(jié)構(gòu)中，電子可以穿過絕緣層從而形成隧穿電流的現(xiàn)象，這種結(jié)構(gòu)也被稱為約瑟夫森結(jié)，中間絕緣層的典型厚度為1.5~3nm。超導(dǎo)材料可以實現(xiàn)大電流輸運、產(chǎn)生強磁場等先進技術(shù)，是具有戰(zhàn)略意義的前沿新材料，在可控核聚變、超導(dǎo)電力、大科學(xué)裝置、高端制造、醫(yī)療裝備及交通運輸?shù)确矫鎽?yīng)用廣泛。低溫超導(dǎo)材料：Tc＜25K的超導(dǎo)材料被稱為低溫超導(dǎo)材料。目前已經(jīng)實現(xiàn)商業(yè)化的包括NbTi（鈮鈦，Tc=9.5K）和Nb3Sn（鈮三錫，Tc=18K）高溫超導(dǎo)材料：Tc≥25K的超導(dǎo)材料為高溫超導(dǎo)材料。具備實用價值的主要包括鉍系（例如Bi-Sr-Ca-Cu-O，BSCCO，Tc=110K）、釔系（例如Y-Y-BaCu-0，YBCO，Tc=92K）和二硼化鎂超導(dǎo)材料（MgB2，Tc=39K）、鐵基超導(dǎo)材料等。第一類超導(dǎo)體：具有一個臨界磁場，在常溫下具有良好導(dǎo)電性的純金屬，如鋁（Al）、鋅（Zn）、鎵（Ga）、錫（Sn）、銦（In）等。第二類超導(dǎo)體：具有兩個臨界磁場，下臨界場Hc1和上臨界場Hc2。純金屬元素釩（V）和鈮（Nb）外，主要包括金屬化合物及其合金，以及陶瓷超導(dǎo)體。2/38行業(yè)|深度|研究報告 元素超導(dǎo)體：由單一元素構(gòu)成的超導(dǎo)體，如鉛（Pb）、鈮（Nb）等金屬在低溫下展現(xiàn)超導(dǎo)特性，通常為第一類超導(dǎo)體。合金或化合物超導(dǎo)體：由兩種或多種元素組成的合金或化合物形成的超導(dǎo)體，典型如NbTi、Nb?Sn，廣泛應(yīng)用于磁共振成像和粒子加速器磁體。氧化物超導(dǎo)體：由氧化物構(gòu)成的超導(dǎo)體，如YBCO、BSCCO等銅氧化物，是高溫超導(dǎo)的主要代表，臨界溫度可超過77K。液氦溫區(qū)超導(dǎo)體：在4.2K以下的溫度中表現(xiàn)出超導(dǎo)性質(zhì)，如YBCO、BSCCO等銅氧化物，是高溫超導(dǎo)的主要代表，臨界溫度可超過77K。液氫溫區(qū)超導(dǎo)體：在20K以下的溫度中表現(xiàn)出超導(dǎo)性質(zhì)，如MgB?（二硼化鎂）即在約20–25K表現(xiàn)超導(dǎo)性，可用液氫或閉循環(huán)系統(tǒng)制冷。液氮溫區(qū)超導(dǎo)體：在77K以下的溫度中表現(xiàn)出超導(dǎo)性質(zhì)，多為高溫超導(dǎo)材料，如YBCO、BSCCO，制冷成本顯著降低。常溫超導(dǎo)體：在接近或略高于室溫的溫度下表現(xiàn)出超導(dǎo)性質(zhì)，目前尚未實現(xiàn)穩(wěn)定可重復(fù)的實驗驗證，仍處于前沿探索階段。根據(jù)《超導(dǎo)材料科學(xué)與技術(shù)》，現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)的超導(dǎo)材料有上千種，但具有實用化前景的超導(dǎo)材料僅不足十種，目前實用化的主要包括低溫超導(dǎo)材料中的NbTi、Nb3Sn和高溫超導(dǎo)材料中的YBa2Cu3O6（YBCO）、Bi2Sr2Ca2Cu3O10（Bi-2223）和Bi2Sr2CaCu2O8（Bi-2212）等4~5種。20世紀(jì)60年代，低溫超導(dǎo)材料率先實現(xiàn)工程化突破。鈮鈦（NbTi）合金憑借良好的延展性與成本優(yōu)勢，成為核磁共振成像（MRI）磁體的核心材料，1973年首臺商用MRI設(shè)備的誕生，標(biāo)志著超導(dǎo)技術(shù)從實驗室走向醫(yī)療臨床。同期發(fā)展的鈮三錫（Nb3Sn）則因更高的臨界磁場，被應(yīng)用于粒子加速器磁體，如CERN的大型強子對撞機（LHC），其8.3T超導(dǎo)磁體支撐起高能物理研究的基礎(chǔ)。這一階段的低溫超導(dǎo)技術(shù)雖依賴液氦冷卻，卻為后續(xù)發(fā)展奠定了材料制備與磁體設(shè)計的技術(shù)基礎(chǔ)。3/38行業(yè)|深度|研究報告 1986年銅氧化物高溫超導(dǎo)體的發(fā)現(xiàn)，徹底改變了超導(dǎo)應(yīng)用的格局。瑞士科學(xué)家繆勒與柏諾茲在BaLaCuO體系中實現(xiàn)35K超導(dǎo)突破后，中美團隊迅速將臨界溫度提升至液氮溫區(qū)（90K以上）。鉍系（Bi系）銅氧化物率先實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化：1999年，德國埃森市投運的Bi-2223超導(dǎo)電纜（10kV級），驗證了高溫超導(dǎo)在電網(wǎng)中的長期穩(wěn)定運行能力；日本住友電工通過高壓熱處理技術(shù)，將Bi-2223帶材載流能力提升至280A（77K自場），成為早期超導(dǎo)電力的標(biāo)桿。與此同時，釔鋇銅氧（YBCO）涂層導(dǎo)體（第二代高溫超導(dǎo)帶材）在21世紀(jì)初嶄露頭角，其多層復(fù)合結(jié)構(gòu)通過離子束輔助沉積（IBAD）等技術(shù)實現(xiàn)雙軸織構(gòu)生長，美國SuperPower、中國上海超導(dǎo)等企業(yè)相繼實現(xiàn)千米級帶材量產(chǎn)。2021年，上海建成全球首條35kV千米級超導(dǎo)電纜（REBCO帶材，RE為稀土元素，YBCO即為釔（Y）基的REBCO材料），輸電損耗僅為傳統(tǒng)銅纜的8%，為城市中心電網(wǎng)升級提供了全新方案。進入21世紀(jì)，超導(dǎo)材料家族持續(xù)擴容。2001年發(fā)現(xiàn)的二硼化鎂（MgB2，Tc=39K）填補了中溫低場空白，其成本低、易加工的特性使其在15-25K制冷機溫區(qū)迅速應(yīng)用，美國HyperTech、中國西部超導(dǎo)等企業(yè)實現(xiàn)3km級線材生產(chǎn)，用于低場MRI和風(fēng)電電機。2008年鐵基超導(dǎo)體的問世則打開了高場應(yīng)用新維度，中國科學(xué)院電工所通過粉末裝管法制備出百米級鐵基線材（如BaKFeAs體系），在30T強磁場下仍保持120A/mm2載流能力，為下一代核聚變堆（如CFEDR）和1GHz以上核磁共振譜儀奠定了材料基礎(chǔ)。伴隨制備技術(shù)革新，REBCO帶材產(chǎn)能在2023年突破2000公里，成本從2015年的500美元/米降至80美元/米，推動韓國KEPCO建成23kV超導(dǎo)電網(wǎng)主干網(wǎng)，輸電容量提升至傳統(tǒng)線路的5倍。如今，超導(dǎo)技術(shù)正站在新突破的前夜。盡管室溫超導(dǎo)探索（如高壓下的C-S-H材料）尚未跨越應(yīng)用門檻，但REBCO帶材在磁懸浮（如上海600km/h試驗線）、量子計算（如中國本源量子芯片）等領(lǐng)域的應(yīng)用已初現(xiàn)端倪。從液氦到液氮，從百米級試驗到千米級商用，超導(dǎo)材料的發(fā)展始終以“提升溫度閾值、降低系統(tǒng)成本”為主線，持續(xù)賦能能源、交通與尖端科技，等待下一次顛覆性突破的到來。4/38行業(yè)|深度|研究報告 據(jù)前文低溫超導(dǎo)材料目前已實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。