中国超导材料行业的崛起与未来展望

随着全球能源转型和技术的快速发展，超导材料已经引起了全球各国政府和科研机构的高度关注，成为推动科技创新和产业升级的关键领域之一。中国超导材料产业正处于快速发展的关键时期，随着技术进步和市场需求的不断扩大，行业将迎来更多发展机遇。通过持续技术创新和产业链协同，中国有望在全球超导材料领域占据更加重要位置，并为能源转型和技术发展作出更大贡献。

一、超导材料行业概述

（一）超导材料分类

超导是指当温度降低到某一临界温度（一般为较低温度）时，电阻突然消失，电流可以无阻流动的现象，具备这种特性的材料即为超导体。超导体具有常规材料不具备的零电阻、完全抗磁性等宏观量子现象，是典型的量子材料。超导材料分类方式很多，可以根据材料对于外磁场的响应、临界温度、材料类型、低温处理方法进行分类。

（二）超导技术历史演进与里程碑

1911年，荷兰科学家昂内斯首次观察到超导现象，当汞的温度降至4.2K时，电阻突然降为零。此后，超导体的发现开启了新的物理现象研究。1933年，迈斯纳和奥克森菲尔德进一步揭示了超导体的完美抗磁性，即迈斯纳效应，这一发现加深了人们对超导现象的理解。1987年，瑞士科学家穆勒和德国科学家贝德诺尔茨发现了镧—钡—铜—氧（LBCO）材料，在35K的温度下显示出超导性，这一突破性发现不仅将超导临界温度提升至液氮沸点（77K）以上，也引领了高温超导材料的研究热潮。

中国超导材料的研究和开发同样经历了几个重要阶段：从1911年至1986年，中国科学家专注于低温超导材料的研究，并成功研制出国内首个强磁场超导磁体，为超导领域的发展奠定了基础；1987年至1999年，中国科学家在高温超导材料领域取得了关键进展，发现了超越液氮温度限制的钇—钡—铜—氧（YBCO）材料。进入2000年以后，中国不仅跻身于少数掌握超导线材产业化技术的国家行列，而且在室温超导材料的研究上不断取得进展。

（三）超导材料的特性及其应用

超导材料的零电阻特性使得电流可以在无损耗的情况下流动，这在能源传输和储存方面具有巨大的优势。当前，超导材料市场主要集中在医疗成像设备（如MRI）、粒子加速器、电力传输、磁悬浮列车、量子计算及科学工程等领域。在医疗领域，尤其是在磁共振成像（MRI）设备中，超导磁体提供了高磁场强度和稳定性，极大地提高了成像质量。在电力领域，超导电缆和超导限流器在电力传输和电网稳定性方面展现出巨大潜力，能够减少能量损耗，提高电网的传输效率。在交通领域方面，磁悬浮列车利用超导磁体产生的磁场实现悬浮和推进，减少了摩擦，提高了运行速度和能效。随着技术的进步和成本的降低，超导材料的应用范围正在不断扩大，比如超导托卡马克被公认为是探索、解决未来稳态聚变反应堆工程及物理问题的最有效的途径。

二、超导材料市场的现状与分析

（一）全球超导市场规模稳健增长，应用领域持续拓展

在全球市场需求与相关技术的深度融合推动下，全球超导材料市场规模呈现出稳健的增长态势。2023年，全球超导体市场规模同比增长2.35%，达到了69.6亿欧元，这一显著增长主要归功于超导体在电力、交通、医疗等领域的广泛应用。同时，随着超导体技术的持续突破与创新，超导技术在量子计算、可控核聚变等前沿领域的应用也取得了显著进展，这些前沿领域的不断拓展为超导技术的发展提供了广阔的空间。据此预计，2024年全球超导体市场规模将进一步达到71.3亿欧元，同比增长2.44%，呈现出持续稳健的增长趋势。

（二）国内市场规模增幅显著，部分产品进入国际市场

现阶段，我国在超导材料领域的研究进展基本与国际同步。伴随着技术不断进步以及政策的持续推进，中国超导体市场规模从2018年的237.1吨增长至2022年的1303.2吨。其中，低温超导材料、超导电子学应用以及超导电工学应用领域的研究已达到或接近国际先进水平。我国NbTi线材性能和性价比已优于发达国家，Nb3Sn线材综合水平与发达国家相当。从全球来看，国外公司或专注某一领域，或横跨多个领域，但在低温超导领域技术积累单薄。西部超导作为国内第一代超导线材商业化生产的企业，目前已经实现了铌钛锭棒、超导线材、超导磁体的全流程生产。2022年，西部超导相继突破全套的大型超导磁体绕制、固化及低温杜瓦设计和制造技术，公司生产的1.5T—5T高场超导磁共振成像仪（MRI）用NbTi线材产品填补国内空白并全面进入国际市场，带动超导线材的销量大幅提升，全力带动中国超导体市场规模增幅扩大，引领全球超导线材及磁体生产新高度。

