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超導行業(yè)下游應(yīng)用市場及競爭格局分析（附報告目錄）

1、超導行業(yè)概述

定義：超導體（英文名：superconductor），又稱為超導材料，指在某一溫度下，電阻為零的導體。在實驗中，若導體電阻的測量值低于10-25Ω，可以認為電阻為零。

超導體已經(jīng)進行了一系列試驗性應(yīng)用，并且開展了一定的軍事、商業(yè)應(yīng)用，在通信領(lǐng)域可以作為光子晶體的缺陷材料。

相關(guān)報告：北京普華有策信息咨詢有限公司《2020-2026年超導行業(yè)全面調(diào)研與投資前景預測報告》

特性：超導體具有三個基本特性：完全電導性、完全抗磁性、通量量子化。

（1）完全電導性

這是超導材料最基本的性質(zhì)，即當溫度降至臨界溫度Tc以下時，其電阻變?yōu)榱恪３瑢Р牧系牧汶娮杼匦钥梢杂脕磔旊姾椭圃齑笮痛朋w。

（2）完全抗磁性

將超導體置于外磁場中時，超導體會表現(xiàn)出完全抗磁性，即把原來處于體內(nèi)的磁場排擠出去，其內(nèi)部的磁感應(yīng)強度為零，人們將此種現(xiàn)象稱為“邁斯納效應(yīng)”。利用超導材料的完全抗磁性，可以制造超導磁懸浮列車。

（3）通量量子化

通量量子化又稱約瑟夫森效應(yīng)，指當兩層超導體之間的絕緣層薄至原子尺寸時，電子對可以穿過絕緣層產(chǎn)生隧道電流的現(xiàn)象，即在超導體（superconductor）—絕緣體（insulator）—超導體（superconductor）結(jié)構(gòu)可以產(chǎn)生超導電流。

分類：根據(jù)超導材料的臨界溫度，可將超導材料分為低溫超導材料和高溫超導材料。一般認為，Tc<25K的超導材料稱為低溫超導材料，目前已實現(xiàn)商業(yè)化的包括NbTi（Tc=9.5K）和Nb3Sn（Tc=18k）；Tc≥25K的超導材料稱為高溫超導材料，有實用價值的主要有鉍系（例如Bi2Sr2Ca2Cu3O7-δ，Tc=110K）、釔系（例如YBa2Cu3O7-δ，Tc=92K）和MgB2（Tc=40K）材料等。有實用價值的鉍系和釔系高溫超導材料屬于氧化物陶瓷，在制造工藝上必須克服加工脆性、氧含量的精確控制及與基體反應(yīng)等問題，因此價格昂貴，目前尚處于研發(fā)階段。而以NbTi和Nb3Sn為代表的低溫超導材料，由于其具有優(yōu)良的機械加工性能和成本優(yōu)勢，在相當長的時期內(nèi)仍將在商業(yè)化超導市場中處于主導地位。

2、低溫超導材料行業(yè)概述

實用低溫超導材料主要是NbTi和Nb3Sn超導線。NbTi和Nb3Sn的主要區(qū)別如下：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，加工性能差，制造成本高，但是臨界磁場高，主要用于10T以上的磁場。

超導磁體一般是指用超導導線繞制的能產(chǎn)生強磁場的超導線圈，還包括其運行所必要的低溫恒溫容器。通常電磁鐵是利用在導體中通過電流產(chǎn)生磁場，由于超導材料在超導狀態(tài)下具有零電阻特性，因此可以以極小的面積通過巨大的電流。超導磁體具有場強高、體積小、重量輕等特性?；诋a(chǎn)生的強磁場，超導磁體主要應(yīng)用領(lǐng)域包括MRI、MCZ、NMR、ITER、加速器、科研用特種磁體等。