已成功應(yīng)用于磁共振成像、核磁共振波譜分析等領(lǐng)域。但低溫超導(dǎo)材料臨界溫度較低，需要在液氦環(huán)境（4.2K，即-269℃)下工作。由于氦氣是一種稀有資源，我國氦氣資源貧乏，目前主要依賴進口，因此使用成本較高。此外，低溫超導(dǎo)材料在高場環(huán)境下電流密度衰減速度快，目前主要應(yīng)用于15T以下場景。高溫超導(dǎo)材料對于工作環(huán)境要求較低，如第二代高溫超導(dǎo)帶材可在液氮環(huán)境（77K，即-196℃)下工作，而液氮資源豐富，制備技術(shù)成熟，價格遠低于液氦，在制冷成本及制冷能耗上具有明顯優(yōu)勢。此外，高溫超導(dǎo)材料能夠提供更高場強的穩(wěn)定磁場，進一步打開了下游高場應(yīng)用領(lǐng)域，產(chǎn)業(yè)化前景更加廣泛。但由于高溫超導(dǎo)材料發(fā)展起步較晚，制備技術(shù)較為復(fù)雜，規(guī)模化生產(chǎn)未能充分顯現(xiàn)，使得產(chǎn)品價格較低溫超導(dǎo)材料更高。超導(dǎo)材料行業(yè)處于產(chǎn)業(yè)鏈的中游，是未來能源電力、高端制造等國民經(jīng)濟支柱行業(yè)實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)升級的重要5/38行業(yè)|深度|研究報告 超導(dǎo)材料行業(yè)上游為礦產(chǎn)資源，包括稀土礦、銀礦、銅礦、鎳礦等。下游應(yīng)用主要集中在兩個方向：一方面，在強電方向，其可用于增強載流量，減輕電工裝備的重量、減小體積、減少占地面積以及提升能效等，主要用于電力領(lǐng)域，如超導(dǎo)電纜、超導(dǎo)限流器、超導(dǎo)電機（調(diào)相機）、超導(dǎo)儲能系統(tǒng)等；另一方面，在高場方向，利用其大電流產(chǎn)生的大磁場，可廣泛服務(wù)于可控核聚變、大科學(xué)裝置、高端制造、醫(yī)療裝備等領(lǐng)域。1986年超導(dǎo)研究迎來重大突破，德國物理學(xué)另辟蹊徑地在原本絕緣的氧化物體系BaLaCuO中發(fā)現(xiàn)了轉(zhuǎn)變溫度高于30K的超導(dǎo)體。隨后，美國朱經(jīng)武團隊和中國趙忠賢團隊獨立發(fā)現(xiàn)了轉(zhuǎn)變溫度高于液氮（K）的銅氧化合物超導(dǎo)體BaYCuO，引發(fā)了銅基高溫超導(dǎo)研究的熱潮。更多的銅基高溫超導(dǎo)材料陸續(xù)被發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)在其轉(zhuǎn)變溫度已超過160K。在常壓下，Tc超越麥克米蘭極限的超導(dǎo)體，被稱為非常規(guī)超導(dǎo)體。銅氧化物超導(dǎo)材料的共同特點是具有層狀結(jié)構(gòu)，超導(dǎo)發(fā)生在其中的CuO層。CuO層兩側(cè)有La/Ba層、La/Sr層或BiSrCaCuO體系中的Bi/Sr層和Ca插層。銅氧化物的超導(dǎo)敏感地依賴于氧含量。隨著氧含量的變化，載流子會被調(diào)控，出現(xiàn)除超導(dǎo)態(tài)之外的其他復(fù)雜電子相，如反鐵磁、贗能隙、奇異金屬、費米液體等。6/38行業(yè)|深度|研究報告 Bi系銅氧化物超導(dǎo)體是一種準(zhǔn)四方晶系，由一系列類鈣鈦礦型結(jié)構(gòu)單元ABO3和BiO雙層組成。在晶體結(jié)構(gòu)中，[CuO2]層為超導(dǎo)層，其他層為載流子庫層。根據(jù)材料中[CuO2]層數(shù)的不同，Bi系超導(dǎo)材料分為Bi2201（[CuO2]的層數(shù)為1）、Bi2212（[CuO2]的層數(shù)為2）和Bi2223（[CuO2]的層數(shù)為3）等。Bi2212和Bi2223因其臨界溫度高、成材性能較好、載流能力好等優(yōu)點得到了廣泛的應(yīng)用研究。7/38行業(yè)|深度|研究報告 Bi2Sr2CaCu2O8+δ（簡稱Bi2212）Tc約85K，HC2大于100T（4.2K），在低溫高場條件下具有極高的載流性能。在液氦溫區(qū)45T的磁場條件下，臨界電流密度仍然可以達到266A/mm2。同時，Bi2212是目前唯一可以被制備成各向同性圓線的銅氧化物高溫超導(dǎo)材料，使其在應(yīng)用過程中，可以依托低溫超導(dǎo)材料開發(fā)絞纜或磁體繞制技術(shù)，且無需考慮橫截面方向上的各向異性問題，極大地簡化了導(dǎo)體和磁體設(shè)計過程。另外，Bi2212的圓線結(jié)構(gòu)更容易實現(xiàn)多芯化和電纜絞制，從而降低交流損耗，相比其他扁帶結(jié)構(gòu)的高溫超導(dǎo)材料，更有利于制備管內(nèi)電纜導(dǎo)體、盧瑟福電纜和螺線管線圈。因此，Bi2212被認(rèn)為是低溫高場下最具應(yīng)用前景的高溫超導(dǎo)材料之一。粉末裝管法（powder-in-tube，PIT）為目前的主流工藝（除去REBCO材料外其他主流超導(dǎo)材料均采用此工藝）。Bi先制備具有高Bi-2212含量的前驅(qū)體粉末，再將其裝入純銀管中，經(jīng)過旋鍛、拉拔加工成單芯線材，然后按照設(shè)計結(jié)構(gòu)，使用純銀管或銀合金管經(jīng)過多次組裝得到多芯線材，最后經(jīng)過拉拔加工成一定尺寸的具有各向同性圓形截面的線材。目前已有多家公司和研究機構(gòu)具備Bi2212線材的批量化制備能力，主要包括美國牛津儀器公司（BOST）、歐洲耐克森（Nexans）公司、日本昭和電線電纜株式會社和西北有色金屬研究院等。BOST研制的Bi2212線材的工程臨界電流密度（Je）在液氦溫區(qū)45T磁場下仍能保持266A/mm2，這表明Bi2212線材非常適合于超高磁場條件下的應(yīng)用。西北有色金屬研究院研制的線材在4.2K，14T磁場下的Je達到60A/mm2。Bi2Sr2Ca2Cu3O10（簡稱Bi2223）高溫超導(dǎo)材料是目前臨界轉(zhuǎn)變溫度（Tc＝108~110K）最高的實用化高溫超導(dǎo)材料。Bi2223晶體結(jié)構(gòu)為層狀，超導(dǎo)電性具有強烈的各向異性，實際使用時以扁形帶材為主。Bi2223帶材采用粉末裝管法經(jīng)過旋鍛、拉拔、軋制和熱處理加工成帶材，是首先實現(xiàn)批量化制備的實用化高溫超導(dǎo)材料。目前Bi2223帶材已經(jīng)成功應(yīng)用于液氮下運行的發(fā)電機、傳輸電纜、分流電壓器、故障電流限制器、電動機以及儲能裝置等設(shè)備中。特別是在德國埃森（Essen）市掛網(wǎng)運行的超導(dǎo)電纜，成功證實了該類材料在電網(wǎng)中長期穩(wěn)定運行的能力。美國超導(dǎo)公司基于其對化學(xué)組分和工藝的精確控制以及后退火技術(shù)的開發(fā)，在國際上率先實現(xiàn)了在K自場條件下傳輸電流100A的突破，一度處于領(lǐng)跑地位。但2004年日本住友電氣工業(yè)株式會社開發(fā)出可控高壓熱處理技術(shù)，將其帶材的載流性能從100A左右，迅速提升到250A以上。國內(nèi)開展Bi2223帶材8/38行業(yè)|深度|研究報告 的主要研究單位為北京英納超導(dǎo)技術(shù)有限公司和西北有色金屬研究院。目前，國內(nèi)Bi2223帶材的載流性能基本穩(wěn)定在100A，與日本住友電氣工業(yè)株式會社帶材差距較大。