超导材料作为前沿新材料领域的重要分支，因其独特的零电阻、迈斯纳效应等特性，在能源、交通、医疗、高端制造等多个领域展现出巨大的应用潜力。自1911年荷兰物理学家海克·昂尼斯首次发现超导现象以来，超导材料经历了从低温超导到高温超导的发展历程，近年来更是随着制备技术的不断突破和应用场景的持续拓展，逐渐成为全球科技竞争的焦点之一。随着全球对清洁能源、高效传输和高端制造需求的不断增长，超导材料的应用前景愈发广阔，其在可控核聚变、超导电力等领域的应用，正在逐步改变人类的生活和生产方式。

本报告旨在深度剖析超导材料行业。我们将详细解读超导材料的分类、特性、应用及制备工艺，并结合当前超导材料在可控核聚变等重点领域的应用现状与前景，对行业进行全面梳理。同时，报告还将深入介绍行业内代表性企业的技术研发、市场拓展及产业布局成果与优势。希望这些内容能为读者提供了解超导材料行业的重要参考。

01

行业概述

1、超导材料概念

超导：全称超导电性，是指某种材料在降至某一临界温度时，电阻突然降为零的现象，具备这种特性的材料则被称为超导体或者超导材料。

超导现象的首次发现可以追溯到1911年，当时荷兰物理学家海克·昂尼斯在氦气液化的过程中进行了一项关键性实验。昂尼斯将金属汞冷却到了4.2K（约-269°C），发现汞的电阻突然下降到零。由于这一发现，昂尼斯在1913年被授予诺贝尔物理学奖，他同时首次提出了“超导”这一术语。

超导材料具有三大基本特性：1）零电阻效应：又称“完全导电性”，即低于临界温度Tc时，超导体的电阻迅速降为零的特性。2）迈斯纳效应：又称“完全抗磁性”，即在磁场强度低于临界磁场强度Hc时，外界磁场的磁力线无法穿过超导体，超导体内部磁场为零的现象。3）量子隧穿效应：是指在“超导体-薄绝缘介质层-超导体”组成的三明治结构中，电子可以穿过绝缘层从而形成隧穿电流的现象，这种结构也被称为约瑟夫森结，中间绝缘层的典型厚度为1.5~3nm。超导材料可以实现大电流输运、产生强磁场等先进技术，是具有战略意义的前沿新材料，在可控核聚变、超导电力、大科学装置、高端制造、医疗装备及交通运输等方面应用广泛。

2、超导材料分类

（1）按照临界温度划分

低温超导材料：Tc＜25K的超导材料被称为低温超导材料。目前已经实现商业化的包括NbTi（铌钛，Tc=9.5K）和Nb3Sn（铌三锡，Tc=18K）

高温超导材料：Tc≥25K的超导材料为高温超导材料。具备实用价值的主要包括铋系（例如Bi-Sr-Ca-Cu-O，BSCCO，Tc=110K）、钇系（例如Y-Y-BaCu-0，YBCO，Tc=92K）和二硼化镁超导材料（MgB2，Tc=39K）、铁基超导材料等。

（2）按照对于外磁场响应程度划分

第一类超导体：具有一个临界磁场，在常温下具有良好导电性的纯金属，如铝（Al）、锌（Zn）、镓（Ga）、锡（Sn）、铟（In）等。

第二类超导体：具有两个临界磁场，下临界场Hc1和上临界场Hc2。纯金属元素钒（V）和铌（Nb）外，主要包括金属化合物及其合金，以及陶瓷超导体。

（3）按照材料类型划分

元素超导体：由单一元素构成的超导体，如铅（Pb）、铌（Nb）等金属在低温下展现超导特性，通常为第一类超导体。

合金或化合物超导体：由两种或多种元素组成的合金或化合物形成的超导体，典型如NbTi、Nb₃Sn，广泛应用于磁共振成像和粒子加速器磁体。

氧化物超导体：由氧化物构成的超导体，如YBCO、BSCCO等铜氧化物，是高温超导的主要代表，临界温度可超过77K。

（4）按照低温处理方式划分

液氦温区超导体：在4.2K以下的温度中表现出超导性质，如YBCO、BSCCO等铜氧化物，是高温超导的主要代表，临界温度可超过77K。

液氢温区超导体：在20K以下的温度中表现出超导性质，如MgB₂（二硼化镁）即在约20–25K表现超导性，可用液氢或闭循环系统制冷。

液氮温区超导体：在77K以下的温度中表现出超导性质，多为高温超导材料，如YBCO、BSCCO，制冷成本显著降低。

常温超导体：在接近或略高于室温的温度下表现出超导性质，目前尚未实现稳定可重复的实验验证，仍处于前沿探索阶段。

3、超导材料的发展：低温先行，高温有望后来居上

根据《超导材料科学与技术》，现在发现的超导材料有上千种，但具有实用化前景的超导材料仅不足十种，目前实用化的主要包括低温超导材料中的NbTi、Nb3Sn和高温超导材料中的YBa2Cu3O6（YBCO）、Bi2Sr2Ca2Cu3O10（Bi-2223）和Bi2Sr2CaCu2O8（Bi-2212）等4~5种。

20世纪60年代，低温超导材料率先实现工程化突破。铌钛（NbTi）合金凭借良好的延展性与成本优势，成为核磁共振成像（MRI）磁体的核心材料，1973年首台商用MRI设备的诞生，标志着超导技术从实验室走向医疗临床。同期发展的铌三锡（Nb3Sn）则因更高的临界磁场，被应用于粒子加速器磁体，如CERN的大型强子对撞机（LHC），其8.3T超导磁体支撑起高能物理研究的基础。这一阶段的低温超导技术虽依赖液氦冷却，却为后续发展奠定了材料制备与磁体设计的技术基础。