3、低溫超導材料行業(yè)發(fā)展情況

（1）低溫超導材料行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈概述

目前，全球超導市場以低溫超導為主。低溫超導行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈主要包括上游原材料、超導線材、超導磁體、超導設(shè)備四個環(huán)節(jié)。上游行業(yè)主要是Nb、Ti、Sn、Cu等原材料，由于低溫超導線材行業(yè)對原材料的消耗量并不大，因此上游原材料對超導線材行業(yè)的影響并不明顯，超導線材行業(yè)的發(fā)展主要取決于技術(shù)進步。下游行業(yè)主要是超導設(shè)備，隨著MRI、MCZ、NMR等領(lǐng)域的發(fā)展，未來低溫超導線材的市場空間巨大。

（2）低溫超導材料市場應(yīng)用分析

目前低溫超導材料的絕大部分應(yīng)用都是基于超導磁體產(chǎn)生的強磁場，主要應(yīng)用領(lǐng)域包括MRI、MCZ、NMR、ITER、加速器、科研用特種磁體等。

1）MRI用超導磁體

MRI是當前超導材料的最主要應(yīng)用領(lǐng)域。MRI已成為目前最重要的醫(yī)療影像診斷之一，目前國內(nèi)MRI市場基本上被國外公司（GE、PHILIPS、SIEMENS）壟斷，價格昂貴，使得大多數(shù)中、小醫(yī)院用不起MRI設(shè)備。為此，國家明確將磁共振成像設(shè)備列為當前優(yōu)先發(fā)展的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)化重點領(lǐng)域之一。

MRI對人體不會產(chǎn)生放射性損傷，可以實現(xiàn)三維立體掃描、成像圖像分辨率高、對腫瘤早期診斷有較高的臨床價值，已經(jīng)廣泛運用于全身各部位臟器的疾病診斷中。與永磁型MRI相比，超導MRI成像區(qū)磁場高，所以可以獲得更高的分辨率，通過閉環(huán)運行方式實現(xiàn)磁場空間和時間穩(wěn)定性更高，一般可達10年以上而不變化。這就決定了超導MRI具有永磁型MRI無可比擬的優(yōu)勢。

我國近年來對MRI的需求日益增長，但進口MRI的數(shù)量和金額卻呈下降趨勢。根據(jù)海關(guān)統(tǒng)計的數(shù)據(jù)，2014年進口MRI數(shù)量為460臺，進口總金額為5.67億美元；2017年進口MRI臺數(shù)下降至384臺，進口總金額下降至4.63億美元，主要原因系一方面許多國際企業(yè)如GE及SIEMENS等國際大型醫(yī)療設(shè)備企業(yè)在中國大陸設(shè)廠生產(chǎn)，核磁共振設(shè)備陸續(xù)實現(xiàn)國內(nèi)生產(chǎn)；另一方面是國產(chǎn)廠商經(jīng)過多年發(fā)展，國產(chǎn)核磁共振設(shè)備市場競爭力不斷增強，開始逐步實現(xiàn)對進口設(shè)備的替代；此外，結(jié)合當前醫(yī)用核磁共振行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀來看，未來國產(chǎn)產(chǎn)品在國內(nèi)市場的地位將逐漸提升。

2）MCZ用超導磁體

MCZ技術(shù)的物理基礎(chǔ)是通過磁場對導電硅流體的熱對流形成抑制作用，抑制單晶硅生長過程中雜質(zhì)和缺陷的產(chǎn)生，晶體完整性、均勻性得到極大改善，可實現(xiàn)高質(zhì)量大尺寸單晶硅快速生長。其中采用超導磁體提供5,000Gs穩(wěn)定磁場的MCZ技術(shù)是目前國際上生產(chǎn)300mm以上大尺寸半導體級單晶硅的最主要方法。

日本、美國、德國和中國是主要的硅材料生產(chǎn)國，中國硅材料工業(yè)與日本同時起步，但生產(chǎn)技術(shù)水平仍然相對較低，而且大部分為100-150mm硅錠和小直徑硅片。目前，國際上硅片主流產(chǎn)品是300mm，而我國300mm以上的半導體級MCZ生產(chǎn)裝備磁場部分主要由常導磁體提供（磁場強度小于0.2T），常導磁體功耗大（大于100kW）、需要復雜的冷卻系統(tǒng)（存在管道腐蝕等問題），且無法高效控制雜質(zhì)和缺陷的產(chǎn)生。超導材料具有零電阻的特性，采用超導材料制備的超導磁體可以實現(xiàn)無阻載流運行。超導磁體和常導磁體相比，其體積和運行成本大幅度減小，能夠降低300mm單晶硅制造能耗20%、提高成品率30%。

