圖表索引圖1：超導(dǎo)BCS理論 6圖2：托卡馬克裝置磁型 8圖3：ITER預(yù)計(jì)投入占比 9圖4：DEMO堆預(yù)計(jì)投占比 9圖5：第Ⅰ類超導(dǎo)體和Ⅱ類超導(dǎo)體的磁化質(zhì) 10圖6：超導(dǎo)材料臨界溫的發(fā)展歷史 12圖7：超導(dǎo)材料的主要用領(lǐng)域 14圖8：各類實(shí)用超導(dǎo)材的應(yīng)用范圍 15圖9：銅氧化物超導(dǎo)體圖和結(jié)構(gòu) 16圖10：Bi系超導(dǎo)體的晶結(jié)構(gòu)示意圖 16圖11：Bi2212線材的備工藝示意圖 17圖12：西北有色金屬研院生產(chǎn)的千米級(jí)Bi2212超導(dǎo)線材及截面 17圖13：YBCO與Bi2223高溫超導(dǎo)帶材臨界流度JC隨磁場(chǎng)B的變化 18圖14：高溫超導(dǎo)涂層導(dǎo)的典型基本結(jié)構(gòu) 19圖15：REBCO帶材的構(gòu)及其發(fā)展史（2020年逐步成熟） 19圖16：高性能低成本涂導(dǎo)體的考慮要素 20圖17：IBAD技術(shù)示意圖 20圖18：緩沖層示意圖 21圖19：PLD法示意圖 23圖20：MOCVD法示意圖 24圖21：RCE法沉積YBCO薄膜示意圖 24圖22：SuNAM公司用卷對(duì)卷YBCO長(zhǎng)帶制備的RCE系統(tǒng) 24圖23：MOD工藝全流示意圖（美國(guó)超導(dǎo)） 25圖24：NbTi超導(dǎo)線橫截面 26圖25：Nb3Sn超導(dǎo)線截面 26圖26：NbTi超導(dǎo)線生產(chǎn)流程 27圖27：Nb3Sn超導(dǎo)線生流程（青銅法） 28圖28：Nb3Sn超導(dǎo)線生流程（內(nèi)錫法） 28圖29：西部超導(dǎo)低溫超收入及利潤(rùn)率情況 30圖30：西部超導(dǎo)低溫超出貨量及價(jià)格情況 30圖31：MgB2線材的粉裝管法加工工藝流程 31圖32：中心鎂擴(kuò)散法制備MgB2線材流程圖 31圖33：典型鐵基超導(dǎo)體晶體結(jié)構(gòu)示意圖 31圖34：粉末裝管法制備基超導(dǎo)線帶材的工示圖 32圖35：中國(guó)科學(xué)院電工究所制備的世界首百級(jí)鐵基超導(dǎo)長(zhǎng)線 32圖36：上海市某高溫超電纜工程液氮制冷統(tǒng) 34圖37：高溫超導(dǎo)磁懸浮車原理 34圖38：Hyperloop膠囊列車 35圖39：上海超導(dǎo)主營(yíng)產(chǎn)為第二代高溫超導(dǎo)材關(guān)鍵技術(shù)國(guó)際領(lǐng)先 36圖40：永鼎股份產(chǎn)品布局 38圖41：永鼎股份營(yíng)收、母凈利潤(rùn)情況（億） 39圖42：永鼎股份整體毛率、凈利率水平 39圖43：公司超導(dǎo)產(chǎn)品收及增速（億元） 39圖44：聯(lián)創(chuàng)光電產(chǎn)品布局 40圖45：聯(lián)創(chuàng)光電營(yíng)收、母凈利潤(rùn)情況（億） 40圖46：聯(lián)創(chuàng)光電整體毛率、凈利率水平 40圖47：西部超導(dǎo)主營(yíng)產(chǎn)品 41圖48：西部超導(dǎo)營(yíng)收、母凈利潤(rùn)情況（億） 42圖49：西部超導(dǎo)整體毛率、凈利率水平 42圖50：公司超導(dǎo)線材收規(guī)模（億元） 42圖51：公司超導(dǎo)線材毛率水平 42表1：超導(dǎo)理論發(fā)展史 5表2：超導(dǎo)體特性 6表3：代際劃分與技術(shù)代邏輯 12表實(shí)用超導(dǎo)材料本性質(zhì)參數(shù)及其線制的典型方（REBCO材料的臨界電流密度具備明優(yōu)） 表5：低溫高溫超導(dǎo)材對(duì)比 15表6：常用緩沖層材料 21表7：國(guó)內(nèi)主要廠商的術(shù)路線、帶材結(jié)構(gòu)超載流性能 22表8：典型REBCO超導(dǎo)層外延生長(zhǎng)的薄膜備法 23表9：國(guó)內(nèi)外主要高溫導(dǎo)公司情況 25表10：NbTi和Nb3Sn要應(yīng)場(chǎng)景 26表11：國(guó)內(nèi)外主要低溫導(dǎo)公司及其布局 29表12：全球主要高溫超電纜示范工程項(xiàng)目 33表13：上海超導(dǎo)重大發(fā)歷程 37一、超導(dǎo)：具備零電阻、抗磁性等特征的先進(jìn)材料（一）超導(dǎo)體的基本特性和相關(guān)理論量子信息計(jì)算、國(guó)防工業(yè)以及科學(xué)研究等方面有著重要的應(yīng)用價(jià)值和未來(lái)前景。導(dǎo)是指當(dāng)溫度降低到某一臨界溫度時(shí)，電阻突然消失、電流可以無(wú)阻流動(dòng)的現(xiàn)象，具備這種特性的材料即為超導(dǎo)體。超導(dǎo)體具有常規(guī)材料不具備的零電阻、完全抗磁性等宏觀量子現(xiàn)象，是典型的量子材料?！傲汶娮琛睘槌瑢?dǎo)材料的首要特征。根據(jù)《下一代創(chuàng)新科技》的超導(dǎo)理論發(fā)展史，1911年，荷蘭科學(xué)家?？恕た┝帧ぐ簝?nèi)斯在極低溫實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)汞元素在4.2K現(xiàn)異常導(dǎo)電行為—1913““完全抗磁性”為超導(dǎo)材料的另一個(gè)重要特征。電阻是超導(dǎo)體的唯一特征。直到1933年，德國(guó)學(xué)者瓦爾特·邁斯納與其合作者羅伯特·內(nèi)部磁通量，且這種抗磁效應(yīng)與冷卻程序無(wú)關(guān)，這與理想導(dǎo)體行為存在本質(zhì)區(qū)別，1950 1950 1955 1962 1969 1986 2008表11950 1950 1955 1962 1969 1986 2008超導(dǎo)的發(fā)現(xiàn)和基本GinzburgLandau

同位素效應(yīng)

BardeenCooperSchri

約瑟夫森效應(yīng)

重費(fèi)米子超導(dǎo)體銅氧化物超導(dǎo)鐵基高溫超導(dǎo)性質(zhì) 理論

effer理論

與有機(jī)超導(dǎo)體

體的發(fā)現(xiàn)