1986年铜氧化物高温超导体的发现，彻底改变了超导应用的格局。瑞士科学家缪勒与柏诺兹在BaLaCuO体系中实现35K超导突破后，中美团队迅速将临界温度提升至液氮温区（90K以上）。铋系（Bi系）铜氧化物率先实现产业化：1999年，德国埃森市投运的Bi-2223超导电缆（10kV级），验证了高温超导在电网中的长期稳定运行能力；日本住友电工通过高压热处理技术，将Bi-2223带材载流能力提升至280A（77K自场），成为早期超导电力的标杆。与此同时，钇钡铜氧（YBCO）涂层导体（第二代高温超导带材）在21世纪初崭露头角，其多层复合结构通过离子束辅助沉积（IBAD）等技术实现双轴织构生长，美国SuperPower、中国上海超导等企业相继实现千米级带材量产。2021年，上海建成全球首条35kV千米级超导电缆（REBCO带材，RE为稀土元素，YBCO即为钇（Y）基的REBCO材料），输电损耗仅为传统铜缆的8%，为城市中心电网升级提供了全新方案。

进入21世纪，超导材料家族持续扩容。2001年发现的二硼化镁（MgB2，Tc=39K）填补了中温低场空白，其成本低、易加工的特性使其在15-25K制冷机温区迅速应用，美国HyperTech、中国西部超导等企业实现3km级线材生产，用于低场MRI和风电电机。2008年铁基超导体的问世则打开了高场应用新维度，中国科学院电工所通过粉末装管法制备出百米级铁基线材（如BaKFeAs体系），在30T强磁场下仍保持120A/mm²载流能力，为下一代核聚变堆（如CFEDR）和1GHz以上核磁共振谱仪奠定了材料基础。伴随制备技术革新，REBCO带材产能在2023年突破2000公里，成本从2015年的500美元/米降至80美元/米，推动韩国KEPCO建成23kV超导电网主干网，输电容量提升至传统线路的5倍。

如今，超导技术正站在新突破的前夜。尽管室温超导探索（如高压下的C-S-H材料）尚未跨越应用门槛，但REBCO带材在磁悬浮（如上海600km/h试验线）、量子计算（如中国本源量子芯片）等领域的应用已初现端倪。从液氦到液氮，从百米级试验到千米级商用，超导材料的发展始终以“提升温度阈值、降低系统成本”为主线，持续赋能能源、交通与尖端科技，等待下一次颠覆性突破的到来。

4、低温高温超导材料对比

据前文低温超导材料目前已实现产业化。已成功应用于磁共振成像、核磁共振波谱分析等领域。但低温超导材料临界温度较低，需要在液氦环境（4.2K，即-269℃）下工作。由于氦气是一种稀有资源，我国氦气资源贫乏，目前主要依赖进口，因此使用成本较高。此外，低温超导材料在高场环境下电流密度衰减速度快，目前主要应用于15T以下场景。

高温超导材料对于工作环境要求较低，如第二代高温超导带材可在液氮环境（77K，即-196℃）下工作，而液氮资源丰富，制备技术成熟，价格远低于液氦，在制冷成本及制冷能耗上具有明显优势。此外，高温超导材料能够提供更高场强的稳定磁场，进一步打开了下游高场应用领域，产业化前景更加广泛。但由于高温超导材料发展起步较晚，制备技术较为复杂，规模化生产未能充分显现，使得产品价格较低温超导材料更高。

5、超导材料产业链概述

超导材料行业处于产业链的中游，是未来能源电力、高端制造等国民经济支柱行业实现产业升级的重要支撑。

超导材料行业上游为矿产资源，包括稀土矿、银矿、铜矿、镍矿等。

下游应用主要集中在两个方向：一方面，在强电方向，其可用于增强载流量，减轻电工装备的重量、减小体积、减少占地面积以及提升能效等，主要用于电力领域，如超导电缆、超导限流器、超导电机（调相机）、超导储能系统等；另一方面，在高场方向，利用其大电流产生的大磁场，可广泛服务于可控核聚变、大科学装置、高端制造、医疗装备等领域。

02

主要超导材料及制备工艺

1、铜氧化物超导材料

1986年超导研究迎来重大突破，德国物理学另辟蹊径地在原本绝缘的氧化物体系BaLaCuO中发现了转变温度高于30K的超导体。随后，美国朱经武团队和中国赵忠贤团队独立发现了转变温度高于液氮（K）的铜氧化合物超导体BaYCuO，引发了铜基高温超导研究的热潮。更多的铜基高温超导材料陆续被发现，现在其转变温度已超过160K。在常压下，Tc超越麦克米兰极限的超导体，被称为非常规超导体。

铜氧化物超导材料的共同特点是具有层状结构，超导发生在其中的CuO层。CuO层两侧有La/Ba层、La/Sr层或BiSrCaCuO体系中的Bi/Sr层和Ca插层。铜氧化物的超导敏感地依赖于氧含量。随着氧含量的变化，载流子会被调控，出现除超导态之外的其他复杂电子相，如反铁磁、赝能隙、奇异金属、费米液体等。

（1）Bi系超导材料

Bi系铜氧化物超导体是一种准四方晶系，由一系列类钙钛矿型结构单元ABO3和BiO双层组成。在晶体结构中，[CuO2]层为超导层，其他层为载流子库层。根据材料中[CuO2]层数的不同，Bi系超导材料分为Bi2201（[CuO2]的层数为1）、Bi2212（[CuO2]的层数为2）和Bi2223（[CuO2]的层数为3）等。Bi2212和Bi2223因其临界温度高、成材性能较好、载流能力好等优点得到了广泛的应用研究。

