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超导材料行业:NbTi商业化程度高 高温超导材料处产业化初期 中国企业已占据重要地位

一、低温超导材料中NbTi超导线材商业化程度极高,市场仍存增量空间

超导材料是指具有在一定的低温条件下具有完全导电性(直流电阻为0)和完全抗磁性的材料。按临界温度,超导材料分为低温超导材料和高温超导材料。

根据观研报告网发布的《中国超导材料行业发展趋势分析与未来前景预测报告(2025-2032年)》显示,低温超导材料发展较早,目前已经形成系统的商业化生产,且广泛应用于核磁共振成像、聚变堆以及大型粒子加速器等装置中。目前已商用的低温超导材料主要是NbTi和Nb3Sn超导线材,其中NbTi超导线材占据超导材料90%以上市场份额,其主要凭借制备工艺成熟、性价比高、稳定性强等优势,广泛应用于各种液氦温区服役的聚变堆磁体、核磁共振成像仪(MRI)、核磁共振波谱仪(NMR)和大型粒子加速器等设备的制造中。

低温超导材料发展较早,目前已经形成系统的商业化生产,且广泛应用于核磁共振成像、聚变堆以及大型粒子加速器等装置中。目前已商用的低温超导材料主要是NbTi和Nb3Sn超导线材,其中NbTi超导线材占据超导材料90%以上市场份额,其主要凭借制备工艺成熟、性价比高、稳定性强等优势,广泛应用于各种液氦温区服役的聚变堆磁体、核磁共振成像仪(MRI)、核磁共振波谱仪(NMR)和大型粒子加速器等设备的制造中。

数据来源:观研天下数据中心整理

下游前景广阔,低温超导材料仍存增量空间。磁共振成像技术(Magnetic ResonanceImaging,简称 MRI)是一种先进的人体无损成像技术,广泛应用于人体各个部位疾病的诊断,由于MRI没有辐射影响,具有更高的软组织分辨率,在临床运用中尤其适用于脑组织成像,在帕金森氏症、阿尔茨海默氏症、癌症等疾病的诊断方面可发挥重要作用。我国人均MRI保有量相比发达国家仍有较大差距,国内市场空间较大。2022年我国MRI设备人均保有量仅为每百万人9.38台,远低于日本每百万人57.4台及美国、希腊、韩国等国家每百万人30台以上的水平。2022年我国超导型磁共振成像设备市场规模为19.21亿美元,预计到2029年我国超导型磁共振成像设备市场规模将到达41.94亿美元,年均复合增长率 11.80%。

下游前景广阔,低温超导材料仍存增量空间。磁共振成像技术(Magnetic ResonanceImaging,简称 MRI)是一种先进的人体无损成像技术,广泛应用于人体各个部位疾病的诊断,由于MRI没有辐射影响,具有更高的软组织分辨率,在临床运用中尤其适用于脑组织成像,在帕金森氏症、阿尔茨海默氏症、癌症等疾病的诊断方面可发挥重要作用。我国人均MRI保有量相比发达国家仍有较大差距,国内市场空间较大。2022年我国MRI设备人均保有量仅为每百万人9.38台,远低于日本每百万人57.4台及美国、希腊、韩国等国家每百万人30台以上的水平。2022年我国超导型磁共振成像设备市场规模为19.21亿美元,预计到2029年我国超导型磁共振成像设备市场规模将到达41.94亿美元,年均复合增长率 11.80%。

数据来源:观研天下数据中心整理

数据来源:观研天下数据中心整理

数据来源:观研天下数据中心整理

二、高温超导材料仍处于产业化初期,价格持续下探将加速推广与应用

低温超导材料临界转变温度(Tc)低,导致其应用停留在液氦(4.2 K)温区,并需要依赖昂贵的液氦冷却系统,严重限制了超导应用的发展。1986年高温铜氧化物超导体的出现,突破了超导应用温度的壁垒(由液氦提升至液氮温区),成为市场关注热点。

但由于制备过程需大量使用稀土金属、银等价格较高的原材料,第一代高温超导材料成本居高不下,市场价格较高,这在一定程度上制约了高温超导材料的大规模推广与应用,导致高温超导材料仍处于产业化初期。近两年公开中标的信息显示,高温超导带材的价格基本在100-300元/m之间,而Nb3Sn超导线材的价格在60元/m左右,NbTi超导线材的价格在20元/m以下,价格差距明显。当前高温超导材料在超导材料市场中的占比不足5%。