（三）各国竞相出台激励政策助推超导产业化进程，促进前沿成果涌现

国际上许多国家和地区都制定了相关的政策和措施，以促进超导技术的研究、开发和应用。美国通过能源部（DOE）和其他联邦机构资助超导材料的基础研究和应用开发，并实施“美国材料基因组计划”，加速新材料的发现和应用；欧盟推出“地平线2020”计划支持包括超导技术在内的前沿科技研究，成立欧洲超导技术平台，促进超导材料和应用的合作与发展；日本实施“超导技术研究开发计划”，推动超导材料和应用技术的发展，在“第五期科学技术基本计划”中将超导技术列为重点发展领域。

我国对超导体行业非常重视，先后出台一系列支持政策，鼓励超导体市场发展和产业化。如2017年，《“十三五”材料领域科技创新专项规划》明确了以超导材料为突破口，抢占材料科技前沿的制高点。2020年，《推动首都高质量发展标准体系建设实施方案》鼓励制定前沿技术标准，包括超导材料，以促进产业化应用技术的突破和应用范围的拓展。2021年3月，国务院发布“十四五”规划，指出要聚焦新能源、新材料等战略性新兴产业发展，培育先导性和支柱性产业，推动战略性新兴产业融合化、集群化、生态化发展。为深入贯彻落实“十四五”规划，2024年1月，工业和信息化部等七部门发布《关于推动未来产业创新发展的实施意见》，其中提出加快超导材料等前沿新材料创新应用。

三、超导体行业产业链分析

从超导体行业产业链看，上游为金属原材料供应商，用于生产超导体的金属原材料包括铌、钛、钇、钡、铋、锶、硼等。目前全球超导市场以低温超导为主，其金属原材料中又以铌和钛的使用量最多。产业链中游为超导体生产商，低温超导体自1965年开始研究，目前低温超导材料NbTi与Nb3Sn已实现商业化；高温超导材料自1986年进行研究，目前刚开始进行产业化。产业链下游主要为超导终端应用，其中低温超导体主要应用于医疗、大科学装置领域等，高温超导体主要应用于电力、商业设备、环保领域等。

（一）我国上游原材料受限于少数国家，铌资源以进口为主

目前上游产业链中钛资源冶炼技术难度较大，铌资源仍以进口为主。2023年，全球钛储量约为7.5亿吨，其中钛铁矿（低品质钛）储量为6.9亿吨，占全球钛矿的92%。从钛铁矿分布来看，我国在全球市场上占据了重要地位。2023年，我国的钛铁矿储量为2.1亿吨，同比增长10.53%，占全球钛铁矿储量的比重高达30.43%。但国内钛资源品质情况与国外相比，钛铁矿占比大，贫矿多，富矿少，无单一钛矿，均为多金属共生矿，采选冶炼技术难度大。在标准大气压下，铌的超导临界转变温度为9.25K，是所有具有超导电性质的金属中最高的，同时其磁穿透深度也是所有元素中最高的，这使得其在超导体中被广泛应用。数据显示，全球铌资源主要集中在巴西、加拿大和美国等地区，2023年巴西铌资源储量为1600万吨，占全球比重的89.84%。我国铌矿物分散度大、成分复杂，铌资源作为伴生资源少量回收，国内铌资源仍以进口为主，大多从巴西、加拿大进口铌资源。2023年10月，中核集团在白云鄂博矿床研究发现新矿物铌包头矿，部分缓解我国铌资源稀缺问题。

（二）中游低温超导已经实现产业化，高温超导应用前景潜力大

目前，全球超导市场以低温超导为主，低温超导材料及应用占超导市场总量的95.6%，高温超导材料仍处于产业化初期，高温超导材料在我国超导市场占比仅在4.4%。在市场需求和相关技术深化融合之下，全球超导材料市场规模迎来稳健增长。一方面，低温超导材料供需两侧潜力不断释放，批量化加工技术不断发展的同时，MRI、MCZ、加速器、受控热核聚变等终端应用迎来跨越式增长；另一方面，随着全球各国不断探索高温超导微观机理、加速高温超导材料研发，叠加高可靠性和高效率的制冷系统的发展，高温超导材料已在多个超导电子领域取得了初步规模化应用。特别是聚变堆对超导材料的需求极为庞大，ITER项目带动了低温超导产业整体的发展，为满足紧凑型聚变的需求，近2年高温超导材料大幅扩产，成本正在快速下降，有望带动高温超导产业向电力、交通、节能、新能源等领域全面拓展，高温超导行业正迎来重大发展机遇。