體的發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)來(lái)源：《下一代創(chuàng)新科技》第五期，BCS理論首次從量子層面闡釋超導(dǎo)機(jī)制。根據(jù)夸父超導(dǎo)公眾號(hào)的相關(guān)推送，20世紀(jì)50年代，微觀理論取得革命性進(jìn)展，美國(guó)物理學(xué)家巴丁、庫(kù)珀與施里弗建立了BCS理論，首次從量子層面闡釋超導(dǎo)機(jī)制。該理論指出：晶格振動(dòng)（聲子）介導(dǎo)的電子配對(duì)作用形成庫(kù)珀對(duì)，這些具有玻色子特性的載流子在臨界溫度下發(fā)生宏觀量子凝聚，使得電子在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中規(guī)避晶格散射，從而實(shí)現(xiàn)零阻抗電流傳輸。這一理論突破不僅統(tǒng)一解釋了超導(dǎo)現(xiàn)象，更為后續(xù)超導(dǎo)材料研發(fā)提供理論框架。超導(dǎo)研究在量子層面取得突破性進(jìn)展始于1962年，英國(guó)物理學(xué)家布萊恩·約瑟夫森預(yù)言了超導(dǎo)電子對(duì)的量子隧穿效應(yīng)：當(dāng)兩超導(dǎo)層間插入納米級(jí)絕緣勢(shì)壘時(shí)，庫(kù)珀對(duì)可穿越勢(shì)壘形成隧穿超流；不足一年后，實(shí)驗(yàn)觀測(cè)便驗(yàn)證了這一理論推測(cè)。該量子效應(yīng)不僅為超導(dǎo)電子學(xué)開(kāi)辟新方向，更為現(xiàn)代量子信息技術(shù)提供關(guān)鍵物理機(jī)制，約瑟夫森因此榮膺1973年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。圖1：超導(dǎo)BCS理論數(shù)據(jù)來(lái)源：夸父超導(dǎo)公眾號(hào)，臨界溫度Tc、臨界電流Jc和臨界磁場(chǎng)Hc為三個(gè)重要參數(shù)。條件，即所處溫度低于Tc，所通過(guò)的電流密度小于其所處溫度下的Jc磁場(chǎng)小于其在該溫度下Hc。超導(dǎo)體的Tc、Jc和Hc是互相影響、相互關(guān)聯(lián)的，三個(gè)基本參數(shù)構(gòu)成了超導(dǎo)體的三維臨界曲面。只有當(dāng)超導(dǎo)體處于三維曲面內(nèi)部的狀態(tài)時(shí)，才展現(xiàn)出超導(dǎo)態(tài)，反之則處于正常態(tài)。特性 別稱 解釋 示意圖表2：超導(dǎo)體特性特性 別稱 解釋 示意圖完全導(dǎo)電性 零電阻效完全抗磁性 邁斯納效

應(yīng)。傳輸電能。如果用磁場(chǎng)在超導(dǎo)環(huán)中引發(fā)感生電流，這一電流可以毫不衰減的維持下去。當(dāng)一個(gè)磁體和一個(gè)處于超導(dǎo)態(tài)的超導(dǎo)體相互靠即超導(dǎo)體排斥體內(nèi)的磁場(chǎng)。量子隧穿性 約瑟夫森效

指當(dāng)兩層超導(dǎo)體之間的絕緣層薄至原子尺寸時(shí)，（suercndcto（inultor）—超導(dǎo)體（superconductor）結(jié)構(gòu)可以產(chǎn)生超導(dǎo)電流。A30A會(huì)產(chǎn)生隧道效應(yīng)，稱為約瑟夫森效應(yīng)。臨界性 無(wú)

持住它的超導(dǎo)性能。數(shù)據(jù)來(lái)源：夸父超導(dǎo)公眾號(hào)，《超導(dǎo)材料科學(xué)與技術(shù)》，超導(dǎo)材料的零電阻效應(yīng)賦予其無(wú)耗散電流傳導(dǎo)的獨(dú)特性質(zhì)，這種量子態(tài)載流特性為等，其核心應(yīng)用場(chǎng)景包括：醫(yī)學(xué)影像領(lǐng)域：以MRI系統(tǒng)為例，超導(dǎo)磁體可生成高強(qiáng)度穩(wěn)定磁場(chǎng)，相較常規(guī)永磁體分辨率提升達(dá)數(shù)個(gè)數(shù)量級(jí)，成為精準(zhǔn)醫(yī)療不可或缺的技術(shù)支撐；(CEPC/SPPC)新型電力系統(tǒng)：超導(dǎo)輸電電纜及故障電流抑制裝置可將電網(wǎng)傳輸損耗降低至傳統(tǒng)銅纜的50%~60%，美國(guó)LIPA項(xiàng)目已驗(yàn)證其在138kV電網(wǎng)中連續(xù)運(yùn)行年無(wú)衰減；軌道交通：上海磁浮示范線采用NbTi超導(dǎo)磁體，實(shí)現(xiàn)430km/h商業(yè)運(yùn)營(yíng)速度，摩擦阻力僅為輪軌系統(tǒng)的2%~5%；特別值得注意的是，在磁約束可控核聚變領(lǐng)域，超導(dǎo)托卡馬克裝置通過(guò)全超導(dǎo)環(huán)向場(chǎng)線圈（TF）實(shí)現(xiàn)等離子體穩(wěn)態(tài)約束，被國(guó)際學(xué)術(shù)界視為突破勞森判據(jù)的前沿技術(shù)路徑。隨著低溫制冷技術(shù)與材料制備工藝的協(xié)同突破，超導(dǎo)體的工程化應(yīng)用正加速向多物理場(chǎng)耦合系統(tǒng)延伸。（二）超導(dǎo)的發(fā)展將極大加速可控核聚變行業(yè)的發(fā)展磁場(chǎng)強(qiáng)度為提高核聚變裝置功率輸出能力的關(guān)鍵參數(shù)。根據(jù)《磁約束燃燒等離子體物理的現(xiàn)狀與展望》，核聚變裝置的功率輸出能力與磁場(chǎng)強(qiáng)度BT的四次方成正比，意味著磁場(chǎng)強(qiáng)度增加一倍則核聚變裝置的功率輸出能力將成為之前的16倍，極大的增強(qiáng)裝置的功率輸出能力。而超導(dǎo)材料由于其超導(dǎo)特性，相比傳統(tǒng)的材料可以達(dá)到更大的電流密度，意味著可以通過(guò)更大的電流產(chǎn)生更強(qiáng)的磁場(chǎng)，從而增加裝置的功率輸出能力，更容易實(shí)現(xiàn)“點(diǎn)火”。P B4R342q2fus T0 N95上式為聚變功率的歸一化運(yùn)行區(qū)依賴關(guān)系。其中：BT：外部線圈產(chǎn)生的縱場(chǎng)強(qiáng)度；VRaε=a/R、拉長(zhǎng)比κβN：βN≡βT(aBT/Ip)[%m·T/MA]為歸一化比壓，其中βT≡2μ0P/BT2∝εq95?1βN為等離子體比壓；q95：歸一化極向磁通95%的邊界安全因子。圖2：托卡馬克裝置磁位型數(shù)據(jù)來(lái)源：《磁約束燃燒等離子體物理的現(xiàn)狀與展望》，同時(shí)，磁體也是托卡馬克裝置的重要成本項(xiàng)。根據(jù)《Superconductorsforfusion:aroadmap》（NeilMitchelletal），ITER與DEMO項(xiàng)目的成本分布：ITER實(shí)驗(yàn)堆階段：磁體系統(tǒng)（28%）是最大成本項(xiàng)，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(chǎng)強(qiáng)度上限）8%6%）如 3D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(xiàng)（25%）。這一成本結(jié)構(gòu)變化揭示技術(shù)迭代主線—高溫超導(dǎo)降本是商業(yè)化核心引擎，第一壁與真空設(shè)備的耐極端環(huán)境能力是運(yùn)行保障，系統(tǒng)集成與工程配套是規(guī)?；涞氐年P(guān)鍵支撐。圖3：ITER預(yù)計(jì)投入占比 圖4：DEMO堆預(yù)計(jì)投入比數(shù)據(jù)來(lái)源：《Superconductorsforfusion:aroadmap》（NeilMitchelletal），注：In-vesselcomponents：堆內(nèi)構(gòu)件VacuumVessel：真空室Magnets：磁體HeatingandCurrentDrive：加熱系統(tǒng)和電流驅(qū)動(dòng)Powersupplies：電源數(shù)據(jù)來(lái)源：《Superconductorsforfusion:aroadmap》（NeilMitchelletal），Buildings：土建廠房CryoplantandCoolingWaterSystems：低溫和冷卻水系統(tǒng)InstrumentationandControl：儀表控制OtherAuxiliarySystems：其他輔助系統(tǒng)BalanceofPlant：平衡維持系統(tǒng)（三）超導(dǎo)材料的分類超導(dǎo)材料分類方式很多，可以根據(jù)材料對(duì)于外磁場(chǎng)的響應(yīng)、臨界溫度、材料類型、低溫處理方法進(jìn)行分類。根據(jù)《超導(dǎo)成“材”之路——實(shí)用化高溫超導(dǎo)材料的制備及發(fā)展》（常佳鑫等）：超導(dǎo)機(jī)理研究的突破性進(jìn)展始于1957年，由巴丁、庫(kù)珀與施里弗提出的BCS理論系統(tǒng)揭示了超導(dǎo)現(xiàn)象的量子本質(zhì)。該理論突破早期唯象模型（如二流體模型、倫敦方程BCS192基于BCS框架推導(dǎo)的臨界溫度公式：Tc1.14