Bi2Sr2CaCu2O8 δ（简称Bi2212）Tc约85K，HC2大于100T（4.2K），在低温高场条件下具有极高的载流性能。在液氦温区45T的磁场条件下，临界电流密度仍然可以达到266A/mm²。同时，Bi2212是目前唯一可以被制备成各向同性圆线的铜氧化物高温超导材料，使其在应用过程中，可以依托低温超导材料开发绞缆或磁体绕制技术，且无需考虑横截面方向上的各向异性问题，极大地简化了导体和磁体设计过程。另外，Bi2212的圆线结构更容易实现多芯化和电缆绞制，从而降低交流损耗，相比其他扁带结构的高温超导材料，更有利于制备管内电缆导体、卢瑟福电缆和螺线管线圈。因此，Bi2212被认为是低温高场下最具应用前景的高温超导材料之一。

粉末装管法（powder-in-tube，PIT）为目前的主流工艺（除去REBCO材料外其他主流超导材料均采用此工艺）。Bi先制备具有高Bi-2212含量的前驱体粉末，再将其装入纯银管中，经过旋锻、拉拔加工成单芯线材，然后按照设计结构，使用纯银管或银合金管经过多次组装得到多芯线材，最后经过拉拔加工成一定尺寸的具有各向同性圆形截面的线材。

目前已有多家公司和研究机构具备Bi2212线材的批量化制备能力，主要包括美国牛津仪器公司（BOST）、欧洲耐克森（Nexans）公司、日本昭和电线电缆株式会社和西北有色金属研究院等。BOST研制的Bi2212线材的工程临界电流密度（Je）在液氦温区45T磁场下仍能保持266A/mm²，这表明Bi2212线材非常适合于超高磁场条件下的应用。西北有色金属研究院研制的线材在4.2K，14T磁场下的Je达到60A/mm²。

Bi2Sr2Ca2Cu3O10（简称Bi2223）高温超导材料是目前临界转变温度（Tc＝108~110K）最高的实用化高温超导材料。Bi2223晶体结构为层状，超导电性具有强烈的各向异性，实际使用时以扁形带材为主。Bi2223带材采用粉末装管法经过旋锻、拉拔、轧制和热处理加工成带材，是首先实现批量化制备的实用化高温超导材料。目前Bi2223带材已经成功应用于液氮下运行的发电机、传输电缆、分流电压器、故障电流限制器、电动机以及储能装置等设备中。特别是在德国埃森（Essen）市挂网运行的超导电缆，成功证实了该类材料在电网中长期稳定运行的能力。

美国超导公司基于其对化学组分和工艺的精确控制以及后退火技术的开发，在国际上率先实现了在K自场条件下传输电流100A的突破，一度处于领跑地位。但2004年日本住友电气工业株式会社开发出可控高压热处理技术，将其带材的载流性能从100A左右，迅速提升到250A以上。国内开展Bi2223带材的主要研究单位为北京英纳超导技术有限公司和西北有色金属研究院。目前，国内Bi2223带材的载流性能基本稳定在100A，与日本住友电气工业株式会社带材差距较大。

（2）REBCO超导材料（主流二代高温超导材料）

YBCO为主流的高温超导材料。稀土钡铜氧化物（rare earthbarium copper oxide，REBCO，RE为稀土元素，YBCO即为钇（Y）基的REBCO材料）带材，即第二代高温超导带材经过30年的技术发展形成了一种典型的多层复合结构。二代带材拥有高超导转变温度、高载流能力、高不可逆场以及廉价的生产原料等优势，是产生强磁场或应用在强磁场环境中的关键材料之一。以聚变磁体需求为牵引，美国政府高度重视超导带材的批量制造。2023年和2024年，美国能源部（Department of Energy，DOE）先后投入9000万美元用于本土化制造高性能超导带材，目标实现高性能、低成本、高效产出及原材料高利用率等。

YBCO的晶体结构较为复杂，因此需要多种缓冲层。由于YBCO的结构具有较强的各向异性，电流传输主要集中在ab面内，因此除了面内具有较小的品界角以外，品粒取向的方向也是很重要的。因为YBCO和金属基底存在着晶格不匹配，还存在着一定的化学反应因此，必须在YBCO和金属基底之间增加一系列缓冲层和阻隔层，以阻化学反应并改善品格匹配性。金属基带是涂层导体的载体，起到支撑保护、提供织构模板的作用；缓冲层主要承担传递织构和化学阻隔两大任务；YBCO超导层是整个涂层导体的核心，其成膜质量的优劣直接影响涂层导体的性能。生产过程及工艺如下：

1）基带加工：YBCO涉及工艺种类较多。基带的制备技术主要包括不依赖真空技术的RABiTS和以高真空技术为基础的IBAD技术以及倾斜基板沉积技术（ISD）；缓冲层沉积制备技术大体可分为以真空技术为基础的物理沉积技术（PVD）和非真空的化学溶液沉积技术（CSD）两大类，目前YBCO层的制备技术路线主要有几大类：金属有机物沉积（MOD）技术、金属有机物化学气相沉积（MOCVD）技术、电子束蒸发（EV）技术和脉冲激光沉积（PLD）技术。

IBAD为基带制作的主流技术。通常要在柔性金属基底（通常为50~100mm厚）上制备出具有立方织构的超导层，首先要获得具有类似立方织构的基底，然后外延生长小于1μm厚的多层缓冲层，最后外延沉积1~4μm厚的YBCO超导层。基带制作目前有IBAD、倾斜衬底沉积ISD、RABiTS技术。其中IBAD技术使用得相对更广泛。

IBAD工艺为类半导体工艺。通过离子束轰击靶材，将靶材蒸发并沉积到金属基底上。同时，辅助离子束以特定角度轰击薄膜，控制晶粒生长方向，形成双轴织构的种子层。其系统采用双离子源配置，一个用于靶材沉积，一个用于辅助薄膜生长。薄膜的取向受沉积厚度、离子束能量和入射角度的影响较大。