YBCO為主流的高溫超導(dǎo)材料。稀土鋇銅氧化物（rareearthbariumcopperoxide，REBCO，RE為稀土元素，YBCO即為釔（Y）基的REBCO材料）帶材，即第二代高溫超導(dǎo)帶材經(jīng)過30年的技術(shù)發(fā)展形成了一種典型的多層復(fù)合結(jié)構(gòu)。二代帶材擁有高超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度、高載流能力、高不可逆場以及廉價的生產(chǎn)原料等優(yōu)勢，是產(chǎn)生強磁場或應(yīng)用在強磁場環(huán)境中的關(guān)鍵材料之一。以聚變磁體需求為牽引，美國政府高度重視超導(dǎo)帶材的批量制造。2023年和2024年，美國能源部（DepartmentofEnergy，DOE）先后投入9000萬美元用于本土化制造高性能超導(dǎo)帶材，目標(biāo)實現(xiàn)高性能、低成本、高效產(chǎn)出及原材料高利用率等。9/38行業(yè)|深度|研究報告 YBCO的晶體結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，因此需要多種緩沖層。由于YBCO的結(jié)構(gòu)具有較強的各向異性，電流傳輸主要集中在ab面內(nèi)，因此除了面內(nèi)具有較小的品界角以外，品粒取向的方向也是很重要的。因為YBCO和金屬基底存在著晶格不匹配，還存在著一定的化學(xué)反應(yīng)因此，必須在YBCO和金屬基底之間增加一系列緩沖層和阻隔層，以阻化學(xué)反應(yīng)并改善品格匹配性。金屬基帶是涂層導(dǎo)體的載體，起到支撐保護、提供織構(gòu)模板的作用；緩沖層主要承擔(dān)傳遞織構(gòu)和化學(xué)阻隔兩大任務(wù)；YBCO超導(dǎo)層是整個涂層導(dǎo)體的核心，其成膜質(zhì)量的優(yōu)劣直接影響涂層導(dǎo)體的性能。生產(chǎn)過程及工藝如下：1）基帶加工：YBCO涉及工藝種類較多?；鶐У闹苽浼夹g(shù)主要包括不依賴真空技術(shù)的RABiTS和以高真空技術(shù)為基礎(chǔ)的IBAD技術(shù)以及傾斜基板沉積技術(shù)（ISD）；緩沖層沉積制備技術(shù)大體可分為以真空技術(shù)為基礎(chǔ)的物理沉積技術(shù)（PVD）和非真空的化學(xué)溶液沉積技術(shù)（CSD）兩大類，目前YBCO層的制備技術(shù)路線主要有幾大類：金屬有機物沉積（MOD）技術(shù)、金屬有機物化學(xué)氣相沉積（MOCVD）技術(shù)、電子束蒸發(fā)（EV）技術(shù)和脈沖激光沉積（PLD）技術(shù)。IBAD為基帶制作的主流技術(shù)。通常要在柔性金屬基底（通常為50~100mm厚）上制備出具有立方織構(gòu)的超導(dǎo)層，首先要獲得具有類似立方織構(gòu)的基底，然后外延生長小于1μm厚的多層緩沖層，最后外延沉積1~4μm厚的YBCO超導(dǎo)層。基帶制作目前有IBAD、傾斜襯底沉積ISD、RABiTS技術(shù)。其中IBAD技術(shù)使用得相對更廣泛。IBAD工藝為類半導(dǎo)體工藝。通過離子束轟擊靶材，將靶材蒸發(fā)并沉積到金屬基底上。同時，輔助離子束以特定角度轟擊薄膜，控制晶粒生長方向，形成雙軸織構(gòu)的種子層。其系統(tǒng)采用雙離子源配置，一個用于靶材沉積，一個用于輔助薄膜生長。薄膜的取向受沉積厚度、離子束能量和入射角度的影響較大。2）制備緩沖層：YBCO帶材的緩沖層要和金屬基帶、YBCO超導(dǎo)層匹配，且熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性和抗氧化性好，能阻止元素的相互擴散。國際上通用的緩沖層的結(jié)構(gòu)包括5層：無定形的Al2O3和Y2O3作為形核層、IBAD-MgO層、高度自外延的MgO層、LaMnO3薄層。10/38行業(yè)|深度|研究報告 緩沖層的制備方法眾多，主要分為物理氣相沉積法（PVD）和化學(xué)溶液沉積法（CSD）。物理氣相沉積法制備的薄膜平整致密、孔洞較少、織構(gòu)也好，采用物理法制備的緩沖層材料主要包括：CeO2（Sputtering或PLD）、Y2O3（Sputtering或PLD）、MgO（IBAD）、YSZ（Sputtering或IBAD）、Gd2Zr2O7（IBAD）、La2Zr2O7（LZO）、SrTiO3（STO）、LaMnO3（LMO，Sputtering或PLD）3）生長超導(dǎo)層：超導(dǎo)層為核心。在第二代高溫超導(dǎo)帶材中，超導(dǎo)層是電流傳輸層，是整個涂層導(dǎo)體的核心，其性能的優(yōu)劣直接影響涂層導(dǎo)體的實際應(yīng)用，這就要求超導(dǎo)層要有盡可能高的臨界電流密度。制備方法有很多種，包括物理氣相沉積（如PLD、Sputtering等）、化學(xué)氣相沉積（如激光CVD、MOCVD）、化學(xué)溶液法（如激光MOD、噴霧熱解法）、反應(yīng)共蒸發(fā)（reactiveco-evaporation，RCE）法、液相外延（LPE）法等，如LPE法、噴霧熱解法以及濺射法等被證明難以利用。11/38行業(yè)|深度|研究報告 YBCO超導(dǎo)層的工業(yè)化制備方法主要有：PLD法、MOCVD法、RCE法、MOD法。PLD法PLD為制備高溫超導(dǎo)薄膜最成功的方法之一。可精準(zhǔn)復(fù)制靶體的化學(xué)配比，薄膜質(zhì)量穩(wěn)定。其過程分三步：激光束作用靶材產(chǎn)生等離子體，等離子體膨脹后在基底上成核生長為薄膜。關(guān)鍵參數(shù)包括激光功率、脈沖頻率、靶材表面狀況和基帶溫度等。缺點是生長速率慢、成本高。應(yīng)用企業(yè)包括日本Fujikura、Sumitomo、SuperOx，德國布魯克，中國的上海超導(dǎo)和甚磁超導(dǎo)。MOCVD是一種新興技術(shù)，通過載流氣體將氣態(tài)金屬有機物帶入反應(yīng)腔，與反應(yīng)氣體混合后在高溫基板上發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成金屬化合物薄膜。其主要步驟包括氣體遷移、吸附、成膜和反應(yīng)物脫落。優(yōu)點是制備效率高、成分易控制、薄膜質(zhì)量好；缺點是原材料（特別是Ba有機源）價格高且利用率低。采用該技術(shù)的企業(yè)有SuperPower和東部超導(dǎo)（永鼎）。RCE法是我國尚未采用的一種技術(shù)。它是反應(yīng)蒸發(fā)法的一種，通過多個蒸發(fā)源在真空室內(nèi)同時蒸發(fā)Y、Ba、Cu等金屬，并通入反應(yīng)氣體，在基底表面生成YBCO薄膜。優(yōu)點是使用金屬蒸發(fā)料，成本低，可通過調(diào)節(jié)蒸發(fā)速率提高薄膜生長效率。缺點是熱處理工藝復(fù)雜，控制難度大。目前采用該技術(shù)的有美國LANL和STI、韓國SuNAM、德國Theva等。MOD法是一種化學(xué)溶液法，具有低成本、適合規(guī)模化生產(chǎn)的特點，無需真空設(shè)備。其制備過程包括四個主要步驟：前驅(qū)液合成、前驅(qū)膜涂敷、低溫?zé)岱纸夂透邷鼐Щ?。?yōu)點是涂層速度快、成本低，但工藝的可靠性和穩(wěn)定性是難點。目前，美國超導(dǎo)公司和中國的上海上創(chuàng)超導(dǎo)等企業(yè)采用MOD技術(shù)。