超导材料具有常规材料所不具备的零电阻、完全抗磁性等宏观量子效应,是国际公认可引发产业变革的重大颠覆性技术方向。在《中国制造2025》中被列为重点发展的前沿新材料之一。
超导物理中将临界温度在液氦温区(4.2K)的超导体称为低温超导体,也称为常规超导体,譬如目前商业化的NbTi、Nb₃Sn;将临界温度在液氮温区(77K)的超导体称为高温超导体,譬如YBa-Cu-O超导体。
低温超导材料是指在特定低温条件下,电阻突然趋近于零的材料。超导状态的发生是由材料的正常态转变为超导态的温度决定的,这个温度被称为转变温度或临界温度。由于低温超导材料的Tc较低,通常需要在液氦温度下使用,这使得其运转费用较为昂贵,从而限制了其应用。
低温超导材料行业产业链
上游原材料供应:上游主要涉及钛矿、铌矿和锡矿等原材料的开采和供应,这些原材料是制造低温超导材料的基础。在原材料环节,低温超导线材对原材料(钛Ti、铌Nb、锡Sn)有很高的要求,且工艺过程复杂,技术条件严格,由于低温超导线材行业对原材料的消耗量并不大,因此上游原材料对超导线材行业的影响并不明显,超导线材行业的发展主要取决于技术进步。
中游生产环节:中游以低温超导材料的制备为核心,包括NbTi、Nb3Sn等合金和化合物的生产。这些材料通过特定的制备工艺,如合金化、热处理等,获得所需的超导性能。
下游应用领域:下游应用广泛,主要包括超导磁体的生产,应用于磁共振成像(MRI)、磁控直拉单晶硅技术(MCZ)、核磁共振谱仪(NMR)、国际热核聚变实验堆(ITER)和高能质子加速器等行业。低温超导材料的市场份额超过90%,是超导行业的重要组成部分。
数据显示,2022年全球超导产品市场规模约为68亿欧元,至2027年有望增至192亿欧元,2022-2027年CAGR为23%。通过产学研用深度融合,我国正积极推进低温超导材料产业的升级换代,力求突破高温超导材料批量化制备的关键技术壁垒。在此基础上,致力于开发出适用于电力、能源、医疗和国防等领域的超导电工装备,推动超导材料、超导强电和超导弱电产品的协同发展,并实现规模化应用。
根据中研普华产业研究院发布的显示:
NiTi和Ni3Sn是目前已实现商业化应用的低温超导材料,主要用于生产超导磁体,应用于磁共振成像(MRI)、磁控直拉单晶硅技术(MCZ)、核磁共振谱仪(NMR)、国际热核聚变实验堆(ITER)和高能质子加速器等行业,在当前超导行业市场份额超过90%。
在低温超导领域,全球范围内仅有几家领军企业掌握着低温超导线材的生产技术,这些企业主要集中在美国、英国、德国、日本和中国。其中,西部超导作为中国唯一一家实现低温超导线材商业化生产的企业,更在国际上独树一帜,是唯一一家具备铌钛(NbTi)锭棒及线材全流程生产能力的企业。
展望未来,随着光伏行业的高景气度和国内MRI设备市场规模的快速增长,低温超导材料的需求有望实现稳定增长,为行业发展注入新的活力。
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