2）制备缓冲层：YBCO带材的缓冲层要和金属基带、YBCO超导层匹配，且热稳定性、化学稳定性和抗氧化性好，能阻止元素的相互扩散。国际上通用的缓冲层的结构包括5层：无定形的Al2O3和Y2O3作为形核层、IBAD-MgO层、高度自外延的MgO层、LaMnO3薄层。

缓冲层的制备方法众多，主要分为物理气相沉积法（PVD）和化学溶液沉积法（CSD）。物理气相沉积法制备的薄膜平整致密、孔洞较少、织构也好，采用物理法制备的缓冲层材料主要包括：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）等。

3）生长超导层：超导层为核心。在第二代高温超导带材中，超导层是电流传输层，是整个涂层导体的核心，其性能的优劣直接影响涂层导体的实际应用，这就要求超导层要有尽可能高的临界电流密度。制备方法有很多种，包括物理气相沉积（如PLD、Sputtering等）、化学气相沉积（如激光CVD、MOCVD）、化学溶液法（如激光MOD、喷雾热解法）、反应共蒸发（reactive co-evaporation，RCE）法、液相外延（LPE）法等，如LPE法、喷雾热解法以及溅射法等被证明难以利用。

YBCO超导层的工业化制备方法主要有：PLD法、MOCVD法、RCE法、MOD法。PLD法PLD为制备高温超导薄膜最成功的方法之一。可精准复制靶体的化学配比，薄膜质量稳定。其过程分三步：激光束作用靶材产生等离子体，等离子体膨胀后在基底上成核生长为薄膜。关键参数包括激光功率、脉冲频率、靶材表面状况和基带温度等。缺点是生长速率慢、成本高。应用企业包括日本Fujikura、Sumitomo、SuperOx，德国布鲁克，中国的上海超导和甚磁超导。MOCVD是一种新兴技术，通过载流气体将气态金属有机物带入反应腔，与反应气体混合后在高温基板上发生化学反应，形成金属化合物薄膜。其主要步骤包括气体迁移、吸附、成膜和反应物脱落。优点是制备效率高、成分易控制、薄膜质量好；缺点是原材料（特别是Ba有机源）价格高且利用率低。采用该技术的企业有SuperPower和东部超导（永鼎）。RCE法是我国尚未采用的一种技术。它是反应蒸发法的一种，通过多个蒸发源在真空室内同时蒸发Y、Ba、Cu等金属，并通入反应气体，在基底表面生成YBCO薄膜。优点是使用金属蒸发料，成本低，可通过调节蒸发速率提高薄膜生长效率。缺点是热处理工艺复杂，控制难度大。目前采用该技术的有美国LANL和STI、韩国SuNAM、德国Theva等。MOD法是一种化学溶液法，具有低成本、适合规模化生产的特点，无需真空设备。其制备过程包括四个主要步骤：前驱液合成、前驱膜涂敷、低温热分解和高温晶化。优点是涂层速度快、成本低，但工艺的可靠性和稳定性是难点。目前，美国超导公司和中国的上海上创超导等企业采用MOD技术。

根据《上海高温超导磁体相关技术发展现状与对策建议》的总结，国外方面，主要的公司包括Faraday Factory Japan（日本，前身为俄罗斯的SuperOx）、Fujikura（日本）、SuperPower（美国，现为Furukawa全资子公司）等。国内方面，主要公司有4家，上海超导（精达参股18.2866%）、东部超导（永鼎股份子公司）、上创超导（采用MOD方案）、甚磁（采用PLD方案）等。

4）沉积银膜层：利用磁控溅射、沉积等技术，在已经完成超导层生长的带材上下表面继续沉积约3um厚度的银稳定层，然后对超导带材进行氧化热处理，根据实际宽度需求对带材进行分条处理。

5）包覆金属保护层：利用电镀技术，在完成分条的超导带材四周镀上一定厚度的铜保护层。根据具体应用需要，利用不同封装技术，再次对完成基本包覆的超导带材进行进一步封装处理，如包覆不锈钢带，增加机械强度；包覆聚酰亚胺绝缘带，实现带间绝缘等。

2、NbTi和Nb3Sn（主流的低温超导材料）

NbTi和Nb3Sn是目前主流的低温超导材料。参照《西部超导招股说明书》，NbTi是二元合金，具有良好的加工塑性，很高的强度，制造成本低，临界磁场低，主要用于10T以下磁场；Nb3Sn是金属间化合物，属于脆性材料，制造成本高，但是临界磁场高，主要用于10T以上的磁场。

NbTi和Nb3Sn工作于液氦温区（4.2K），需依赖昂贵制冷系统。

NbTi超导材料一般采用冷加工工艺。NbTi为单相β型固溶体，其上临界磁场（Hc2）在4.2K约为12T。NbTi超导体一般采用熔炼方法加工成合金，再使用集束拉拔工艺将其加工成以铜为基体的多芯复合超导线，最后通过结合时效热处理的冷加工工艺，获得由β单相合金转变为具有强钉扎中心的两相（α β）合金的结构，其中α析出相作为钉扎中心提高材料的临界电流密度。

NbTi超导线材性价比高、性能稳定，使其成为目前液氦温区使用最广泛的低温超导材料，被广泛应用于核磁共振成像仪（MRI）、核磁共振波谱仪（NMR）和大型粒子加速器的制造。在目前的实用化超导材料中，NbTi超导线材由于具有优异的中低磁场超导性能、良好的机械性能和加工性能，在实践中获得了大规模应用，因此具有非常大的市场份额，其用量占整个超导材料市场的90%以上。

Nb3Sn超导线材的制备方法主要有内锡法和青铜法。Nb3Sn是一种典型的具有A15型晶体结构的金属间化合物，具有较高的超导转变温度TC（~18K），上临界磁场Hc2可以达到2T。