隨著半導體工業(yè)的迅速發(fā)展，中國已成為全球增長速度最快的單晶硅生產(chǎn)和消費國家，其中MCZ產(chǎn)品占總產(chǎn)量的70%-80%，目前國際上300毫米以上大尺寸單晶硅片已成為主流。預計2020年中國在半導體工業(yè)的投入將達到30億美元。特別是對單晶硅行業(yè)，中國75%的需求依賴進口。我國迫切需要發(fā)展?jié)M足300mm MCZ單晶硅制備用超導磁體制造技術(shù)并實現(xiàn)規(guī)模應(yīng)用，以促進我國單晶硅行業(yè)的產(chǎn)業(yè)技術(shù)升級。

3）NMR用超導磁體

目前國內(nèi)NMR系統(tǒng)完全依賴進口，300-400MHz的NMR在國內(nèi)屬于常規(guī)裝備。但是根據(jù)國內(nèi)制藥、石油化工等應(yīng)用單位需求的不斷提升，500MHz-1GHz高分辨率的NMR已成為主要采購目標。

4）ITER用超導磁體

ITER裝置的主體部分是一個用磁約束來實現(xiàn)受控核聚變的環(huán)形真空容器，目前ITER設(shè)計共有超導大型磁體48個，其中TF和PF采用Nb3Sn超導線，CS和CC采用NbTi超導線，將產(chǎn)生高達13T的磁場，超過地磁場的20萬倍。我國承擔69%的NbTi超導線和7%的Nb3Sn超導線生產(chǎn)任務(wù)，全部由西部超導提供。我國自主設(shè)計研制并聯(lián)合國際合作開展的中國聚變工程實驗堆（CFETR）項目已經(jīng)國家發(fā)改委立項。

5）加速器用超導磁體

高能質(zhì)子加速器包括超導直線加速器、超導回旋加速器、超導同步加速器等，這是20世紀60年代以來隨著超導技術(shù)的發(fā)展逐漸成熟起來的一類有前途的新型加速器，利用超導磁體可以在很小的激磁功率下產(chǎn)生強大的約束磁場，可大大縮減加速器的尺寸，降低加速器的功率消耗，使超導加速器在經(jīng)濟上和技術(shù)上具有巨大的優(yōu)越性。

以加速器為代表的大科學工程自上世紀80年代以來一直是高技術(shù)發(fā)展水平和綜合國力發(fā)展的象征，以超導磁體為核心的加速器系統(tǒng)是相關(guān)裝置的核心。隨著加速器市場需求的增加，將對超導線材和超導磁體產(chǎn)生明確的需求。

4、高溫超導市場分析

此部分內(nèi)容普華有策早在2018年10月有寫過，詳細請搜“全球高溫超導材料行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈分析及市場預測”，此處不做介紹！

5、超導行業(yè)競爭格局分析

全球僅有少數(shù)幾家企業(yè)掌握低溫超導線生產(chǎn)技術(shù)，主要分布在英國、德國、日本和中國，西部超導的業(yè)務(wù)涉及NbTi錠棒和線材、Nb3Sn線材（包括“青銅法”和“內(nèi)錫法”）和超導磁體的生產(chǎn)，是全球唯一的鈮鈦（NbTi）錠棒、超導線材、超導磁體的全流程生產(chǎn)企業(yè)。

在超導線材領(lǐng)域：主要廠商包括西部超導、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線材。在超導磁體領(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、西部超導和濰坊新力，成都奧泰也有自己的超導磁體工廠（不對外出售）。在超導設(shè)備領(lǐng)域：高端超導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MRI的商業(yè)化生產(chǎn)。國外NMR廠商主要包括德國Bruker、日本JEOL。