1eN0VeD式中，德拜溫度（θD）表征材料晶格振動(dòng)能級(jí)，與原子質(zhì)量呈平方根反比關(guān)系；費(fèi)米面態(tài)密度（N0）和電聲耦合強(qiáng)度（V）共同決定超導(dǎo)相變閾值。然而，銅基高溫超導(dǎo)體的發(fā)現(xiàn)（TC>100K）暴露出該理論的局限——其異常高的臨界溫度與低態(tài)密度參數(shù)存在理論沖突，由此將超導(dǎo)體劃分為BCS相容型（傳統(tǒng)）與非BCS型（非傳統(tǒng)）兩大體系。第I類超導(dǎo)體，只有一個(gè)臨界磁場(chǎng)Hc，當(dāng)超導(dǎo)體所處溫度低于臨界溫度、磁場(chǎng)強(qiáng)度小于臨界磁場(chǎng)時(shí)，超導(dǎo)體顯現(xiàn)出無(wú)電阻且完全抗磁的超導(dǎo)態(tài)，當(dāng)外界磁場(chǎng)超過(guò)臨界磁場(chǎng)之后，超導(dǎo)體就會(huì)恢復(fù)到有電阻且磁場(chǎng)全穿透的正常態(tài)；第類Hc2H＜Hc1（H＜Hc2）Hc2目前應(yīng)用的均為第II（也被稱為磁通線）圖5：第Ⅰ類超導(dǎo)體和第Ⅱ類超導(dǎo)體的磁化性質(zhì)數(shù)據(jù)來(lái)源：《超導(dǎo)成“材”之路——實(shí)用化高溫超導(dǎo)材料的制備及發(fā)展》（常佳鑫等），（四）超導(dǎo)材料的發(fā)展：低溫先行，高溫有望后來(lái)居上國(guó)際電工委員會(huì)根據(jù)材料達(dá)到的臨界轉(zhuǎn)變溫度將超導(dǎo)體劃分為低溫超導(dǎo)材料（Tc＜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)MRI（Nb3Sn）EC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198635K液氮溫區(qū)（90K以上）。鉍系（Bi系）銅氧化物率先實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化：1999年，德國(guó)埃Bi-2223（10kV級(jí)Bi2228（7K自場(chǎng)），成為早期超導(dǎo)電力的標(biāo)桿。與此同時(shí)，釔鋇銅氧（YBCO）涂層導(dǎo)體（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(guò)離子束輔助沉積（IBAD）等技術(shù)實(shí)現(xiàn)雙軸織構(gòu)生長(zhǎng)，美國(guó)SuperPower、中國(guó)上海超導(dǎo)等企業(yè)相繼實(shí)現(xiàn)千米級(jí)帶材量產(chǎn)。2021年，上海建成全球首條35kV千米級(jí)超導(dǎo)電纜（REBCO帶材），輸電損耗僅為傳統(tǒng)銅纜的8%，為城市中心電網(wǎng)升級(jí)提供了全新方案。進(jìn)入21世紀(jì)，超導(dǎo)材料家族持續(xù)擴(kuò)容。2001年發(fā)現(xiàn)的二硼化鎂（MgB2，Tc=39K）15-25K3kmMRI末裝管法制備出百米級(jí)鐵基線材（如BaKFeAs體系），在30T強(qiáng)磁場(chǎng)下仍保持120A/mm2如和1GHz/80/KEPCO23kV5C-S-H材料）REBCO（600km/h（如中國(guó)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(jí)試驗(yàn)到千米級(jí)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(lái)。圖6：超導(dǎo)材料臨界溫度的發(fā)展歷史數(shù)據(jù)來(lái)源：《下一代創(chuàng)新科技》第五期，代際 代表材料 臨界溫度（TC） 核心技術(shù) 應(yīng)用場(chǎng)景代際 代表材料 臨界溫度（TC） 核心技術(shù) 應(yīng)用場(chǎng)景第一代 NbTi、Nb3Sn

合金熔煉、多芯線拉拔；內(nèi)錫法，青銅法

核磁共振、粒子加速器過(guò)渡代 MgB2、鐵基超導(dǎo)體 20~55K 中心鎂擴(kuò)散法元素?fù)?/p>

術(shù)；MOD術(shù)；MOD、PLD、力設(shè)備MOCVD、RCEDR25~110KBi2223REBCO體第二代探索代 有機(jī)超導(dǎo)體氫化物高壓 >100K（理論） 高壓合成拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 未來(lái)能源與量子計(jì)算數(shù)據(jù)來(lái)源：《超導(dǎo)成“材”之路——實(shí)用化高溫超導(dǎo)材料的制備及發(fā)展》（常佳鑫等），《強(qiáng)電用超導(dǎo)材料的發(fā)展現(xiàn)狀與展望》（張平祥等），《高溫超導(dǎo)材料研究進(jìn)展》（常豪然等），《中國(guó)超導(dǎo)材料行業(yè)的崛起與未來(lái)展望》（張黎明等），二、實(shí)用超導(dǎo)材料：江山代有“材”人出（一）主要超導(dǎo)材料分類根據(jù)《超導(dǎo)材料科學(xué)與技術(shù)》，NbTi線材強(qiáng)度高、延展性好、臨界電流密度高且價(jià)格較低，在核磁共振及超導(dǎo)加速器等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，其缺點(diǎn)為臨界溫度和上臨界場(chǎng)較低，HC2在4.2K下約為11T；Nb3Sn超導(dǎo)體是典型的A15型化合物，其臨界溫度為18K左右，4.2K下的為25T，但是A15型化合物的JC對(duì)應(yīng)變非常敏感。MgB2TC為NbTiMgB24.2~25K第二代高溫REBCO（TC=92K）近年來(lái)在生產(chǎn)工藝和性能上都取得了重大突破，工業(yè)上可以制備出千米量級(jí)的帶材。由于銅基氧化物超導(dǎo)體的臨界溫度高于77K，其最大市場(chǎng)是運(yùn)行在液氨溫區(qū)的電力應(yīng)用。Bi-2223帶材由于在液氨溫區(qū)的不可逆場(chǎng)低，REBCOJCBi-2212表4：實(shí)用超導(dǎo)材料的基本性質(zhì)參數(shù)及其線材制備的典型方法（REBCO材料的臨界電流密度具備明顯優(yōu)勢(shì)）εεab/nmJC,4.2K/（A/cm2）線材形狀各向異性γH 線材制備工藝晶內(nèi)臨界電流密度 相干長(zhǎng)度上臨界場(chǎng)HC2,4.2K/T臨界溫度TC,max/K材料鈮鈦合金Nb-Ti9.511.54×10?（5T）4可忽略 ------ 圓線青銅法鈮三錫Nb?Sn1825~10?3可忽略 內(nèi)錫法 圓線粉末裝管法二硼化鎂MgB?3918~10?6.5粉末裝管法2~2.7 圓線中心鎂擴(kuò)散法銅氧REBCO92>100~1071.55~7涂層導(dǎo)體技術(shù)帶材化物Bi-2223 110 >100 ~10? 1.5 50~90 粉末裝管法 帶材超導(dǎo) 材料Bi-2212 85 >100 ~10? ~2 >90 粉末裝管法 圓線、帶材鐵基1111IBS55>100~10?1.8~2.34~5粉末裝管法圓線、帶材超導(dǎo)122IBS38>80~10?1.5~2.41.5~2粉末裝管法圓線、帶材材料11IBS16>40~10?1.21.1～1.9粉末裝管法圓線、帶材數(shù)據(jù)來(lái)源：《超導(dǎo)材料科學(xué)與技術(shù)》，圖7：超導(dǎo)材料的主要應(yīng)用領(lǐng)域數(shù)據(jù)來(lái)源：《超導(dǎo)材料：大規(guī)模應(yīng)用的挑戰(zhàn)與機(jī)遇》（iScience姚超，馬衍偉），（二）超導(dǎo)的應(yīng)用范圍較廣基于上述幾種典型實(shí)用超導(dǎo)材料的臨界轉(zhuǎn)變溫度、臨界磁場(chǎng)以及臨界電流密度等不同的性能特性，可以看出，不同超導(dǎo)材料具有不同的應(yīng)用定位。根據(jù)《超導(dǎo)材料科學(xué)與技術(shù)》：低溫超導(dǎo)體由于臨界溫度低，主要用于低溫中低場(chǎng)領(lǐng)域。MgB2的T高達(dá)39K，可是其HC215~25K1~2T磁場(chǎng)MgB2醫(yī)用由于銅基高溫超導(dǎo)體的TC超過(guò)90K，可以運(yùn)行在液氮溫區(qū)，從制冷條件與經(jīng)濟(jì)性方面考量，超導(dǎo)電力將是其最大的應(yīng)用市場(chǎng)，發(fā)展前景廣闊。HC2HC701GHz的核磁（NMR)圖8：各類實(shí)用超導(dǎo)材料的應(yīng)用范圍數(shù)據(jù)來(lái)源：《超導(dǎo)材料科學(xué)與技術(shù)》，性質(zhì) 臨界溫度（TC）性質(zhì) 臨界溫度（TC）典型材料制冷需求制備技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域產(chǎn)業(yè)化現(xiàn)狀優(yōu)缺點(diǎn)低溫超導(dǎo) TC<25K