Nb3Sn制备中，内锡法Nb3Sn超导线材临界电流密度更高，但是由于芯丝耦合严重，其交流损耗也随之增高；青铜法Nb3Sn超导线材临界电流密度适中，但是由于芯丝通常不耦合，其交流损耗较低。因此这两种线材拥有不同的应用领域。国际上Nb3Sn超导线材主要由德国Bruker公司、日本JASTEC公司和古河电气工业株式会社以及我国的西部超导公司进行研发并批量化生产。德国Bruker公司研发及生产的内锡法Nb3Sn超导线材是目前临界电流密度最高的商用超导线，其临界电流密度在4.2K，12T下最高达到3000A/mm²。

青铜法Nb3Sn导线的主要生产厂商为日本JASTEC公司和古河电气工业株式会社，其研制的先反应后绕制的青铜法Nb3Sn超导线材和高机械性能的增强型青铜法Nb3Sn超导线材，有效提高了超导磁体制造的便捷性、稳定性和安全性。

西部超导布局较为广泛。根据西部超导的招股说明书，西部超导布局了NbTi和Nb3Sn的材料，后续向磁体、超导设备等积极布局，不断扩充自己的产品系列。

NbTi锭棒领域：全球仅有西部超导和美国ATI两家公司。

超导线材领域：主要厂商包括西部超导、英国Oxford、德国Bruker、英国Luvata、日本JASTEC，其中英国Oxford、德国Bruker、英国Luvata三家公司是全球最主要的低温超导线材生产商，并且都能够采用“青铜法”和“内锡法”两种方法生产Nb3Sn线材，而日本JASTEC主要采用“青铜法”生产Nb3Sn线材。

超导磁体领域：国外主要厂商包括英国Oxford、德国Bruker、日本JASTEC，GE、Philips、Siemens也有自己的超导磁体工厂（不对外出售）；国内主要厂家包括宁波健信、西部超导和潍坊新力，成都奥泰也有自己的超导磁体工厂（不对外出售）。

超导设备领域：高端超导MRI市场基本上被GE、PHILIPS、SIEMENS三家国际巨头垄断，其主流产品是3.0T，SIEMENS已量产7T产品；国内主要厂家包括成都奥泰、苏州安科、东软医疗、上海联影，目前已实现1.5T和3T超导MRI的商业化生产。国外NMR厂商主要包括德国Bruker、日本JEOL。（根据《西部超导招股说明书》）。

3、MgB2

MgB2是2001年发现的超导转变温度为39K的金属间化合物超导体，具有相干长度大、晶界不存在弱连接、材料成本低、加工性能好等优点。尽管其临界温度较低，但是MgB2超导材料可以工作在制冷机温度范围内（10~20K），因此可以摆脱复杂昂贵的液氦冷却系统。MgB2超导体可用于磁共振成像（MRI）系统、特殊电缆、风力发电电机以及空间系统驱动电机等领域。

意大利的艾森超导（ASGSuperconductors）公司采用先位法粉末装管工艺制备出12~3芯Cu/Ni基MgB2多芯线材，在20K，1.2T的临界电流密度（JC）可达1000A/mm2。美国的HyperTech公司采用连续粉末填装与成形工艺制备出单根长度大于3km的Monel/Cu/Nb基多芯MgB2线材，其Jc值在25K，1T达到2000A/mm2。日本的日立（Hitachi）公司和韩国的三东（SamDong）公司也已形成千米级MgB2线材的生产能力。西部超导材料科技股份有限公司和西北有色金属研究院能够制备千米量级长度19芯及3芯结构的MgB2长线，其工程临界电流密度（Je）在20K，1T下达到250A/mm2。

4、铁基超导材料和有机超导体

自2008年铁基超导体被发现以来，已相继发现了上百种铁基超导材料，这些超导体的晶体结构均为层状，都含有Fe和氮族（P，As）或硫族元素（S，Se，Te），Fe离子为上下两层正方点阵排列方式，氮族或硫族离子层被夹在Fe离子层间。按照导电层以及为导电层提供载流子的载流子库层交叉堆叠方式和载流子库层的不同形成机制，主要分为1111体系（如SmOFeAsF，NdOFeAsF等）、122体系（如BaKFeAs，SrKFeAs等）、111体系（如LiFeAs）、11体系（如FeSe和FeSeTe）以及1144相等为代表的新型结构超导体等体系。铁基超导体具有上临界场极高（100~250T）、各向异性较低（1<γH<2，122体系）、本征磁通钉扎能力强等许多明显的优势。

自2008年以来，中国团队率先发现系列50K以上铁基高温超导体并创造55K的临界温度世界纪录。中国科学院电工研究所采用粉末装管法通过控制轧制织构和元素掺杂，在2013年制备出临界电流密度达到10A/mm²（4.2K，10T）的铁基超导线材，证明了铁基超导材料在强电应用上的巨大潜力。经过工艺优化后，2018年他们将百米长线的临界电流密度提高至300A/mm²（4.2K，10T），目前已经开始超导磁体制备研究。

1964年，Little理论预测有机物中存在着超导电性，且其TC理论上可达到室温，提出了假想模型。1980年，Jerome等发现了第一个有机体系的超导材料四甲基四硒富瓦烯（（TMTSF）PF6），TC为0.9K。1988年底，Urayama等发现了Tc高于10K的有机超导体（BEDTTTF）2Cu（SCN）2。1989年，Ishigoro和Anzai整理了当时有机超导体的发展状况，于论文中累计列出31个有机超导体，而在其论文发表之后不到两年时间中又发现了9个新的有机超导体，TC提高到了12.5K。1991年，Ebbesen等通过碱金属掺杂C60单晶的方式，得到了一系列TC较高的超导材料，其中Cs3C60TC达到了40K。2001年，Schon等发现了用CHCl3和CHBr3插层拓展C60单晶，得到的C60单晶具有多孔表面，TC达到了11K。