根據(jù)《上海高溫超導(dǎo)磁體相關(guān)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與對策建議》的總結(jié)，國外方面，主要的公司包括FaradayFactoryJapan（日本，前身為俄羅斯的SuperOx）、Fujikura（日本）、SuperPower（美國，現(xiàn)為Furukawa全資子公司）等。國內(nèi)方面，主要公司有4家，上海超導(dǎo)（精達參股18.2866%）、東部超導(dǎo)（永鼎股份子公司）、上創(chuàng)超導(dǎo)（采用MOD方案）、甚磁（采用PLD方案）等。4）沉積銀膜層：利用磁控濺射、沉積等技術(shù)，在已經(jīng)完成超導(dǎo)層生長的帶材上下表面繼續(xù)沉積約3um厚度的銀穩(wěn)定層，然后對超導(dǎo)帶材進行氧化熱處理，根據(jù)實際寬度需求對帶材進行分條處理。5）包覆金屬保護層：利用電鍍技術(shù)，在完成分條的超導(dǎo)帶材四周鍍上一定厚度的銅保護層。根據(jù)具體應(yīng)用需要，利用不同封裝技術(shù)，再次對完成基本包覆的超導(dǎo)帶材進行進一步封裝處理，如包覆不銹鋼帶，增加機械強度；包覆聚酰亞胺絕緣帶，實現(xiàn)帶間絕緣等。NbTi和Nb3Sn是目前主流的低溫超導(dǎo)材料。參照《西部超導(dǎo)招股說明書》，NbTi是二元合金，具有良好的加工塑性，很高的強度，制造成本低，臨界磁場低，主要用于10T以下磁場；Nb3Sn是金屬間化合物，屬于脆性材料，制造成本高，但是臨界磁場高，主要用于10T以上的磁場。12/38行業(yè)|深度|研究報告 NbTi和Nb3Sn工作于液氦溫區(qū)（4.2K），需依賴昂貴制冷系統(tǒng)。NbTi超導(dǎo)材料一般采用冷加工工藝。NbTi為單相β型固溶體，其上臨界磁場（Hc2）在4.2K約為12T。NbTi超導(dǎo)體一般采用熔煉方法加工成合金，再使用集束拉拔工藝將其加工成以銅為基體的多芯復(fù)合超導(dǎo)線，最后通過結(jié)合時效熱處理的冷加工工藝，獲得由β單相合金轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂袕娽斣行牡膬上?α+β)合金的結(jié)構(gòu)，其中α析出相作為釘扎中心提高材料的臨界電流密度。NbTi超導(dǎo)線材性價比高、性能穩(wěn)定，使其成為目前液氦溫區(qū)使用最廣泛的低溫超導(dǎo)材料，被廣泛應(yīng)用于核磁共振成像儀（MRI）、核磁共振波譜儀（NMR）和大型粒子加速器的制造。在目前的實用化超導(dǎo)材料中，NbTi超導(dǎo)線材由于具有優(yōu)異的中低磁場超導(dǎo)性能、良好的機械性能和加工性能，在實踐中獲得了大規(guī)模應(yīng)用，因此具有非常大的市場份額，其用量占整個超導(dǎo)材料市場的90%以上。13/38Nb3Sn超導(dǎo)線材的制備方法主要有內(nèi)錫法和青銅法。Nb3Sn是一種典型的具有A15型晶體結(jié)構(gòu)的金屬間化合物，具有較高的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度TC（~18K），上臨界磁場Hc2可以達到2T。Nb3Sn制備中，內(nèi)錫法Nb3Sn超導(dǎo)線材臨界電流密度更高，但是由于芯絲耦合嚴(yán)重，其交流損耗也隨之增高；青銅法Nb3Sn超導(dǎo)線材臨界電流密度適中，但是由于芯絲通常不耦合，其交流損耗較低。因此這兩種線材擁有不同的應(yīng)用領(lǐng)域。國際上Nb3Sn超導(dǎo)線材主要由德國Bruker公司、日本JASTEC公司和古河電氣工業(yè)株式會社以及我國的西部超導(dǎo)公司進行研發(fā)并批量化生產(chǎn)。德國Bruker公司研發(fā)及生產(chǎn)的內(nèi)錫法Nb3Sn超導(dǎo)線材是目前臨界電流密度最高的商用超導(dǎo)線，其臨界電流密度在4.2K，12T下最高達到3000A/mm2。青銅法Nb3Sn導(dǎo)線的主要生產(chǎn)廠商為日本JASTEC公司和古河電氣工業(yè)株式會社，其研制的先反應(yīng)后繞制的青銅法Nb3Sn超導(dǎo)線材和高機械性能的增強型青銅法Nb3Sn超導(dǎo)線材，有效提高了超導(dǎo)磁體制造的便捷性、穩(wěn)定性和安全性。14/38行業(yè)|深度|研究報告 西部超導(dǎo)布局較為廣泛。根據(jù)西部超導(dǎo)的招股說明書，西部超導(dǎo)布局了NbTi和Nb3Sn的材料，后續(xù)向磁體、超導(dǎo)設(shè)備等積極布局，不斷擴充自己的產(chǎn)品系列。NbTi錠棒領(lǐng)域：全球僅有西部超導(dǎo)和美國ATI兩家公司。超導(dǎo)線材領(lǐng)域：主要廠商包括西部超導(dǎo)、英國Oxford、德國Bruker、英國Luvata、日本JASTEC，其中英國Oxford、德國Bruker、英國Luvata三家公司是全球最主要的低溫超導(dǎo)線材生產(chǎn)商，并且都能夠采用“青銅法”和“內(nèi)錫法”兩種方法生產(chǎn)Nb3Sn線材，而日本JASTEC主要采用“青銅法”生產(chǎn)Nb3Sn線超導(dǎo)磁體領(lǐng)域：國外主要廠商包括英國Oxford、德國Bruker、日本JASTEC，GE、Philips、Siemens也有自己的超導(dǎo)磁體工廠（不對外出售）；國內(nèi)主要廠家包括寧波健信、西部超導(dǎo)和濰坊新力，成都奧泰也有自己的超導(dǎo)磁體工廠（不對外出售）。超導(dǎo)設(shè)備領(lǐng)域：高端超導(dǎo)MRI市場基本上被GE、PHILIPS、SIEMENS三家國際巨頭壟斷，其主流產(chǎn)品是3.0T，SIEMENS已量產(chǎn)7T產(chǎn)品；國內(nèi)主要廠家包括成都奧泰、蘇州安科、東軟醫(yī)療、上海聯(lián)影，目前已實現(xiàn)1.5T和3T超導(dǎo)MRI的商業(yè)化生產(chǎn)。國外NMR廠商主要包括德國Bruker、日本JEOL。（根據(jù)《西部超導(dǎo)招股說明書》）。15/38行業(yè)|深度|研究報告 MgB2是2001年發(fā)現(xiàn)的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度為39K的金屬間化合物超導(dǎo)體，具有相干長度大、晶界不存在弱連接、材料成本低、加工性能好等優(yōu)點。盡管其臨界溫度較低，但是MgB2超導(dǎo)材料可以工作在制冷機溫度范圍內(nèi)（10~20K），因此可以擺脫復(fù)雜昂貴的液氦冷卻系統(tǒng)。MgB2超導(dǎo)體可用于磁共振成像（MRI）系統(tǒng)、特殊電纜、風(fēng)力發(fā)電電機以及空間系統(tǒng)驅(qū)動電機等領(lǐng)域。意大利的艾森超導(dǎo)（ASGSuperconductors）公司采用先位法粉末裝管工藝制備出12~3芯Cu/Ni基MgB2多芯線材，在20K，1.2T的臨界電流密度（JC）可達1000A/mm2。美國的HyperTech公司采用連續(xù)粉末填裝與成形工藝制備出單根長度大于3km的Monel/Cu/Nb基多芯MgB2線材，其Jc值在25K，1T達到2000A/mm2。日本的日立（Hitachi）公司和韓國的三東（SamDong）公司也已形成千米級MgB2線材的生產(chǎn)能力。