NbTi（TC=9.5K）Nb?Sn（TC=18K）

依賴液氦（4.2K）制冷系統(tǒng)，成本高且氦資源稀缺

粉末裝管法（PIT）加工工藝

核磁共振成像（MRI）銅氧化物（如Bi2212、Bi2223銅氧化物（如Bi2212、Bi2223、可用液氮（K）或高溫超導(dǎo)TC≥25KgB?（T=39K）（10~20K薄膜沉積技術(shù)（如PLD、MOCVD）涂層導(dǎo)體結(jié)構(gòu)（REBCO）高壓熱處理（Bi系帶材）超導(dǎo)電纜（如液氮部分實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化溫區(qū)輸電）（REBCO涂YBCO）制冷機(jī)溫區(qū)超導(dǎo)磁懸浮列車層導(dǎo)體高場(chǎng)磁體（>25T）鐵基超導(dǎo)體（TC=26~55K）較低聚變堆磁體戰(zhàn)優(yōu)點(diǎn)：高臨界溫度、高臨界磁場(chǎng)、節(jié)能潛力大缺點(diǎn)：制備工藝復(fù)雜、成本高、晶界弱連接

已商業(yè)化（95%以上I用線材

優(yōu)點(diǎn)：技術(shù)成熟、機(jī)械性能穩(wěn)定、性價(jià)比高缺點(diǎn)：依賴液氦、臨界磁場(chǎng)較低“材”之路——（常佳鑫等（張平祥等《高溫超導(dǎo)材料研究進(jìn)展》（常豪然等），《中國(guó)超導(dǎo)材料行業(yè)的崛起與未來(lái)展望》（張黎明等），（三）目前應(yīng)用的主要超導(dǎo)材料銅氧化物超導(dǎo)材料（），1986BaLaCuO30K隊(duì)和中國(guó)趙忠賢團(tuán)隊(duì)獨(dú)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160KCuO層CuOBiSrCaCuOBi/SrCa敏感地依賴于氧含量。隨著氧含量的變化，載流子會(huì)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(fèi)米液體等。圖9：銅氧化物超導(dǎo)體相圖和結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)來(lái)源：《下一代創(chuàng)新科技》第五期，Bi系超導(dǎo)材料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(kù)層。根據(jù)材料中CuBi20（Cu1Bi21（]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(diǎn)得到了廣泛的應(yīng)用研究。（參照《超導(dǎo)成“材”（））圖10：Bi系超導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu)示意圖數(shù)據(jù)來(lái)源：《超導(dǎo)成“材”之路——實(shí)用化高溫超導(dǎo)材料的制備及發(fā)展》（常佳鑫等），Bi2Sr2CaCu2O8+δ（簡(jiǎn)稱Bi2212）TC約85K，HC2大于100T（4.2K），在低溫高場(chǎng)條件下具有極高的載流性能。在液氦溫區(qū)45T以達(dá)到266A/mm2。同時(shí)，Bi2212是目前唯一可以被制備成各向同性圓線的銅氧化程。另外，Bi2212（denbPT（COBiBi-2212末，再將其裝入純銀管中，經(jīng)過(guò)旋鍛、拉拔加工成單芯線材，然后按照設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，使用純銀管或銀合金管經(jīng)過(guò)多次組裝得到多芯線材，最后經(jīng)過(guò)拉拔加工成一定尺寸的具有各向同性圓形截面的線材。圖11：Bi2212線材的制備工藝示意圖 圖西北有色金屬研院生產(chǎn)的千米級(jí)Bi2212超導(dǎo)線材及截面數(shù)據(jù)來(lái)源：《超導(dǎo)成“材”之路——實(shí)用化高溫超導(dǎo)材料的制備及發(fā)展》（常佳鑫等），數(shù)據(jù)來(lái)源：《超導(dǎo)材料科學(xué)與技術(shù)》，參照《超導(dǎo)成“材”之路——實(shí)用化高溫超導(dǎo)材料的制備及發(fā)展》（常佳鑫等），Bi2212（Nexans）BOST研制的Bi2212線材的工程臨界電流密度（Je）在45TBi2212Je60A/mm2。Bi2Sr2Ca2Cu3O10（簡(jiǎn)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(shí)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Bi2223Bi2223掛網(wǎng)運(yùn)行的超導(dǎo)電纜，成功證實(shí)了該類材料在電網(wǎng)中長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的能力。美國(guó)超導(dǎo)公司基于其對(duì)化學(xué)組分和工藝的精確控制以及后退火技術(shù)的開(kāi)發(fā)，在國(guó)際上率先實(shí)現(xiàn)了在K自場(chǎng)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(huì)社開(kāi)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(guó)內(nèi)開(kāi)展Bi2223帶材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(guó)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(huì)社帶材差距較大。REBCO超導(dǎo)材料（）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(guò)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(chǎng)以及廉價(jià)的生產(chǎn)原料等優(yōu)勢(shì)，是產(chǎn)生強(qiáng)磁場(chǎng)或應(yīng)用在強(qiáng)磁場(chǎng)環(huán)境中的關(guān)鍵材料之一。以聚變磁體需求為牽引，美國(guó)政府高20232024（DepartmentofEnergy，9000圖13：YBCO與Bi2223高溫超導(dǎo)帶材臨界電流密度JC隨磁場(chǎng)B的變化數(shù)據(jù)來(lái)源：《高溫超導(dǎo)材料研究進(jìn)展》（常豪然等），圖14：高溫超導(dǎo)涂層導(dǎo)體的典型基本結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)來(lái)源：《超導(dǎo)材料科學(xué)與技術(shù)》，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(qiáng)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?yàn)閅BCO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(hù)、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(gè)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。圖15：REBCO帶材的結(jié)構(gòu)及其發(fā)展史（2020年后逐步成熟）數(shù)據(jù)來(lái)源：《上海高溫超導(dǎo)磁體相關(guān)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與對(duì)策建議》，①YBCO帶材的加工工藝（基帶），以IBAD工藝為主YBCO涉及工藝種類較多。基帶的制備技術(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(jī)物沉積（MOD）技術(shù)、金屬有機(jī)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)。圖16：高性能低成本涂層導(dǎo)體的考慮要素?cái)?shù)據(jù)來(lái)源：《超導(dǎo)材料科學(xué)與技術(shù)》，（50~100mm上制小于1μm1~4μmYBCOISDRABiTSIBADIBAD工藝為類半導(dǎo)體工藝。IBAD利用離子束轟擊靶材，將靶材蒸發(fā)并沉積到無(wú)擇IBAD（輔助源）圖17：IBAD技術(shù)示意圖數(shù)據(jù)來(lái)源：《超導(dǎo)材料科學(xué)與技術(shù)》，②YBCO帶材的加工工藝（緩沖層），以物理沉積工藝為主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Y2O3IBAD-MgOMgOLaMnO3表6：常用緩沖層材料緩沖層種類 適用的緩沖層材料緩沖層種類 適用的緩沖層材料種子層 CeO2、Y2O3、Re2O3、La2Zr2O7、SrTiO3、LaNiO3TiN、LaMnO3等阻擋層 阻擋層 YSZ、Re2O3、LaMnO3等帽子層 CeO2、Y2O3、Re2O3、LaMnO3等數(shù)據(jù)來(lái)源：《超導(dǎo)材料科學(xué)與技術(shù)》，MgOAl2O3出高質(zhì)量的雙軸織構(gòu)，因此Y?O?非晶薄膜充當(dāng)了IBAD-MgO的形核層材料，為IBAD-MgO；（4）IBAD-MgOIBAD-MgOMgOIBAD-MgO（6）由于YBCOa=3.82，而MgOa=4.210A，與YBCOYBCOSrTiO3CeO2LaMnO3等《超導(dǎo)材料科學(xué)與技術(shù)》）（V（S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或Y2O3（SputteringMgO（IBAD）、YSZ（Sputtering或IBAD）、Gd2Zr2O7（IBAD）、La2Zr2O7（LZO）、SrTiO3（STO）、LaMnO3（LMO，Sputtering或PLD）等。圖18：緩沖層示意圖數(shù)據(jù)來(lái)源：IEEE，《SuperPower公司在長(zhǎng)長(zhǎng)度、高質(zhì)量、低成本離子束輔助沉積（IBAD）氧化鎂緩沖帶高通量加工方面的進(jìn)展》（熊旭明等），③YBCO帶材的加工工藝（超導(dǎo)層），存在多種工藝超導(dǎo)層為核心。（PLDSputtering、CVD（MOD、（reactiveco-evaporation，RCE）（LPE）LPE表7：國(guó)內(nèi)主要廠商的技術(shù)路線、帶材結(jié)構(gòu)和超導(dǎo)載流性能公司 技術(shù)路線 基帶 緩沖層長(zhǎng)度/m（77K,自場(chǎng)）美國(guó)超導(dǎo)公司 RABiTS/MOD-Y123 Ni-W Y2O3/YSZ/CeO2570460美國(guó)SuperPower IBAD/MOCVD-Gd123 Hastelloy Al2O3/Y2O3/MgO/LaMnO31065282日本SWCC Hastelloy Gd2Zr2O7/CeO2500~300日本Fujikura IBAD/PLD-Gd123 Hastelloy Al2O3/Y2O3/MgO/CeO21050580俄羅斯（日本）Hastelloy或Hastelloy或韓國(guó)SuNAM IBAD/RCE-Gd123 Al2O3/Y2O3/MgO/LaMnO3 1000 625Stainlesssteel德國(guó)THEVAISD/RCE-Dy（Gd）123HastelloyMgO>100550德國(guó)布魯克ABAD/PLD-Y123StainlesssteelYSZ/CeO2550>100Hastelloy或上海上創(chuàng)超導(dǎo) IBAD/MOD-RE123 Al2O3/Y2O3/MgO/LaMnO3 500～1000 ~300stainlesssteel上海超導(dǎo)IBAD/PLD-Y123HastelloyAl2O3/Y2O3/MgO/CeO?1000~300蘇州新材料研究所IBAD/MOCVD-RE123HastelloyAl2O3/Y2O3/MgO/LaMnO31000>300