有机物超导材料的优点在于其密度低、重量也相对轻，其中典型的是具有三维结构的C60类超导材料，其实用潜力相当大。目前的主要问题包括制备困难，易氧化变质，不易保存等，其主要工作依旧处在实验阶段。目前，科学家们仍致力于探寻高TC且实用能力强的有机超导材料。

03

可控核聚变装置为重点应用方向

可控核聚变装置是超导材料的重要应用方向。实现核聚变反应，需要同时满足足够高的温度、一定的等离子体密度和一定的能量约束时间，三者的乘积为聚变三重积。只有大于一定值，才能产生有效的聚变功率输出。磁约束利用磁场约束等离子体运动，防止外泄，目前被认为是最有可能实现可控核聚变的途径，也是我国主要采用的技术路线。磁约束核聚变装置主要有托卡马克、仿星器等，托卡马克为核聚变装置的主流路线。

托卡马克主要由环形真空室、磁体和其他辅助设施组成，具有结构简单、造价低，生产周期短，装置迭代快，以及加热成本低等优势，是目前各国投入最大、最接近可控核聚变条件、技术发展最成熟的途径，约占全球核聚变装置的50%。磁体由制冷机、低温恒温器、圆筒骨架、超导线图、失超保护模块、超导开关、磁屏蔽铁轭等构成。超导磁体的制备需要将超导带材绕成线圈，并且控制绝缘、应力、传热、冷却，做成磁体。根据《Superconductors for fusion:a roadmap》（Neil Mitchell et al），ITER与DEMO项目的成本分布：

ITER实验堆阶段：磁体系统（28%）是最大成本项，低温超导材料（Nb3Sn/NbTi）的高成本凸显了超导技术的关键地位，但其局限性（如液氦依赖、磁场强度上限）亟待突破；真空容器（8%）和土建厂房（14%）的高占比则反映了实验装置对极端工程条件（超高真空、抗辐照）的重度依赖，而分散的辅助系统（如功率供应8%、仪器控制6%）则揭示了复杂系统集成的技术挑战。

DEMO示范堆阶段：产业链重心显著向商业化落地倾斜，高温超导（如REBCO）的紧凑化设计有望大幅降低磁体成本，真空容器成本锐减至2%（得益于3D打印钨基复合材料和模块化工艺），而核聚变电站的平衡系统跃升为最大成本项（25%）。

根据华经产业研究院，高温超导受限于技术，整体市场应用占比仍较小。截至2022年，全球低温超导材料占比超9成，随着超导线缆、可控核聚变等持续发展应用，预计高温超导材料的市场份额将会逐步扩大，高温超导材料整体的占比有望稳定提升。

在可控核聚变应用领域，低温和高温超导磁体也有不同的性能表现，低温超导磁体稳定运行最高磁场强度在15T左右，高温超导磁体可达到45.5T。更强的磁场可以延长等离子体约束时间，减少能量损失。同时，磁场越强，允许的等离子体密度越高，从而提升聚变反应率。随着高温超导技术的不断成熟，带材价格在不断下降。根据全球高温超导材料龙头FFJ官网，近五年来，高温超导线材的价格已经下降了一半，未来高温超导磁体有望成为可控核聚变装置的未来发展趋势。

1、低温超导材料的应用：ITER

ITER磁体系统由四个主要子系统组成，其中包括：18个环向场线圈（Toroidal Field Coil,简称TFC）；6个极向场线圈（Poloidal Field coil,简称PFC）；18个校正线圈（Correction coil,简称CC）以及中心螺线管（Central Solenoid,简称CS）。其周边连接关系为：放置在18个重力支撑（GravitySupport，简称GS）上的TFC通过6组极向场线圈支撑（PFCS）支持6个PFC；同时通过3组校正场线圈支撑（CCS）支持CC。TFC通过其自身的结构和支撑对CS提供支持。

超导材料：超导导体是用于绕制ITER超导线圈的重要材料，根据不同线圈的作用和要求，ITER有不同规格的超导导体。中心螺管、纵场线圈采用（铌三锡）Nb3Sn超导材料，极向场（PF）、校正场线圈(CC)采用铌钛（NbTi）低温超导材料。

环向场线圈：它由18个TF线圈构成，每个TF线圈由7根完整连续的基于Nb3Sn超导线的铠装导体（CICC）绕制而成。总的来说，制造18个TF线圈总共需要126根单元导体。ITER装置运行时，TF导体内流动着4.2K（-269℃）的超流态液氦，每根导体额定电流68kA，承受的磁场强度最高达12T，约为地球磁场的20万倍。2008年6月16日，中国与ITER组织签署《环向场导体采购安排协议》，根据协议规定，中国承担11根TF导体制造任务，约占全部TF导体制造任务的7.51%。

极向场（PF）线圈：它的主要作用是在等离子体的产生、上升、成形和平顶各个阶段提供欧姆加热和控制等离子体位形。PF线圈系统由6个不同尺寸的独立线圈组成，自上而下分别为PF1、PF2、PF3、PF4、PF5、PF6。与环向场线圈导体类似，PF线圈导体为NbTi基超导铠装导体。运行时，PF导体内通有4.2K（-269℃）的液氦，电流45kA，磁场强度最高可达5T。2008年10月10日，中方与ITER组织签署极向场线圈导体采购安排协议，中方负责制造PF2至PF5共60根PF导体，约占全部PF导体的65%。