西部超導(dǎo)材料科技股份有限公司和西北有色金屬研究院能夠制備千米量級長度19芯及3芯結(jié)構(gòu)的MgB2長線，其工程臨界電流密度（Je）在20K，1T下達到250A/mm2。自2008年鐵基超導(dǎo)體被發(fā)現(xiàn)以來，已相繼發(fā)現(xiàn)了上百種鐵基超導(dǎo)材料，這些超導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu)均為層狀，都含有Fe和氮族（P，As）或硫族元素（S，Se，Te），F(xiàn)e離子為上下兩層正方點陣排列方式，氮族或硫族離子層被夾在Fe離子層間。按照導(dǎo)電層以及為導(dǎo)電層提供載流子的載流子庫層交叉堆疊方式和載流子庫層的不同形成機制，主要分為1111體系（如SmOFeAsF，NdOFeAsF等）、122體系（如BaKFeAs，SrKFeAs等）、111體系（如LiFeAs）、11體系（如FeSe和FeSeTe）以及1144相等為代16/38表的新型結(jié)構(gòu)超導(dǎo)體等體系。鐵基超導(dǎo)體具有上臨界場極高（100~250T）、各向異性較低（1<γH<2，122體系）、本征磁通釘扎能力強等許多明顯的優(yōu)勢。自2008年以來，中國團隊率先發(fā)現(xiàn)系列50K以上鐵基高溫超導(dǎo)體并創(chuàng)造55K的臨界溫度世界紀(jì)錄。中國科學(xué)院電工研究所采用粉末裝管法通過控制軋制織構(gòu)和元素?fù)诫s，在2013年制備出臨界電流密度達到10A/mm2（4.2K，10T）的鐵基超導(dǎo)線材，證明了鐵基超導(dǎo)材料在強電應(yīng)用上的巨大潛力。經(jīng)過工藝優(yōu)化后，2018年他們將百米長線的臨界電流密度提高至300A/mm2（4.2K，10T），目前已經(jīng)開始超導(dǎo)磁體制備研究。1964年，Little理論預(yù)測有機物中存在著超導(dǎo)電性，且其TC理論上可達到室溫，提出了假想模型。1980年，Jerome等發(fā)現(xiàn)了第一個有機體系的超導(dǎo)材料四甲基四硒富瓦烯（（TMTSF）PF6），TC為0.9K。1988年底，Urayama等發(fā)現(xiàn)了Tc高于10K的有機超導(dǎo)體（BEDTTTF）2Cu（SCN）2。198917/38行業(yè)|深度|研究報告 年，Ishigoro和Anzai整理了當(dāng)時有機超導(dǎo)體的發(fā)展?fàn)顩r，于論文中累計列出31個有機超導(dǎo)體，而在其論文發(fā)表之后不到兩年時間中又發(fā)現(xiàn)了9個新的有機超導(dǎo)體，TC提高到了12.5K。1991年，Ebbesen等通過堿金屬摻雜C60單晶的方式，得到了一系列TC較高的超導(dǎo)材料，其中Cs3C60TC達到了40K。2001年，Schon等發(fā)現(xiàn)了用CHCl3和CHBr3插層拓展C60單晶，得到的C60單晶具有多孔表面，TC達到了11K。有機物超導(dǎo)材料的優(yōu)點在于其密度低、重量也相對輕，其中典型的是具有三維結(jié)構(gòu)的C60類超導(dǎo)材料，其實用潛力相當(dāng)大。目前的主要問題包括制備困難，易氧化變質(zhì)，不易保存等，其主要工作依舊處在實驗階段。目前，科學(xué)家們?nèi)灾铝τ谔綄じ逿C且實用能力強的有機超導(dǎo)材料?？煽睾司圩冄b置是超導(dǎo)材料的重要應(yīng)用方向。實現(xiàn)核聚變反應(yīng)，需要同時滿足足夠高的溫度、一定的等離子體密度和一定的能量約束時間，三者的乘積為聚變?nèi)胤e。只有大于一定值，才能產(chǎn)生有效的聚變功率輸出。磁約束利用磁場約束等離子體運動，防止外泄，目前被認(rèn)為是最有可能實現(xiàn)可控核聚變的途徑，也是我國主要采用的技術(shù)路線。磁約束核聚變裝置主要有托卡馬克、仿星器等，托卡馬克為核聚變裝置的主流路線。托卡馬克主要由環(huán)形真空室、磁體和其他輔助設(shè)施組成，具有結(jié)構(gòu)簡單、造價低，生產(chǎn)周期短，裝置迭代快，以及加熱成本低等優(yōu)勢，是目前各國投入最大、最接近可控核聚變條件、技術(shù)發(fā)展最成熟的途徑，約占全球核聚變裝置的50%。磁體由制冷機、低溫恒溫器、圓筒骨架、超導(dǎo)線圖、失超保護模塊、超導(dǎo)開關(guān)、磁屏蔽鐵軛等構(gòu)成。超導(dǎo)磁體的制備需要將超導(dǎo)帶材繞成線圈，并且控制絕緣、應(yīng)力、傳熱、冷卻，做成磁體。根據(jù)《Superconductorsforfusion:aroadmap》（NeilMitchelletal），ITER與DEMO項目的成本分布：ITER實驗堆階段：磁體系統(tǒng)（28%）是最大成本項，低溫超導(dǎo)材料（Nb3Sn/NbTi）的高成本凸顯了超導(dǎo)技術(shù)的關(guān)鍵地位，但其局限性（如液氦依賴、磁場強度上限）亟待突破；真空容器（8%）和土建廠房（14%）的高占比則反映了實驗裝置對極端工程條件（超高真空、抗輻照）的重度依賴，而分散的輔助系統(tǒng)（如功率供應(yīng)8%、儀器控制6%）則揭示了復(fù)雜系統(tǒng)集成的技術(shù)挑戰(zhàn)。DEMO示范堆階段：產(chǎn)業(yè)鏈重心顯著向商業(yè)化落地傾斜，高溫超導(dǎo)（如REBCO）的緊湊化設(shè)計有望大幅降低磁體成本，真空容器成本銳減至2%（得益于3D打印鎢基復(fù)合材料和模塊化工藝而核聚變電站的平衡系統(tǒng)躍升為最大成本項（25%）。18/38行業(yè)|深度|研究報告 根據(jù)華經(jīng)產(chǎn)業(yè)研究院，高溫超導(dǎo)受限于技術(shù)，整體市場應(yīng)用占比仍較小。截至2022年，全球低溫超導(dǎo)材料占比超9成，隨著超導(dǎo)線纜、可控核聚變等持續(xù)發(fā)展應(yīng)用，預(yù)計高溫超導(dǎo)材料的市場份額將會逐步擴大，高溫超導(dǎo)材料整體的占比有望穩(wěn)定提升。在可控核聚變應(yīng)用領(lǐng)域，低溫和高溫超導(dǎo)磁體也有不同的性能表現(xiàn)，低溫超導(dǎo)磁體穩(wěn)定運行最高磁場強度在15T左右，高溫超導(dǎo)磁體可達到45.5T。更強的磁場可以延長等離子體約束時間，減少能量損失。同時，磁場越強，允許的等離子體密度越高，從而提升聚變反應(yīng)率。隨著高溫超導(dǎo)技術(shù)的不斷成熟，帶材價格在不斷下降。根據(jù)全球高溫超導(dǎo)材料龍頭FFJ官網(wǎng)，近五年來，高溫超導(dǎo)線材的價格已經(jīng)下降了一半，未來高溫超導(dǎo)磁體有望成為可控核聚變裝置的未來發(fā)展趨勢。ITER磁體系統(tǒng)由四個主要子系統(tǒng)組成，其中包括：18個環(huán)向場線圈（ToroidalFieldCoil,簡稱TFC6個極向場線圈（PoloidalFieldcoil,簡稱PFC）；18個校正線圈（Correctioncoil,簡稱CC）以及中心19/38行業(yè)|深度|研究報告 螺線管（CentralSolenoid,簡稱CS）。其周邊連接關(guān)系為：放置在18個重力支撐（GravitySupport，簡稱GS）上的TFC通過6組極向場線圈支撐（PFCS）支持6個PFC；同時通過3組校正場線圈支撐（CCS）支持CC。TFC通過其自身的結(jié)構(gòu)和支撐對CS提供支持。