IBAD/PLD-Gd123 Hastelloy

Al2O3/Y2O3/MgO/LaMnO3/CeO2

1010 300數(shù)據(jù)來(lái)源：《超導(dǎo)材料科學(xué)與技術(shù)》，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。法RCE技術(shù)法的優(yōu)勢(shì)在于設(shè)備要求低，原料利用率高（近100%），原料成本很低:術(shù)難度大，薄膜表面粗糙度較大、孔洞及二次相等缺陷多。表8：典型REBCO超導(dǎo)層外延生長(zhǎng)的薄膜制備方法化學(xué)法物理法金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積（MOCVD）金屬有機(jī)沉積（MOD）脈沖激光沉積（PLD） 電子束共蒸發(fā)（RCE）特點(diǎn)原位生長(zhǎng)異位生長(zhǎng)原位生長(zhǎng) 異位生長(zhǎng)優(yōu)點(diǎn)沉積面積大、薄膜密度高、設(shè)備成本低、計(jì)量容易控制靶材簡(jiǎn)單薄膜密度高 成材效率高沉積面積大、缺點(diǎn)生產(chǎn)速率快原料100%利用工藝較簡(jiǎn)單 材料密度高數(shù)據(jù)來(lái)源：常佳鑫等《超導(dǎo)成“材”之路——實(shí)用化高溫超導(dǎo)材料的制備及發(fā)展》，PLD為制備高溫超導(dǎo)薄膜最成功的方法之一。PLD能將復(fù)雜化合物靶體的化學(xué)計(jì)量配比完全復(fù)制到沉積的薄膜中，使制膜的可靠性和重復(fù)性大大提高；樣品的基底溫度適中（一般為700~800℃），且薄膜可在氧氣中進(jìn)行原位外延生長(zhǎng)，質(zhì)量很好。PLD鍍膜過(guò)程主要分三個(gè)階段；第一階段是準(zhǔn)分子脈沖激光器產(chǎn)生的高功率脈沖激YBCO化制備時(shí)成本較高。采用PLD技術(shù)的包括日本Fujikura、Sumitomo、SuperOx、德）圖19：PLD法示意圖數(shù)據(jù)來(lái)源：《超導(dǎo)材料科學(xué)與技術(shù)》，MOCVD法為近年成長(zhǎng)起來(lái)的技術(shù)。MOCVD法的原理是載流氣體將氣態(tài)金屬有機(jī)物帶至反應(yīng)腔中與其他反應(yīng)氣體混合，然后導(dǎo)入高溫加熱的基板上，使其發(fā)生化學(xué)反MOCVDMOCVDYBaCu其中Ba金屬有機(jī)源價(jià)格昂貴，同時(shí)利用率也較低。采用MOCVD技術(shù)的包括SuperPower、東部超導(dǎo)永鼎。圖20：MOCVD法示意圖數(shù)據(jù)來(lái)源：《半導(dǎo)體材料科學(xué)》（羅基特），我國(guó)還未有公司采用RCE法。反應(yīng)蒸發(fā)法（reactiveevaporation）是將活性氣體導(dǎo)RCEY、BaCu，然后在真空室通入反應(yīng)氣體，在樣品表面形成YBCO薄膜。RCE制難度較大。采用該技術(shù)的包括美國(guó)的LANL和STI、韓國(guó)SuNAM、德國(guó)Theva等。圖21：RCE法沉積YBCO薄膜示意圖 圖公司用于卷對(duì)卷YBCO長(zhǎng)帶制備的系統(tǒng)數(shù)據(jù)來(lái)源：IEEE，《作為低成本涂層導(dǎo)體制造工藝的YBCO反應(yīng)共蒸發(fā)技術(shù)》（VladimirMatias等），《超導(dǎo)材料科學(xué)與技術(shù)》，數(shù)據(jù)來(lái)源：《超導(dǎo)材料科學(xué)與技術(shù)》，MODMODMODYBCO超導(dǎo)薄溫晶化過(guò)程等步驟。采用MOD技術(shù)的包括美國(guó)超導(dǎo)、我國(guó)的上創(chuàng)超導(dǎo)等。圖23：MOD工藝全流程示意圖（美國(guó)超導(dǎo)）數(shù)據(jù)來(lái)源：《超導(dǎo)材料科學(xué)與技術(shù)》，F(xiàn)aradayFactoryJapan（SuperOx）Fujikura（日本）、SuperPower（美國(guó)，現(xiàn)為Furukawa全資子公司）等。國(guó)內(nèi)方面，主要公司有4家，上海超導(dǎo)（精達(dá)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。表9：國(guó)內(nèi)外主要高溫超導(dǎo)公司情況公司名稱國(guó)別生產(chǎn)技術(shù)FaradayFactoryJapan日本/美國(guó)IBAD+PLDFujikura日本IBAD+PLD上海超導(dǎo)科技股份有限公司中國(guó)IBAD+PLDSuperPower-Furukawa全資子公司美國(guó)IBAD+MOCVDTheva德國(guó)ISD+RCESuNAM韓國(guó)IBAD+RCE上海上創(chuàng)超導(dǎo)科技股份有限公司中國(guó)IBAD+MOD東部超導(dǎo)科技（蘇州）有限公司中國(guó)IBAD+MOCVDHighTemperatureSuperconductors美國(guó)IBAD+PLDMetOxTechnologies美國(guó)IBAD+MOCVDSumitomoElectricIndustries日本IBAD+MODSWCCShowa日本IBAD+MOD甚磁科技（上海）有限公司中國(guó)IBAD+PLD數(shù)據(jù)來(lái)源：《上海高溫超導(dǎo)磁體相關(guān)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與對(duì)策建議》，NbTi和Nb3Sn（主流的低溫超導(dǎo)材料）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(shuō)明書》，NbTi用于10T10TNbTi和Nb3Sn工作于液氦溫區(qū)（4.2K），需依賴昂貴制冷系統(tǒng)。