但由于制备过程需大量使用稀土金属、银等价格较高的原材料,第一代高温超导材料成本居高不下,市场价格较高,这在一定程度上制约了高温超导材料的大规模推广与应用,导致高温超导材料仍处于产业化初期。近两年公开中标的信息显示,高温超导带材的价格基本在100-300元/m之间,而Nb3Sn超导线材的价格在60元/m左右,NbTi超导线材的价格在20元/m以下,价格差距明显。当前高温超导材料在超导材料市场中的占比不足5%。

数据来源:观研天下数据中心整理

第二代高温超导材料生产过程仅需极微量的银(1~3微米厚),无其他贵金属。因此,相比第一代高温超导材料,第二代高温超导材料有望大幅降低生产成本,商业化潜力十足。根据上海超导招股说明书,其第二代高温超导带材单位价格从2022年的 359.77元/m下降至2024年的241.08元/m。

第二代高温超导材料生产过程仅需极微量的银(1~3微米厚),无其他贵金属。因此,相比第一代高温超导材料,第二代高温超导材料有望大幅降低生产成本,商业化潜力十足。根据上海超导招股说明书,其第二代高温超导带材单位价格从2022年的 359.77元/m下降至2024年的241.08元/m。

数据来源:观研天下数据中心整理

三、超导材料市场分布集中,中国企业已占据重要地位

全球掌握低温超导线生产技术的企业主要分布在英国、德国、日本和中国,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。

全球低温超导生产厂商布局情况

公司名称

NbTi

Nb3Sn

超导磁体

超导设备

锭棒

线材

青铜法

内锡法

MRI

NMR

西部超导

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宁波建信

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潍坊新力

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成都奥泰

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苏州安科

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东软医疗

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上海联影

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鑫高益

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美国ATI

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英国Oxford

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德国Bruker

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英国Luvata

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日本JASTEC

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美国GE

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德国Siemens

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荷兰Philips

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日本JEOL

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美国Varian

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资料来源:观研天下整理

高温超导材料生产工艺复杂,技术壁垒和进入门槛较高。目前全球生产商大致可以分为三个梯队:第一梯队生产商有两家,分别为上海超导与FFJ,年产量已超过1000公里(12mm宽);第二梯队生产商主要包括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;第三梯队生产商主要包括MetOx Technologies,Inc.、SupremaTapeS.R.L.、High Temperature Superconductors, Inc.等公司,整体处于研发或样品供给阶段。

全球主要二代高温超导带材生产商

公司名称 国别 生产技术
Faraday Factory Japan 日本/美国 IBAD+PLD
Fujikura 日本 IBAD+PLD
上海超导科技股份有限公司 中国 IBAD+PLD
SuperPower-Furukawa 美国 IBAD+MOCVD
Theva 德国 ISD+RCE
SuNAM 韩国 IBAD+RCE
上海上创超导科技有限公司 中国 IBAD+MOD
东部超导科技(苏州)有限公司 中国 IBAD+MOCVD
High Temperature Superconductors 美国 IBAD+PLD
MetOx Technologies 美国 IBAD+MOCVD
Sumitomo Electric Industries 日本 IBAD+MOD
SWCC Showa 日本 IBAD+MOD
甚磁科技(上海)有限公司 中国 IBAD+PLD

资料来源:观研天下整理

中国企业已成为国际超导材料和应用技术研发的重要力量。在低温超导材料领域,西部超导的业务涉及NbTi锭棒和线材、Nb3Sn线材(包括“青铜法”和“内锡法”)和超导磁体的生产,是全球唯一的铌钛(NbTi)锭棒、超导线材、超导磁体的全流程生产企业;在高温超导材料领域,上海超导是全球范围内能够实现REBCO长带批量化制备的三大企业之一,且其产品性能优势正逐渐突出。

部分公司二代高温超导带材产品性能参数

指标名称 上海超导 FFJ SuperPower Fujikura SuNAM 上创超导
临界电流(77k,0T) (A) 110-250 100-200 80-160 >130 200 130-350
临界电流(4.2k,10T)(A) 350-800 900 420-1080 750 未披露 250-500
抗拉强度(MPa) 600-700 >500 550 800 >500 >600
临界弯曲直径(mm) 10 <10 6-11 10 30 11-15
接头电阻率(nΩ·cm2) 20-50 未披露 50 40-70 未披露 30-50
单根带材长度(m) 100-1000 <400 200-900 100-600 100-150 100-1000

资料来源:观研天下整理(zlj)

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