校正场超导磁体系统（CC）：这是ITER超导托卡马克装置中重要的部件之一，主要用来补偿环向场和极向场系统由于制造与安装过程带来的不可消除的磁场误差。ITER装置共有18个校正场线圈，其中底部、侧线圈和顶部线圈各6个。ITER校正场线圈是由NbTi超导导体绕制而成，匝工作电流10kA，最高磁场约5T。中方承担ITER装置所有18个校正场线圈的制造。自2010年中方与ITER国际组织签署采购安排协议以来，经国内多年联合攻关，先后完成了线圈绕制、氦冷却管焊接、真空压力浸渍、线圈盒封焊等多项关键技术认证。系列生产制造已于2017年正式开展。

中心螺管CS：穿过环的中心是一个巨大的超导线圈筒（中心螺管CS），在环向场线圈外侧还布有六个大型环向超导线圈，即极向场线圈。中心螺管和极向场线圈的作用是产生等离子体电流和控制等离子体位形。

2、高温超导材料的应用：国内外核聚变项目竞相突破

根据上海超导招股说明书，截至2024年，高温超导材料下游应用领域中，可控核聚变装置磁体占比38%，已经成为高温超导材料最大单一应用场景。

（1）SPARC：革命性高温超导磁体技术

高温超导材料：新一代核聚变装置（如美国CFS公司的SPARC托卡马克装置）正在考虑采用HTS材料，以利用其在更高温度下仍保持超导性的能力，从而降低运行成本和提高系统效率。据悉国内核聚变公司星环聚能和能量奇点的磁体系统均采用高温超导材料加工建造。

SPARC，全称是Soonest/Smallest Private-Funded Affordable Robust Compact，以最直接、简明的方式阐述了快速、体积小、私营资本主导、低成本、紧凑等特点。SPARC是CFS商业化聚变电厂ARC（Affordable Robust Compact）的前期验证装置，目前正在美国马萨诸塞州的Devens建设。

革命性高温超导磁体技术：SPARC的核心创新在于采用稀土钡铜氧化物（REBCO）高温超导材料制成的磁体。实验表明，其制造的基于REBCO磁体在液氦温度下可承受高达5000安培的电流，局部磁场强度达20T，远超ITER的5.3T，实现更高效的等离子体约束。

（2）能量奇点：25年创高温超导磁体新纪录

全球已建成超过百台托卡马克装置，但截至2024年底正运行的全超导装置仅4台。能量奇点自主研制的“洪荒70”，是其中唯一一台全高温超导材质建造的托卡马克。对低温超导托卡马克，全球已有20年研发经验，工艺相对成熟，但装置体型巨大。如在建的国际热核聚变实验堆（ITER），高30米，直径28米。能量奇点之所以绕行“低温”而取“高温”，旨在将托卡马克的体积、造价缩减约50倍，并大幅加快建设周期。“洪荒70”所有关键零部件都用高温超导材料建造，全世界仅此一台，每一步都是从0到1。其中，“洪荒70”由上海超导科技股份有限公司提供高性能超导磁体材料。

今年3月10日，能量奇点能源科技（上海）有限公司宣布，其自主研制的大孔径强场磁体“经天磁体”成功完成首轮通流实验，产生了高达21.7特斯拉的磁场，这一场强超过了美国麻省理工学院和CFS公司联合研制的SPARC TFMC磁体在2021年创造的20.1特斯拉的纪录，创下大孔径高温超导D形磁体最高磁场纪录，反超美国。

（3）BEST：紧凑型聚变实验装置高温超导材料大放异彩

BEST，全称Burning plasma Experimental Superconducting Tokamak，将在EAST装置的基础上首次演示聚变能发电，引领燃烧等离子物理研究，为中国聚变能的发展做出前瞻性和开创性贡献。2027年建成后将会成为世界首个紧凑型聚变能实验装置。BEST项目由聚变新能（安徽）有限公司（下称“聚变新能”）负责运营，后者成立于2023年5月，初始注册资本50亿元，并在2024年6月增至145亿元，股东涵盖安徽省与合肥市国有平台、中央企业、中国科学院及社会资本。

BEST采用了新一代全超导托卡马克技术，其磁场强度相较于传统装置更高，但能耗却更低，核心的磁体运用高温超导材料。在极低温环境下能够实现“零电阻”，从而将等离子体牢牢地“锁定”在磁场之中，有效避免能量的逃逸。这一技术曾经助力我国HL-2M装置实现了1.5亿度高温等离子体运行，如今在BEST上又得到了进一步的优化，为稳定发电奠定了坚实的基础。

（4）星环聚能：高温超导磁体研发达到实用化要求

2024年星环聚能在高温超导磁体技术领域取得了显著成就，成功掌握了无绝缘线圈的设计和制造关键技术。公司还自主研发了一套高温超导磁体的运行监控与保护系统，确保了磁体在长时间运行中的稳定性。经过反复的冷热循环测试，多个高温超导磁体展现出了卓越的性能稳定性，满足了商业化应用的标准，已准备好供客户日常使用。

此外，星环聚能研发的SH-150亥姆霍兹磁体，能够提供直径为150毫米的均匀磁场，为公司在螺旋波等离子体源、高电流密度等离子体枪等先进技术的开发和测试提供了强有力的支持。

（5）星火一号：高温超导材料强势赋能裂变-聚变混合堆

2023年11月，江西省人民政府与中国核工业集团有限公司签订全面战略合作框架协议。江西联创光电超导应用有限公司和中核聚变（成都）设计研究院有限公司计划各自发挥技术优势，采用聚变裂变混合路线，拟在江西省联合建设可控核聚变项目，技术目标Q>30，实现连续发电功率100MW，工程总投资预计超过200亿元人民币。2024年6月，联创光电与中核集团就共同推进“星火一号”聚变-裂变混合示范堆的建设达成了初步合作意向。

2025年3月28日，星火一号高温超导混合堆项目在成都顺利通过了项目需求（PR文件）的全面评审。这一重要成果标志着星火一号在高温超导混合堆领域迈出了坚实的一步，为未来可控核聚变技术的发展奠定了坚实基础，具有重要的里程碑意义。评审过后星火一号将进入更为关键的实施阶段，为我国能源可持续发展和全球核聚变事业做出更大贡献。