圖24：NbTi超導(dǎo)線橫截面 圖25：Nb3Sn超導(dǎo)線橫面 數(shù)據(jù)來(lái)源：西部超導(dǎo)招股說(shuō)明書， 數(shù)據(jù)來(lái)源：西部超導(dǎo)招股說(shuō)明書，表10：NbTi和Nb3Sn應(yīng)用領(lǐng)域 所用材料應(yīng)用領(lǐng)域 所用材料MCZ（單晶硅生長(zhǎng)） NbTiMRIMCZ（單晶硅生長(zhǎng)） NbTiNMR（磁學(xué)式分析儀） 主要是Nb3Sn，部分NbTiITER NbTiITER NbTi，Nb3Sn加速器 NbTi數(shù)據(jù)來(lái)源：西部超導(dǎo)招股說(shuō)明書，NbTiNbTi（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獲得由β單相合金轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂袕?qiáng)釘扎中心的兩相（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(jià)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(shí)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(chǎng)超導(dǎo)性能、良好的機(jī)械性能和加工性能，在實(shí)踐中獲得了大規(guī)模應(yīng)用，因此具有非常大的市場(chǎng)份額，其用量占整個(gè)超導(dǎo)材料市場(chǎng)的90%以上。圖26：NbTi超導(dǎo)線生產(chǎn)流程數(shù)據(jù)來(lái)源：西部超導(dǎo)招股說(shuō)明書，Nb3Sn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A15Hc22T。Nb3SnNb3SnNb3Sn超導(dǎo)線材臨界電流密度適中，但是由于芯絲Nb3Sn超導(dǎo)線材主要由德國(guó)Bruker公司、日本JASTEC公司和古河電氣工業(yè)株式會(huì)社以及我國(guó)的西部超導(dǎo)公司進(jìn)行研發(fā)并批量化生產(chǎn)。德國(guó)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，12T3000A/mm2。Nb3SnJASTECNb3Sn圖27：Nb3Sn超導(dǎo)線生產(chǎn)流程（青銅法）數(shù)據(jù)來(lái)源：西部超導(dǎo)招股說(shuō)明書，圖28：Nb3Sn超導(dǎo)線生產(chǎn)流程（內(nèi)錫法）數(shù)據(jù)來(lái)源：西部超導(dǎo)招股說(shuō)明書，NbTiNb3SnNbTi錠棒領(lǐng)域：全球僅有西部超導(dǎo)和美國(guó)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(guó)Oxford、德國(guó)Bruker、英國(guó)Luvata、日本JASTEC，其中英國(guó)Oxford、德國(guó)Bruker、英國(guó)Luvata三家公司是全球最主要Nb3SnJASTECNb3SnOxfordBrukerJASTEC，GE、Philips、Siemens也有自己的超導(dǎo)磁體工廠（不對(duì)外出售）；國(guó)內(nèi)主要廠家包括寧。MRIGEPHILIPSSIEMENS3.0T，SIEMENS7TBrukerJEOL（）NbTiNb3SnNbTiNb3Sn超導(dǎo)磁體超導(dǎo)設(shè)備錠棒線材青銅法內(nèi)錫法MRI NMR西部超導(dǎo)√√√√√寧波健信√√濰坊新力√成都奧泰√√國(guó)內(nèi)蘇州安科√?hào)|軟醫(yī)療√上海聯(lián)影√鑫高益√美國(guó)ATI√英國(guó)Oxford√√√√德國(guó)Bruker√√√√√英國(guó)Luvata√√√日本JASTEC√√√國(guó)外美國(guó)GE√√德國(guó)Siemens√√荷蘭Philips√√日本JEOL√美國(guó)Varian√公司名稱數(shù)據(jù)來(lái)源：西部超導(dǎo)招股說(shuō)明書，西部超導(dǎo)材料科技股份有限公司（簡(jiǎn)稱西部超導(dǎo)）是目前國(guó)內(nèi)唯一的NbTi超導(dǎo)線材商業(yè)化生產(chǎn)企業(yè)，通過(guò)對(duì)高均勻合金熔煉、多組元復(fù)合體塑性變形和磁通釘扎性能的控制研究，掌握了低溫超導(dǎo)長(zhǎng)線制備的核心技術(shù)并實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化，順利完成了我國(guó)承擔(dān)國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆（ITER）計(jì)劃項(xiàng)目超導(dǎo)線材供貨任務(wù)。此外，根據(jù)《強(qiáng)（MRINbTiNbTi1000t/a西部超導(dǎo)開(kāi)發(fā)出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的萬(wàn)芯級(jí)難變形青銅法Nb3Sn線材和高臨界電流密度、低損耗內(nèi)錫法Nb3Sn線材導(dǎo)體設(shè)計(jì)、加工和熱處理技術(shù)，根據(jù)西部超導(dǎo)招股說(shuō)明書，目前制備的Nb3Sn超導(dǎo)線材綜合性能和穩(wěn)定性均達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。ITERITER8F6P6個(gè)中心螺管線圈組成的中心螺管（CS）和18個(gè)校正場(chǎng)線圈（CC），其中TF和PF采用Nb3SnCCNbTi13T的20萬(wàn)倍。根據(jù)西部超導(dǎo)招股說(shuō)明書，我國(guó)承擔(dān)69%的NbTi超導(dǎo)線和7%的Nb3Sn圖29：西部超導(dǎo)低溫超收入及利潤(rùn)率情況 圖30：西部超導(dǎo)低溫超出貨量及價(jià)格情況超導(dǎo)產(chǎn)（百元） 毛利額百萬(wàn)）