超導(dǎo)材料：超導(dǎo)導(dǎo)體是用于繞制ITER超導(dǎo)線圈的重要材料，根據(jù)不同線圈的作用和要求，ITER有不同規(guī)格的超導(dǎo)導(dǎo)體。中心螺管、縱場線圈采用（鈮三錫）Nb3Sn超導(dǎo)材料，極向場（PF）、校正場線圈(CC)采用鈮鈦（NbTi）低溫超導(dǎo)材料。環(huán)向場線圈：它由18個TF線圈構(gòu)成，每個TF線圈由7根完整連續(xù)的基于Nb3Sn超導(dǎo)線的鎧裝導(dǎo)體（CICC）繞制而成?？偟膩碚f，制造18個TF線圈總共需要126根單元導(dǎo)體。ITER裝置運行時，TF導(dǎo)體內(nèi)流動著4.2K（-269℃)的超流態(tài)液氦，每根導(dǎo)體額定電流68kA，承受的磁場強度最高達12T，約為地球磁場的20萬倍。2008年6月16日，中國與ITER組織簽署《環(huán)向場導(dǎo)體采購安排協(xié)議》，根據(jù)協(xié)議規(guī)定，中國承擔(dān)11根TF導(dǎo)體制造任務(wù)，約占全部TF導(dǎo)體制造任務(wù)的7.51%。極向場（PF）線圈：它的主要作用是在等離子體的產(chǎn)生、上升、成形和平頂各個階段提供歐姆加熱和控制等離子體位形。PF線圈系統(tǒng)由6個不同尺寸的獨立線圈組成，自上而下分別為PF1、PF2、PF3、PF4、PF5、PF6。與環(huán)向場線圈導(dǎo)體類似，PF線圈導(dǎo)體為NbTi基超導(dǎo)鎧裝導(dǎo)體。運行時，PF導(dǎo)體內(nèi)通有4.2K（-269℃)的液氦，電流45kA，磁場強度最高可達5T。2008年10月10日，中方與ITER組織簽署極向場線圈導(dǎo)體采購安排協(xié)議，中方負(fù)責(zé)制造PF2至PF5共60根PF導(dǎo)體，約占全部PF導(dǎo)體的65%。校正場超導(dǎo)磁體系統(tǒng)（CC）：這是ITER超導(dǎo)托卡馬克裝置中重要的部件之一，主要用來補償環(huán)向場和極向場系統(tǒng)由于制造與安裝過程帶來的不可消除的磁場誤差。ITER裝置共有18個校正場線圈，其中底部、側(cè)線圈和頂部線圈各6個。ITER校正場線圈是由NbTi超導(dǎo)導(dǎo)體繞制而成，匝工作電流10kA，20/38行業(yè)|深度|研究報告 最高磁場約5T。中方承擔(dān)ITER裝置所有18個校正場線圈的制造。自2010年中方與ITER國際組織簽署采購安排協(xié)議以來，經(jīng)國內(nèi)多年聯(lián)合攻關(guān)，先后完成了線圈繞制、氦冷卻管焊接、真空壓力浸漬、線圈盒封焊等多項關(guān)鍵技術(shù)認(rèn)證。系列生產(chǎn)制造已于2017年正式開展。中心螺管CS：穿過環(huán)的中心是一個巨大的超導(dǎo)線圈筒（中心螺管CS），在環(huán)向場線圈外側(cè)還布有六個大型環(huán)向超導(dǎo)線圈，即極向場線圈。中心螺管和極向場線圈的作用是產(chǎn)生等離子體電流和控制等離子根據(jù)上海超導(dǎo)招股說明書，截至2024年，高溫超導(dǎo)材料下游應(yīng)用領(lǐng)域中，可控核聚變裝置磁體占比38%，已經(jīng)成為高溫超導(dǎo)材料最大單一應(yīng)用場景。高溫超導(dǎo)材料：新一代核聚變裝置（如美國CFS公司的SPARC托卡馬克裝置）正在考慮采用HTS材料，以利用其在更高溫度下仍保持超導(dǎo)性的能力，從而降低運行成本和提高系統(tǒng)效率。據(jù)悉國內(nèi)核聚變公司星環(huán)聚能和能量奇點的磁體系統(tǒng)均采用高溫超導(dǎo)材料加工建造。21/38行業(yè)|深度|研究報告 SPARC，全稱是Soonest/SmallestPrivate-FundedAffordableRobustCompact，以最直接、簡明的方式闡述了快速、體積小、私營資本主導(dǎo)、低成本、緊湊等特點。SPARC是CFS商業(yè)化聚變電廠ARC（AffordableRobustCompact）的前期驗證裝置，目前正在美國馬薩諸塞州的Devens建設(shè)。革命性高溫超導(dǎo)磁體技術(shù)：SPARC的核心創(chuàng)新在于采用稀土鋇銅氧化物（REBCO）高溫超導(dǎo)材料制成的磁體。實驗表明，其制造的基于REBCO磁體在液氦溫度下可承受高達5000安培的電流，局部磁場強度達20T，遠超ITER的5.3T，實現(xiàn)更高效的等離子體約束。全球已建成超過百臺托卡馬克裝置，但截至2024年底正運行的全超導(dǎo)裝置僅4臺。能量奇點自主研制的“洪荒70”，是其中唯一一臺全高溫超導(dǎo)材質(zhì)建造的托卡馬克。對低溫超導(dǎo)托卡馬克，全球已有20年研發(fā)經(jīng)驗，工藝相對成熟，但裝置體型巨大。如在建的國際熱核聚變實驗堆（ITER），高30米，直徑28米。能量奇點之所以繞行“低溫”而取“高溫”，旨在將托卡馬克的體積、造價縮減約50倍，并大幅加快建設(shè)周期?！昂榛?0”所有關(guān)鍵零部件都用高溫超導(dǎo)材料建造，全世界僅此一臺，每一步都是從0到1。其中，“洪荒70”由上海超導(dǎo)科技股份有限公司提供高性能超導(dǎo)磁體材料。今年3月10日，能量奇點能源科技（上海）有限公司宣布，其自主研制的大孔徑強場磁體“經(jīng)天磁體”成功完成首輪通流實驗，產(chǎn)生了高達21.7特斯拉的磁場，這一場強超過了美國麻省理工學(xué)院和CFS公司聯(lián)合研制的SPARCTFMC磁體在2021年創(chuàng)造的20.1特斯拉的紀(jì)錄，創(chuàng)下大孔徑高溫超導(dǎo)D形磁體最高磁場紀(jì)錄，反超美國。BEST，全稱BurningplasmaExperimentalSuperconductingTokamak，將在EAST裝置的基礎(chǔ)上首次演示聚變能發(fā)電，引領(lǐng)燃燒等離子物理研究，為中國聚變能的發(fā)展做出前瞻性和開創(chuàng)性貢獻。2027年建成后將會成為世界首個緊湊型聚變能實驗裝置。BEST項目由聚變新能（安徽）有限公司（下22/38行業(yè)|深度|研究報告 稱“聚變新能”）負(fù)責(zé)運營，后者成立于2023年5月，初始注冊資本50億元，并在2024年6月增至145億元，股東涵蓋安徽省與合肥市國有平臺、中央企業(yè)、中國科學(xué)院及社會資本。BEST采用了新一代全超導(dǎo)托卡馬克技術(shù)，其磁場強度相較于傳統(tǒng)裝置更高，但能耗卻更低，核心的磁體運用高溫超導(dǎo)材料。在極低溫環(huán)境下能夠?qū)崿F(xiàn)“零電阻”，從而將等離子體牢牢地“鎖定”在磁場之中，有效避免能量的逃逸。這一技術(shù)曾經(jīng)助力我國HL-2M裝置實現(xiàn)了1.5億度高溫等離子體運行，如今在BEST上又得到了進一步的優(yōu)化，為穩(wěn)定發(fā)電奠定了堅實的基礎(chǔ)。2024年星環(huán)聚能在高溫超導(dǎo)磁體技術(shù)領(lǐng)域取得了顯著成就，成功掌握了無絕緣線圈的設(shè)計和制造關(guān)鍵技術(shù)。公司還自主研發(fā)了一套高溫超導(dǎo)磁體的運行監(jiān)控與保護系統(tǒng)，確保了磁體在長時間運行中的穩(wěn)定性。經(jīng)過反復(fù)的冷熱循環(huán)測試，多個高溫超導(dǎo)磁體展現(xiàn)出了卓越的性能穩(wěn)定性，滿足了商業(yè)化應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)，已準(zhǔn)備好供客戶日常使用。