04

高温超导材料竞争格局

行业集中度高，产能严重紧缺，龙头厂商积极扩产。高温超导材料技术壁垒较高，全球实现量产的企业较少，多数为国外企业，行业集中度较高。根据上海超导招股说明书，以供给能力划分，目前全球厂商可以分为三个梯队：第一梯队为上海超导与FFJ，年产量已超过1000公里（12mm宽）；第二梯队包括SuperPower、Fujikura、SuperOx、SuNAM、Theva、美国超导、东部超导和上创超导等，年产量数十至数百公里不等；第三梯队包括MetOx、SupremaTape、High Temperature Superconductors等公司，整体处于研发或样品供给阶段。

高温超导材料供需紧缺，龙头厂商积极扩产。从供需关系上看，根据上海超导招股说明书，当前商业化核聚变公司较多采用的紧凑型托卡马克路径，单台装置对高温超导材料的需求在数千公里至数万公里不等，核聚变产业化提速有效拉动高温超导材料需求上行。例如，CFS团队表示，目前在建的SPARC预计使用1万公里超导带材。但是从供给端看，即便是全球超导带材龙头上海超导，其产能、产量也才在2024年刚刚实现突破1000公里（12mm宽），远远无法满足单台装置对高温超导材料的需求。当前，全球头部超导材料厂商积极扩产，上海超导、FFJ、SuperPower、SuNAM、东部超导等均积极投入到扩产计划中，以满足下游核聚变领域的高增需求。

05

高温超导材料市场规模预测

1、可控核聚变装置

全球可控核聚变的“科技竞赛”加剧。根据核聚变工业协会，截至4M24，全球已有45家商业化核聚变公司，吸引了71亿美元的投资，其中美国投入最多。国外公司主要包括CFS、TE等。我国对于核聚变的投入从2022年开始加速，2023-2024年每年支出保持在10亿美元左右，追赶态势明显。目前我国商业化核聚变公司主要包括能量奇点、星环聚能等。目前全球大约70%的商业化核聚变公司表示预计在2035年之前能做出第一台商业化的示范堆并完成核聚变发电并网。

可控核聚变技术的持续发展推动行业产业化进程，特别是商业化核聚变公司较多采用的紧凑型托卡马克路径，单台装置对高温超导材料的需求在数千公里至数万公里不等，随着核聚变产业化提速，将有效拉动高温超导材料需求上行。根据赛迪数据，2024年全球可控核聚变装置使用的高温超导材料市场规模为3.0亿元，预计2030年将达到49.0亿元，2024-2030年CAGR为59.3%。

2、超导电缆

利用第二代高温超导带材制成的超导电缆，可以通过低电压大电流实现大容量、低损耗的电力传输，相较于传统电缆具备输电容量高、节省建设成本和占地面积、输送损耗低，节能环保等优势。上述优势能够扩展新的电力输送场景，比如密集城市地区配电网的大容量局部增容、峡谷等输电走廊受限区域的电力输送等。

全球各国较为重视超导电缆技术研究，将其列为电力网络未来发展的关键技术之一。例如，2020年欧洲提出了SuperLink项目，着力攻关15km长度级别的超导电缆工程建设技术。我国也高度重视超导电缆产业发展，2021年南方电网在深圳试点400米长超导电缆成功为平安大厦供电；同年12月，国家电网建设成功全球首条35千伏公里级超导电缆示范项目，全长1.2公里，为上海徐家汇地区4万多户家庭和核心商业街供电，是目前全球用户数量最多的超导电缆。从全球范围来看，超导电缆项目的安全性和稳定性正逐步得到验证。

根据赛迪数据，2024年全球超导电缆项目使用的高温超导材料市场规模接近1亿元，随着示范项目数量的增加和工程的启动，未来用于超导电缆的高温超导材料规模还将继续扩大，预计2030年将达到19.9亿元，2024-2030年CAGR为67.5%。

3、超导磁控单晶炉

传统的单晶硅生产采用直拉法，生长速度较快，目前是生长单晶硅的主流技术。但随着对单晶硅质量要求（高纯度、低缺陷密度和高均匀性）的不断提高，传统的热场控制方法逐渐面临瓶颈。超导磁控技术通过在单晶炉中引入磁场，可以抑制热对流、降低氧含量，使材料凝固液面更稳定，缓解同心圆和黑芯片问题，提高材料纯度，增加产品产能，未来有望实现规模化应用。

目前超导磁控单晶炉主要采用低温超导技术路线，而高温超导具有一定替代优势。高温超导磁控单晶炉温区更宽，较低温超导磁控单晶炉失超的风险更小。目前，联创超导的高温超导磁控单晶炉已经进入应用推广阶段，整个市场将进入设备换代期。根据赛迪数据，2024年全球用于超导磁控单晶炉的高温超导材料规模为0.6亿元，预计2030年将增长至9.7亿元，2024-2030年CAGR为60.2%。

4、超导感应加热装置

超导感应加热是指通过高温超导材料绕制的超导磁体在铁芯气隙中产生强磁场，由机械传动系统带动金属工件在磁场中旋转，工件切割磁力线形成涡流并产生焦耳热，实现对工件的热处理。相比传统的加热方式，超导感应加热具有加热均匀性高、能量转换效率高、工件尺寸适应性好等优势，能够将电磁感应加热装置40%左右的电热转换效率提高到80%以上，为高耗能领域带来切实的节能降本、降低碳排放的效果。可以广泛用于铝、铜、镁、钛、特种钢材、高温合金等金属加工热成型（包括挤压、锻造、轧制等）、金属熔炼及半导体熔融等领域。