超導(dǎo)產(chǎn)銷量噸） 超導(dǎo)均價(jià)萬(wàn)元/噸）0

YOY 毛利率2018201920202021202220232024

180%160%140%120%100%80%60%40%20%0%

超導(dǎo)產(chǎn)品銷量（噸）超導(dǎo)產(chǎn)品銷量（噸）0

70超導(dǎo)均價(jià)（萬(wàn)元/噸）超導(dǎo)均價(jià)（萬(wàn)元/噸）504030201002018201920202021202220232024數(shù)據(jù)來(lái)源：， 數(shù)據(jù)來(lái)源：，MgB2MgB2是200139KMgB2（MRI）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12~3ui基gB21TJ00Am。美國(guó)的HyperTech公司采用連續(xù)粉末填裝與成形工藝制備出單根長(zhǎng)度大于3km的Monel/Cu/Nb基多芯MgB2線材，其Jc值在25K，1T達(dá)到2000A/mm2。日本的日立（Hitachi）公司和韓國(guó)的三東（SamDong）公司也已形成千米級(jí)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(jí)長(zhǎng)度19芯及3芯結(jié)構(gòu)的MgB2長(zhǎng)線，其工程臨界電流密度（Je）在20K，1T下達(dá)到250A/mm2。圖31：MgB2線材的粉末管法加工工藝流程 圖32：中心鎂擴(kuò)散法制MgB2線材流程圖 數(shù)據(jù)來(lái)源：《超導(dǎo)成“材”之路——實(shí)用化高溫超導(dǎo)材料的制備及發(fā)展》（常佳鑫等），數(shù)據(jù)來(lái)源：《超導(dǎo)成“材”之路——實(shí)用化高溫超導(dǎo)材料的制備及發(fā)展》（常佳鑫等），自2008Fe（P，As）（S，Se，Te），F(xiàn)eFe1111如122（BaKFeAs，SrKFeAs等）、111體系（如LiFeAs）、11體系（如FeSe和FeSeTe）以及1144相等為代表的新型結(jié)構(gòu)超導(dǎo)體等體系。鐵基超導(dǎo)體具有上臨界場(chǎng)極高（100~250T）（1<γH<2，122）圖33：典型鐵基超導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu)示意圖數(shù)據(jù)來(lái)源：《超導(dǎo)成“材”之路——實(shí)用化高溫超導(dǎo)材料的制備及發(fā)展》（常佳鑫等），自2008年以來(lái)，中國(guó)團(tuán)隊(duì)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(guó)科學(xué)院電工研究所采用粉末裝管法通過(guò)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(dá)到10A/mm2（4.2K，10T）的鐵基超導(dǎo)線材，2018圖34：粉末裝管法制備基超導(dǎo)線帶材的工示圖 圖35：中國(guó)科學(xué)院電工究所制備的世界首百級(jí)鐵基超導(dǎo)長(zhǎng)線數(shù)據(jù)來(lái)源：《超導(dǎo)成“材”之路——實(shí)用化高溫超導(dǎo)材料的制備及發(fā)展》（常佳鑫等），數(shù)據(jù)來(lái)源：《超導(dǎo)成“材”之路——實(shí)用化高溫超導(dǎo)材料的制備及發(fā)展》（常佳鑫等），1964年，Little理論預(yù)測(cè)有機(jī)物中存在著超導(dǎo)電性，且其TC理論上可達(dá)到室溫，提出了假想模型。1980年，Jerome等發(fā)現(xiàn)了第一個(gè)有機(jī)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2發(fā)現(xiàn)了Tc高于10K的有機(jī)超導(dǎo)體（BEDTTTF）2Cu（SCN）2。1989年，Ishigoro和Anzai了當(dāng)時(shí)有機(jī)超導(dǎo)體的發(fā)展?fàn)顩r，于論文中累計(jì)列出31個(gè)有機(jī)超導(dǎo)體，而在其論文發(fā)表之后不到兩年時(shí)間中又發(fā)現(xiàn)了9個(gè)新的有機(jī)超導(dǎo)體，TC提高到了12.5K。1991年，Ebbesen等通過(guò)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(dá)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(dá)到了11K。的C60TC三、超導(dǎo)應(yīng)用：有望重塑多個(gè)行業(yè)，前景可期（一）超導(dǎo)電纜2004年，云南省昆明市、甘肅省白銀市分別建設(shè)了1條室溫絕緣超導(dǎo)電纜示范線路。2012年，河南中孚實(shí)業(yè)股份有限公司應(yīng)用了電解鋁用直流高溫超導(dǎo)電纜。20132021年，我國(guó)建設(shè)了兩條高溫超導(dǎo)電纜工程：廣東省深圳市掛網(wǎng)的10kV、43MVA三相同軸高35kV133MWA4.9表12：全球主要高溫超導(dǎo)電纜示范工程項(xiàng)目國(guó)家時(shí)間/年電纜制造企業(yè)項(xiàng)目選址關(guān)鍵參數(shù)美國(guó)2006住友電氣工業(yè)株式會(huì)社奧爾巴尼三芯統(tǒng)包，350m、34.5kV、0.8kA美國(guó)2006Ultera公司哥倫布三相同軸，200m、13kV、3kA美國(guó)2008耐克森公司長(zhǎng)島單芯，600m、138kV、3kA韓國(guó)2011LS電纜有限公司利川三芯統(tǒng)包，410m、22.9kV、1.26kA日本2012住友電氣工業(yè)株式會(huì)社橫濱三芯統(tǒng)包，240m、66kV、2kA俄羅斯2012俄羅斯電纜研究所莫斯科單芯結(jié)構(gòu)，200m、20kV、1.5kA韓國(guó)2014LS電纜有限公司濟(jì)州島直流，單芯結(jié)構(gòu)，500m、80kV、3.125kA德國(guó)2014耐克森公司埃森三相同軸，1km、10kV、4kA韓國(guó)2019LS電纜有限公司Shigal三芯統(tǒng)包，1km、22.9kV、1.26kA美國(guó)2021耐克森公司芝加哥三相同軸，200m、12kV、3kA數(shù)據(jù)來(lái)源：《高溫超導(dǎo)電纜應(yīng)用場(chǎng)景與產(chǎn)業(yè)發(fā)展》，20215G2160A70%的地下管廊目前在輸電領(lǐng)域，高溫超導(dǎo)的優(yōu)勢(shì)在于節(jié)省空間，適用于城市密集區(qū)域，長(zhǎng)距離輸電。圖36：上海市某高溫超導(dǎo)電纜工程液氮制冷系統(tǒng)數(shù)據(jù)來(lái)源：《超導(dǎo)成“材”之路——實(shí)用化高溫超導(dǎo)材料的制備及發(fā)展》，（二）超導(dǎo)磁懸浮2000年12月31“世紀(jì)號(hào)”（SuperconductingPinningLevitation2類高溫超導(dǎo)磁體的“磁通釘扎”效應(yīng)和抗磁性在梯度磁場(chǎng)中產(chǎn)生的自懸浮自穩(wěn)定現(xiàn)象來(lái)實(shí)現(xiàn)懸浮導(dǎo)向一體化的交通工具。其懸浮原理為，當(dāng)高溫超導(dǎo)體置于永磁體上方且（-196℃時(shí)圖37：高溫超導(dǎo)磁懸浮列車原理數(shù)據(jù)來(lái)源：《高速磁懸浮列車技術(shù)綜述》（熊嘉陽(yáng)），2013年，美國(guó)的埃隆?馬斯克（ElonMusk）提出低真空Hyperloop“超級(jí)高鐵”概念。其最初設(shè)想為：列車由寬1.35m、高1.1m的數(shù)個(gè)鋁制膠囊組成，全長(zhǎng)15~20m，定員28人，乘客由列車兩側(cè)的垂直折疊車門進(jìn)入膠囊入座（半躺位）。Musk設(shè)計(jì)的Hyperloop“超級(jí)高鐵”由膠囊、真空管道、推進(jìn)系統(tǒng)和儲(chǔ)能部件4部分組成，采用磁懸浮+直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)+真空管道技術(shù)，管道內(nèi)壓力為地表壓力的1/1000。圖38：Hyperloop膠囊列車數(shù)據(jù)來(lái)源：《高速磁懸浮列車技術(shù)綜述》（熊嘉陽(yáng)），四、重點(diǎn)公司（一）上海超導(dǎo)：第二代高溫超導(dǎo)帶材獨(dú)角獸上海超導(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)。高場(chǎng)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(zhǎng)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(guò)千公里。公司第二代高溫超導(dǎo)帶材整體達(dá)到國(guó)際同類產(chǎn)品的先進(jìn)水平，其中低溫強(qiáng)場(chǎng)特性、超導(dǎo)低阻接頭、光纖內(nèi)嵌超導(dǎo)帶材及監(jiān)測(cè)技術(shù)達(dá)到了國(guó)際領(lǐng)先水平。圖39：上海超導(dǎo)主營(yíng)產(chǎn)品為第二代高溫超導(dǎo)帶材，關(guān)鍵技術(shù)國(guó)際領(lǐng)先數(shù)據(jù)來(lái)源：上海超導(dǎo)官網(wǎng)，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(guó)家電網(wǎng)、中科院等離子體所、中科院電工所、美國(guó)MIT、德國(guó)KIT、美國(guó)CFS公司、英國(guó)TE公司、新西蘭RRI研究所、能量奇點(diǎn)、聯(lián)創(chuàng)超導(dǎo)等國(guó)內(nèi)外企業(yè)及科研機(jī)構(gòu)建立了緊密的合作關(guān)系。80%用項(xiàng)目的核心供應(yīng)商及獨(dú)家供貨商，深度參與的項(xiàng)目包括美國(guó)CFS公司大口徑20T103532.35T全超導(dǎo)磁體、26.8T全REBCO高溫超導(dǎo)磁體、能量奇點(diǎn)洪荒-70等，獲得了國(guó)內(nèi)外客戶的高度認(rèn)可。時(shí)間 重大發(fā)展事件表13：上海超導(dǎo)重大發(fā)展歷程時(shí)間 重大發(fā)展事件2011年 公司成立20132013年 攻克二代高溫超導(dǎo)帶材大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化中的生產(chǎn)設(shè)備與工藝，自主建成國(guó)內(nèi)首條公里級(jí)二代高溫超導(dǎo)帶材生產(chǎn)線2015年 中標(biāo)中國(guó)科學(xué)院電工研究所超導(dǎo)磁體用YBCO超導(dǎo)帶材采購(gòu)項(xiàng)目，是上海超導(dǎo)在國(guó)內(nèi)的首個(gè)中標(biāo)項(xiàng)目KITPSITokamakEnergy測(cè)試等領(lǐng)域，開(kāi)始探索國(guó)際市場(chǎng)；作為國(guó)內(nèi)唯一一家參展的二代高溫超導(dǎo)帶材供應(yīng)商，出席超導(dǎo)界規(guī)模最大、規(guī)格最高的ASC(AppliedSuperconductivityConference)大會(huì)2016年2017