此外，星環(huán)聚能研發(fā)的SH-150亥姆霍茲磁體，能夠提供直徑為150毫米的均勻磁場，為公司在螺旋波等離子體源、高電流密度等離子體槍等先進技術(shù)的開發(fā)和測試提供了強有力的支持。2023年11月，江西省人民政府與中國核工業(yè)集團有限公司簽訂全面戰(zhàn)略合作框架協(xié)議。江西聯(lián)創(chuàng)光電超導(dǎo)應(yīng)用有限公司和中核聚變（成都）設(shè)計研究院有限公司計劃各自發(fā)揮技術(shù)優(yōu)勢，采用聚變裂變混合路線，擬在江西省聯(lián)合建設(shè)可控核聚變項目，技術(shù)目標(biāo)Q>30，實現(xiàn)連續(xù)發(fā)電功率100MW，工程總23/38行業(yè)|深度|研究報告 投資預(yù)計超過200億元人民幣。2024年6月，聯(lián)創(chuàng)光電與中核集團就共同推進“星火一號”聚變-裂變混合示范堆的建設(shè)達成了初步合作意向。2025年3月28日，星火一號高溫超導(dǎo)混合堆項目在成都順利通過了項目需求（PR文件）的全面評審。這一重要成果標(biāo)志著星火一號在高溫超導(dǎo)混合堆領(lǐng)域邁出了堅實的一步，為未來可控核聚變技術(shù)的發(fā)展奠定了堅實基礎(chǔ)，具有重要的里程碑意義。評審過后星火一號將進入更為關(guān)鍵的實施階段，為我國能源可持續(xù)發(fā)展和全球核聚變事業(yè)做出更大貢獻。四、高溫超導(dǎo)材料競爭格局行業(yè)集中度高，產(chǎn)能嚴(yán)重緊缺，龍頭廠商積極擴產(chǎn)。高溫超導(dǎo)材料技術(shù)壁壘較高，全球?qū)崿F(xiàn)量產(chǎn)的企業(yè)較少，多數(shù)為國外企業(yè)，行業(yè)集中度較高。根據(jù)上海超導(dǎo)招股說明書，以供給能力劃分，目前全球廠商可以分為三個梯隊：第一梯隊為上海超導(dǎo)與FFJ，年產(chǎn)量已超過1000公里（12mm寬）；第二梯隊包括SuperPower、Fujikura、SuperOx、SuNAM、Theva、美國超導(dǎo)、東部超導(dǎo)和上創(chuàng)超導(dǎo)等，年產(chǎn)量數(shù)十至數(shù)百公里不等；第三梯隊包括MetOx、SupremaTape、HighTemperatureSuperconductors等公司，整體處于研發(fā)或樣品供給階段。高溫超導(dǎo)材料供需緊缺，龍頭廠商積極擴產(chǎn)。從供需關(guān)系上看，根據(jù)上海超導(dǎo)招股說明書，當(dāng)前商業(yè)化核聚變公司較多采用的緊湊型托卡馬克路徑，單臺裝置對高溫超導(dǎo)材料的需求在數(shù)千公里至數(shù)萬公里不等，核聚變產(chǎn)業(yè)化提速有效拉動高溫超導(dǎo)材料需求上行。例如，CFS團隊表示，目前在建的SPARC預(yù)計使用1萬公里超導(dǎo)帶材。但是從供給端看，即便是全球超導(dǎo)帶材龍頭上海超導(dǎo)，其產(chǎn)能、產(chǎn)量也才在2024年剛剛實現(xiàn)突破1000公里（12mm寬），遠遠無法滿足單臺裝置對高溫超導(dǎo)材料的需求。當(dāng)前，全球頭部超導(dǎo)材料廠商積極擴產(chǎn)，上海超導(dǎo)、FFJ、SuperPower、SuNAM、東部超導(dǎo)等均積極投入到擴產(chǎn)計劃中，以滿足下游核聚變領(lǐng)域的高增需求。24/38全球可控核聚變的“科技競賽”加劇。根據(jù)核聚變工業(yè)協(xié)會，截至4M24，全球已有45家商業(yè)化核聚變公司，吸引了71億美元的投資，其中美國投入最多。國外公司主要包括CFS、TE等。我國對于核聚變的投入從2022年開始加速，2023-2024年每年支出保持在10億美元左右，追趕態(tài)勢明顯。目前我國商業(yè)化核聚變公司主要包括能量奇點、星環(huán)聚能等。目前全球大約70%的商業(yè)化核聚變公司表示預(yù)計在2035年之前能做出第一臺商業(yè)化的示范堆并完成核聚變發(fā)電并網(wǎng)。25/38可控核聚變技術(shù)的持續(xù)發(fā)展推動行業(yè)產(chǎn)業(yè)化進程，特別是商業(yè)化核聚變公司較多采用的緊湊型托卡馬克路徑，單臺裝置對高溫超導(dǎo)材料的需求在數(shù)千公里至數(shù)萬公里不等，隨著核聚變產(chǎn)業(yè)化提速，將有效拉動高溫超導(dǎo)材料需求上行。根據(jù)賽迪數(shù)據(jù)，2024年全球可控核聚變裝置使用的高溫超導(dǎo)材料市場規(guī)模為3.0億元，預(yù)計2030年將達到49.0億元，2024-2030年CAGR為59.3%。26/38利用第二代高溫超導(dǎo)帶材制成的超導(dǎo)電纜，可以通過低電壓大電流實現(xiàn)大容量、低損耗的電力傳輸，相較于傳統(tǒng)電纜具備輸電容量高、節(jié)省建設(shè)成本和占地面積、輸送損耗低，節(jié)能環(huán)保等優(yōu)勢。上述優(yōu)勢能夠擴展新的電力輸送場景，比如密集城市地區(qū)配電網(wǎng)的大容量局部增容、峽谷等輸電走廊受限區(qū)域的電力輸送等。全球各國較為重視超導(dǎo)電纜技術(shù)研究，將其列為電力網(wǎng)絡(luò)未來發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一。例如，2020年歐洲提出了SuperLink項目，著力攻關(guān)15km長度級別的超導(dǎo)電纜工程建設(shè)技術(shù)。我國也高度重視超導(dǎo)電纜產(chǎn)業(yè)發(fā)展，2021年南方電網(wǎng)在深圳試點400米長超導(dǎo)電纜成功為平安大廈供電；同年12月，國家電網(wǎng)建設(shè)成功全球首條35千伏公里級超導(dǎo)電纜示范項目，全長1.2公里，為上海徐家匯地區(qū)4萬多戶家庭和核心商業(yè)街供電，是目前全球用戶數(shù)量最多的超導(dǎo)電纜。從全球范圍來看，超導(dǎo)電纜項目的安全性和穩(wěn)定性正逐步得到驗證。27/38根據(jù)賽迪數(shù)據(jù)，2024年全球超導(dǎo)電纜項目使用的高溫超導(dǎo)材料市場規(guī)模接近1億元，隨著示范項目數(shù)量的增加和工程的啟動，未來用于超導(dǎo)電纜的高溫超導(dǎo)材料規(guī)模還將繼續(xù)擴大，預(yù)計2030年將達到19.9億元，2024-2030年CAGR為67.5%。傳統(tǒng)的單晶硅生產(chǎn)采用直拉法，生長速度較快，目前是生長單晶硅的主流技術(shù)。但隨著對單晶硅質(zhì)量要求（高純度、低缺陷密度和高均勻性）的不斷提高，傳統(tǒng)的熱場控制方法逐漸面臨瓶頸。超導(dǎo)磁控技術(shù)通過在單晶爐中引入磁場，可以抑制熱對流、降低氧含量，使材料凝固液面更穩(wěn)定，緩解同心圓和黑芯片問題，提高材料純度，增加產(chǎn)品產(chǎn)能，未來有望實現(xiàn)規(guī)?；瘧?yīng)用。28/38行業(yè)|深度|研究報告 目前超導(dǎo)磁控單晶爐主要采用低溫超導(dǎo)技術(shù)路線，而高溫超導(dǎo)具有一定替代優(yōu)勢。高溫超導(dǎo)磁控單晶爐溫區(qū)更寬，較低溫超導(dǎo)磁控單晶爐失超的風(fēng)險更小。