（三）下游终端应用场景持续突破，产业化蓄势待发

超导体因为具有绝对的零电阻和完全的抗磁性两大特性，在所有涉及电和磁的领域都有超导体的用武之地，其应用领域广泛，诸如电子学、生物医学、科学工程、交通运输、电力等领域。MRI带动超导材料需求释放。超导磁体是MRI设备中产生主磁场的核心部件，1.5T磁共振超导磁体成本占比在30%—40%，3.0T磁共振超导磁体成本占比在50%—60%。目前，我国MRI设备市场保有量持续增长，未来3.0T MRI设备的占比将进一步提高，从而带动低温超导线材需求的进一步释放。

四、技术创新与超导材料产业的未来趋势

中国超导材料产业正处于快速发展的关键时期，随着技术进步和市场需求的不断扩大，将迎来更多的发展机遇。通过持续的技术创新和产业链协同，中国有望在全球超导材料领域占据更加重要的地位。

（一）第一代超导技术不断突破提升，第二代超导面临诸多挑战

中国超导体行业已经涌现出一批具有较强实力的企业，比如西部超导及中天科技。西部超导自主开发了全套低温超导产品（第一代超导材料）的生产技术，代表我国完成了ITER项目的超导线材交付任务，实现了MRI超导线材的批量生产；面向新一代聚变工程实验堆的高性能Nb3Sn线材取得重大突破，已具备批量生产能力；直径1米以上大孔无液氦高场超导磁体技术取得突破，成功应用于高温超导感应加热系统；MCZ磁体批量化制备技术成熟并稳定交付产品；9.4T高场强磁体用NbTi超导线获得客户认可且开始批量供应；突破了低交流损耗CuMn和CuNi基NbTi 超导线材批量化制备技术，综合性能达国际先进水平；NbTi和Nb3Sn超导线材已满足国内外科研院所特殊科研磁体技术要求；公司探索Bi-2223和Bi-2212的工程化制备技术，打通了批量化生产全流程工艺技术，制出长度达到百米量级的带材和线材等。

与第一代低温超导材料相比，高温超导面临诸多挑战：第二代高温超导材料的临界温度更高，可在液氮温度下工作，降低了制冷成本，具有巨大的潜力和应用前景。第二代超导材料在制造过程中温度、压力和化学组成控制要求非常严格，生产工艺相当复杂；第二代超导制造原材料多为稀土元素和重金属，生产中能源消耗和设备投资成本很高；第二代超导临界温度较高，为了有效制冷以维持超导状态，使得系统复杂度大幅增加。但随着技术的不断进步和市场的逐步成熟，预期高温超导材料的生产将变得更加经济高效。

（二）提高性能、降低成本，功能集成化方向发展

中国超导材料行业经历了低温到高温超导材料的发展，目前已实现低温超导材料的商业化生产，并在国际超导领域占据重要地位。此外NbTi和Nb3Sn超导线材的显著进展，不仅满足了国内市场的需求，也成功参与到国际竞争中。近年，中国超导材料研究进展显著，不断创新超导材料和制备技术。例如，中国科学院等离子体物理研究所在高温超导材料的研究上取得了重要成果，新型铁基超导材料的发现也为行业带来了新的发展方向。此外，中国科学家在国际合作项目如ITER计划中也扮演了重要角色，通过这些国际合作平台，中国的超导体研究得到了进一步的推动和发展。未来超导行业的技术创新将继续聚焦于提高超导材料的临界温度和降低制备成本。通过材料科学的深入研究，探索新型超导材料，尤其是寻求室温超导材料的突破，扩展超导技术的应用范围；通过改进制备工艺和提高生产效率，降低超导材料的成本，使其更加经济实用，推动超导技术的商业化进程。

（三）中国超导体产业亟需协同创新与产业链结构优化

随着超导材料研究的深入和技术的进步，超导体产业链逐渐向下游应用领域延伸，形成了从原材料供应、超导材料生产到终端应用的完整产业链。在这个过程中，上中下游企业之间的合作将更加紧密，协同效应将更加明显。后续中国超导体行业将进一步优化产业链结构，加强上下游企业的合作与交流，推动产业链各环节的协同发展。通过建立产业联盟、技术创新平台等合作机制，促进资源共享和技术交流，提高整个产业链的竞争力。超导体行业将继续聚焦提高超导材料的临界温度和降低制备成本，探索新型超导材料，尤其是“室温超导”材料的突破。同时，产业链的完善与协同发展需进一步优化产业结构，加强上下游企业间的合作与交流。通过建立产业联盟、技术创新平台等合作机制，促进资源共享和技术交流，提高整个产业链的竞争力。

〔作者为国家发展改革委创新驱动发展中心（数字经济研究发展中心） 高级工程师〕