中標(biāo)北京交通大學(xué)220kV交流電阻型超導(dǎo)限流器研制項(xiàng)目，并于同年完成供貨；再獲英國(guó)TokamakEnergy訂單，正式開(kāi)始向國(guó)際核聚變應(yīng)用批量供貨2020

高溫超導(dǎo)帶材產(chǎn)量、性能均實(shí)現(xiàn)新突破，產(chǎn)能提升至寬帶400km；獲得上海電纜所大型采購(gòu)訂單、并于2020獲得上海電纜所大型采購(gòu)訂單、并于2020年完成供貨；中標(biāo)廣東電網(wǎng)"160kV超導(dǎo)直流電阻型限流器的研制"項(xiàng)目，是上海超導(dǎo)在國(guó)內(nèi)的首個(gè)千萬(wàn)級(jí)別訂單；TokamakEnergyCFS2019年、2020年完成供貨，均用于可控核聚變強(qiáng)場(chǎng)磁體的研制；向中科院電工所團(tuán)隊(duì)提供高溫超導(dǎo)帶材，用于32.35T全超導(dǎo)磁體的端部線餅2019年開(kāi)始向聯(lián)創(chuàng)超導(dǎo)批量供應(yīng)超導(dǎo)帶材，用于國(guó)際上首臺(tái)兆瓦級(jí)高溫超導(dǎo)感應(yīng)加裝置，該裝置于2023年成功投運(yùn)；中標(biāo)上海交通大學(xué)第二代高溫超導(dǎo)帶材采購(gòu)項(xiàng)目，用于國(guó)內(nèi)首套高溫超導(dǎo)電動(dòng)懸浮全要素試驗(yàn)系統(tǒng)；202110該項(xiàng)目于2021年成功投運(yùn)；20212021年 中標(biāo)法國(guó)Lorraine大學(xué)電動(dòng)機(jī)超導(dǎo)線圈的采購(gòu)項(xiàng)目2022

獲得能量奇點(diǎn)大型采購(gòu)訂單、并于2023年完成供貨，用于全超導(dǎo)托卡馬克裝置洪荒70；獲得中科院等離子體所采購(gòu)訂單、并于2022年完成供貨，用于24.1T全REBCO高溫超導(dǎo)磁體康橋一期廠房投入使用；開(kāi)啟全面擴(kuò)產(chǎn)計(jì)劃，全方位提升產(chǎn)能和帶材交付能力；康橋一期廠房投入使用；開(kāi)啟全面擴(kuò)產(chǎn)計(jì)劃，全方位提升產(chǎn)能和帶材交付能力；再次獲得能量奇點(diǎn)大型采購(gòu)訂單、并于2024年完成供貨，用于大孔徑強(qiáng)磁場(chǎng)經(jīng)天磁體，該磁體于2025年完成首輪通流實(shí)驗(yàn)，磁場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到21.7T中標(biāo)南方電網(wǎng)高性能YBCO高溫超導(dǎo)材料采購(gòu)項(xiàng)目，用于10MJ高溫超導(dǎo)儲(chǔ)能系統(tǒng)2023年2024

2024年底一期擴(kuò)產(chǎn)項(xiàng)目順利完成，產(chǎn)能達(dá)2000km/年；為聯(lián)創(chuàng)超導(dǎo)批量供應(yīng)超導(dǎo)帶材、于2024年完成供貨，用于高溫超導(dǎo)磁控硅單晶生長(zhǎng)裝置20259月完成，4000km/年成后上海超導(dǎo)總產(chǎn)能將達(dá)20000km/年2025年數(shù)據(jù)來(lái)源：上海超導(dǎo)公司官網(wǎng)，高溫超導(dǎo)產(chǎn)能供不應(yīng)求，公司已經(jīng)開(kāi)展新一輪擴(kuò)產(chǎn)?，F(xiàn)階段，在全球基于高溫超導(dǎo)磁體的緊湊型核聚變研發(fā)加速的背景下，公司高溫超導(dǎo)產(chǎn)品供不應(yīng)求。根據(jù)公司官網(wǎng)，上海超導(dǎo)的第一輪擴(kuò)產(chǎn)始于2022底年、已于2024年第3季度成功運(yùn)行，目前產(chǎn)能已位居全球前列（2000km/年）；在第一輪擴(kuò)產(chǎn)成功的基礎(chǔ)上，公司已開(kāi)啟第二4000km/25920000km/公司已啟動(dòng)IPO輔導(dǎo)程序，精達(dá)股份為公司第一大股東。根據(jù)公司官網(wǎng)，2021年公司完成股權(quán)重組，形成以上市公司、管理團(tuán)隊(duì)、國(guó)有資本及主流投資機(jī)構(gòu)為股東主即18.29%（二）永鼎股份：子公司東部超導(dǎo)積極布局二代高溫超導(dǎo)帶材深耕光通信產(chǎn)業(yè)，積極擴(kuò)展電力傳輸、超導(dǎo)帶材新業(yè)務(wù)。根據(jù)公司官網(wǎng)，永鼎股份創(chuàng)建于1994年，是中國(guó)光纜行業(yè)首家民營(yíng)上市公司。歷經(jīng)20多年的發(fā)展，永鼎股份已從最初的單一通信線纜制造，發(fā)展成為如今涵蓋光纖光纜、電線電纜、特種光電纜、光器件、通信器件及設(shè)備、通信大數(shù)據(jù)及工程服務(wù)、系統(tǒng)集成方案提供等通信全產(chǎn)業(yè)鏈覆蓋的業(yè)界領(lǐng)先企業(yè)之一。同時(shí)，公司積極拓展海內(nèi)外客戶，致力于海外工程、汽車產(chǎn)業(yè)、超導(dǎo)產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展，已形成了以通信科技產(chǎn)業(yè)為核心，四大產(chǎn)業(yè)齊頭并進(jìn)的產(chǎn)業(yè)格局。子公司東部超導(dǎo)主營(yíng)產(chǎn)品是第二代高溫超導(dǎo)帶材及超導(dǎo)應(yīng)用產(chǎn)品。根據(jù)公司24年年報(bào)，公司在第二代高溫超導(dǎo)帶材上采用了國(guó)內(nèi)獨(dú)有的IBAD+MOCVD技術(shù)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(zhǎng)度以及低溫強(qiáng)磁場(chǎng)下性能方面達(dá)到了國(guó)內(nèi)外領(lǐng)先水平。24年公司持續(xù)擴(kuò)充產(chǎn)能，優(yōu)化產(chǎn)線，升級(jí)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(diǎn)、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。圖40：永鼎股份產(chǎn)品布局?jǐn)?shù)據(jù)來(lái)源：永鼎股份2024年年報(bào)，收入規(guī)模維穩(wěn)，毛利率有所下滑。2024年實(shí)現(xiàn)營(yíng)收41.11億元，同比下降5.4%；實(shí)42%。20258.78億2.9029231萬(wàn)元。利潤(rùn)率方面，公司整體毛利率2025 。 圖41：永鼎股份營(yíng)收、母凈利潤(rùn)情況（億） 圖42：永鼎股份整體毛率、凈利率水平營(yíng)業(yè)收（億） 歸母凈潤(rùn)（元營(yíng)收YoY 凈利YoY50 45 4035 800%30