目前，聯(lián)創(chuàng)超導(dǎo)的高溫超導(dǎo)磁控單晶爐已經(jīng)進入應(yīng)用推廣階段，整個市場將進入設(shè)備換代期。根據(jù)賽迪數(shù)據(jù)，2024年全球用于超導(dǎo)磁控單晶爐的高溫超導(dǎo)材料規(guī)模為0.6億元，預(yù)計2030年將增長至9.7億元，2024-2030年CAGR為60.2%。超導(dǎo)感應(yīng)加熱是指通過高溫超導(dǎo)材料繞制的超導(dǎo)磁體在鐵芯氣隙中產(chǎn)生強磁場，由機械傳動系統(tǒng)帶動金屬工件在磁場中旋轉(zhuǎn)，工件切割磁力線形成渦流并產(chǎn)生焦耳熱，實現(xiàn)對工件的熱處理。相比傳統(tǒng)的加熱方式，超導(dǎo)感應(yīng)加熱具有加熱均勻性高、能量轉(zhuǎn)換效率高、工件尺寸適應(yīng)性好等優(yōu)勢，能夠?qū)㈦姶鸥袘?yīng)加熱裝置40%左右的電熱轉(zhuǎn)換效率提高到80%以上，為高耗能領(lǐng)域帶來切實的節(jié)能降本、降低碳排放的效果。可以廣泛用于鋁、銅、鎂、鈦、特種鋼材、高溫合金等金屬加工熱成型（包括擠壓、鍛造、軋制等）、金屬熔煉及半導(dǎo)體熔融等領(lǐng)域。根據(jù)賽迪數(shù)據(jù)，2024年全球用于超導(dǎo)感應(yīng)加熱裝置的高溫超導(dǎo)材料規(guī)模約為200萬元，隨著相關(guān)裝置的交付和運營，以及汽車輕量化、航空和民用高科技工業(yè)的加速發(fā)展，金屬加工市場對超導(dǎo)感應(yīng)加熱裝置的需求逐年增長，存在良好的替代需求，市場規(guī)模將于2030年增長至3億元，未來有較大擴張空間。29/38行業(yè)|深度|研究報告 除了在核聚變裝置、超導(dǎo)電纜、超導(dǎo)磁控單晶爐、超導(dǎo)感應(yīng)加熱裝置等場景之外，高溫超導(dǎo)材料在超導(dǎo)電機、粒子加速器、磁共振成像、超導(dǎo)磁懸浮等場景也存在應(yīng)用前景。目前國內(nèi)外主流企業(yè)與科研單位正在進行相關(guān)應(yīng)用的研發(fā)工作，拉動上游高溫超導(dǎo)材料市場需求不斷擴張。綜合上述應(yīng)用場景的不斷開拓，全球高溫超導(dǎo)材料市場有望持續(xù)擴容。根據(jù)上海超導(dǎo)招股說明書援引的賽迪數(shù)據(jù)，2024年全球高溫超導(dǎo)材料市場規(guī)模為7.9億元，同比增長77.3%，預(yù)計2030年市場將超百億規(guī)模，達到105.0億元，2024-2030年CAGR為53.9%。30/38上海超導(dǎo)是一家專注于高溫超導(dǎo)材料的研發(fā)、生產(chǎn)和銷售的高新技術(shù)企業(yè)。公司核心業(yè)務(wù)涵蓋高溫超導(dǎo)帶材及相關(guān)技術(shù)服務(wù)，產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于可控核聚變、超導(dǎo)電力、高場磁體等前沿科技領(lǐng)域。根據(jù)公司官網(wǎng)，上海超導(dǎo)目前已成長為全球第二代高溫超導(dǎo)材料的核心供應(yīng)商之一、年產(chǎn)量及銷量均超過千公里。公司第二代高溫超導(dǎo)帶材整體達到國際同類產(chǎn)品的先進水平，其中低溫強場特性、超導(dǎo)低阻接頭、光纖內(nèi)嵌超導(dǎo)帶材及監(jiān)測技術(shù)達到了國際領(lǐng)先水平。高溫超導(dǎo)帶材收入高增，盈利能力持續(xù)提升。22-24年公司收入0.36/0.83/2.40億元，CAGR=159%；其中第二代高溫超導(dǎo)帶材收入0.25/0.75/2.30億元，CAGR=205%，收入占比從69%提升到96%，毛利率從27%提升到61%。22-24年歸母凈利潤從-0.26億元提升到0.73億元，24年扭虧為盈，盈利能力持續(xù)提升。31/38上海超導(dǎo)已擁有穩(wěn)定多元化的優(yōu)質(zhì)客戶群，為全球180多家單位提供產(chǎn)品與服務(wù)。根據(jù)公司官網(wǎng)，目前公司已與南方電網(wǎng)、國家電網(wǎng)、中科院等離子體所、中科院電工所、美國MIT、德國KIT、美國CFS公司、英國TE公司、新西蘭RRI研究所、能量奇點、聯(lián)創(chuàng)超導(dǎo)等國內(nèi)外企業(yè)及科研機構(gòu)建立了緊密的合作關(guān)系。公司是國內(nèi)高溫超導(dǎo)帶材龍頭，深度參與海內(nèi)外核聚變各重大項目。根據(jù)公司官網(wǎng)，公司在國內(nèi)第二代高溫超導(dǎo)帶材市場占有率80%以上，是多項“全球首個”超導(dǎo)應(yīng)用項目的核心供應(yīng)商及獨家供貨商，深度參與的項目包括美國CFS公司大口徑20T強磁場磁體、國內(nèi)首條10千伏三相同軸高溫交流超導(dǎo)電纜、國內(nèi)首條35千伏公里級高溫超導(dǎo)電纜、國際首臺MW級超導(dǎo)感應(yīng)加熱裝置、電動磁懸浮列車、32.35T全超導(dǎo)磁體、26.8T全REBCO高溫超導(dǎo)磁體、能量奇點洪荒-70等，獲得了國內(nèi)外客戶的高度認(rèn)可。上海超導(dǎo)的第二代高溫超導(dǎo)帶材的產(chǎn)能較高，2022-2024年，公司年產(chǎn)能分別為256.67、438.67、1333.67千米。目前已成為國際上唯二實現(xiàn)批量年產(chǎn)千公里級以上（12mm寬）第二代高溫超導(dǎo)帶材的募投資金12億擴產(chǎn)，進一步提升帶材的生產(chǎn)能力。公司IPO募投項目總投資12.02億元，用于二代高溫超導(dǎo)帶材生產(chǎn)及總部基地建設(shè)，項目達產(chǎn)后預(yù)計每年新增6000公里第二代高溫超導(dǎo)帶材，進一步增強公司帶材的生產(chǎn)能力。32/38東部超導(dǎo)是國內(nèi)高溫超導(dǎo)材料龍頭。根據(jù)永鼎股份公告，子公司東部超導(dǎo)主營產(chǎn)品是第二代高溫超導(dǎo)帶材及超導(dǎo)應(yīng)用產(chǎn)品。公司在第二代高溫超導(dǎo)帶材上采用IBAD（離子束輔助沉積）+MOCVD（金屬有機化合物化學(xué)氣象沉積）路線，研發(fā)出多種稀土替代和摻雜技術(shù)，所制備的超導(dǎo)材料磁通釘扎性能優(yōu)異，在帶材長度以及低溫強磁場下性能方面達到了國內(nèi)外領(lǐng)先水平。2024年，公司持續(xù)擴充產(chǎn)能，優(yōu)化產(chǎn)線，升級技術(shù)，目前產(chǎn)品主要應(yīng)用于超導(dǎo)感應(yīng)加熱、超導(dǎo)磁拉單晶、可控核聚變磁體、超導(dǎo)電力裝備等領(lǐng)域，保持與中科院、江西聯(lián)創(chuàng)光電、能量奇點、新奧能源、星環(huán)聚能、核工業(yè)西南物理研究院等客戶密切合作關(guān)系。永鼎股份近年來收入端整體呈增長態(tài)勢，2024年汽車線束業(yè)務(wù)受燃油車市場銷售下滑影響，主機廠需求下降導(dǎo)致產(chǎn)銷量同比下降，總收入實現(xiàn)41.11億元，同比下降5.38%。25Q1受下游需求拉動，營收重回正增長，凈利潤顯著提升主要系25Q1對聯(lián)營企業(yè)東昌投資權(quán)益法確認(rèn)的投資收益2.92億元(同比增加2.87億元)。公司2