材料制备与绕制工艺是关键，超导磁体未来应用空间广阔
思瀚产业研究院    2025-08-05

低温超导材料已实现商业化生产，高温超导仍处产业化初期

超导是某些物质在满足临界条件时（临界温度 Tc、临界磁场 Hc、临界电流 Ic），电阻突然变为零的现象。超导材料具有零电阻、完全抗磁性、量子隧穿效应三大基本特性，可以实现大电流输运、产生强磁场等先进技术。由于其独特的物理性质，超导材料被广泛认为是支撑未来高能物理、能源工程和量子科技的重要基础材料。

超导材料的特性

零电阻 超导材料最基本的性质，即当温度降至临界温度 Tc 以下时，其电阻变为零。

完全抗磁性（迈斯纳效应）将超导体置于外磁场中时，超导体会表现出完全抗磁性，即把原来处于体内的磁场排挤出去，其内部的磁感应强度为零，人们将此种现象称为“迈斯纳效应”。

量子隧穿效应（约瑟夫森效应）在薄绝缘层隔开的两种超导体之间有电流通过，即有“电子对”能“穿过”薄绝缘层（量子隧穿），而超导结上并不出现电压

目前已发现上万种超导材料，但能够进行商用的不足十种。1911 年，荷兰物理学家昂内斯在实验中发现，在低温 4.2K 时，金属汞的电阻骤逝，此时电流流经导体时没有电能损耗，由此开始了超导的研究。

截至目前已经发现的具有超导电性的物质有上万种，其化学形态有单质、合金、金属间化合物、氧化物、硫化物等等，几乎涉及无机化合物中的各种类别，部分有机导体在高压下也能呈现超导电性，一些处于特殊结构(如无定形、非晶、二维)下的材料也可能超导。超导材料通常可以按照临界温度、化学成分、磁场响应行为等进行分类。虽然超导材料的种类繁多，但是超导材料大多对机械性能、加工特性、使用环境等有严格要求，因此目前可实用化、绕制成磁体的商用超导材料不足10种，包括 NbTi、Nb3Sn、REBCO、Bi-2212、Bi-2223 等。

按照临界温度是最常用的分类，临界温度不断提升。在早期关于超导材料与现象的半个世纪研究中，众多科学家的努力使得超导材料的临界温度一直在缓慢地提升。直到 1986 年，德国科学家 Bednorz和瑞士科学家 Müller 发现了具有 35K 临界转变温度的 LaBaCuOx 氧化物陶瓷超导材料，这一发现将超导材料的研究范围从传统的金属和合金扩展到陶瓷氧化物，并显著超过了当时所有已知的最高临界温度的超导材料，开启了高温超导材料新纪元。此后随着研究的深入，超导材料的临界温度也在不断提高。因此临界温度作为超导材料最主要的指标之一，也是目前最为常见的分类方式。

低温超导材料已实现商业化生产，高温超导产业化仍处产业化初期。根据国际电工委员会的分类标准，按照临界温度 Tc 是否大于 25 K 而分为低温超导材料和高温超导材料，另外也有以 40K 或者 77K 为区分标准的，值得注意的是，这里的“高温”只是一种相对概念，实际上高温超导材料临界温度仍然是极低温。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，但该类材料临界温度低，导致其应用停留在液氦(4.2K)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。

高温超导材料极大地拓宽了超导材料的工程化应用范围，它们可以在相对较高的温度下保持超导状态，从而减少了制冷系统复杂性，降低了应用成本，并且高温超导材料因其在临界磁场方面的显著优势，正逐步取代低温超导材料，在高场超导磁体应用中展现出主导地位。但由于高温超导材料发展起步较晚，制备技术较为复杂，目前高温超导体正处于提升性能和突破应用的产业初期阶段，在这个过程中，高性能高温超导材料的批量化制备成为关键基础。

高温超导材料产品价格显著高于低温超导材料。高温超导材料的制备需要使用到稀土金属、银等价格较高的原材料，且制备工艺复杂，导致其生产成本较高。尽管随着技术的进步，当前生产效率和良率有所提升、成本有所下降，但目前高温超导材料的价格仍然较高，使得下游客户在选择高温超导材料时，需要综合考虑其性能提升带来的效益与高昂的采购成本之间的平衡，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。从近两年公开中标的信息来看，尽管不同型号规格的超导材料在价格方面有所差异，但是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。

随着高温超导材料产能的逐步释放，价格有望持续下降。随着下游需求的提升，国内外的高温超导带材生产商积极进行扩产，形成规模效应的同时，也牵引技术得到进步，生产工艺更加成熟、生产效率逐步提高，从而使得产品价格也有所降低，更加适应大规模商业化应用的趋势。根据上海超导招股说明书的数据，其第二代的高温超导带材单位价格呈现逐年下降的趋势，从 2022 年的 359.77元/m 下降至 2024 年的 241.08 元/m。

低温超导材料

目前已商用的低温超导材料主要是 NbTi 和 Nb3Sn 超导线材。根据西部超导的招股说明书以及《实用化超导材料研究进展与展望》中的描述，NbTi 是二元合金，具有良好的加工塑性，很高的强度，制造成本低，临界温度为 9.7k，临界场 Hc2为 12T，主要用于 10T 以下磁场；Nb3Sn 是金属间化合物，属于脆性材料，加工性能差，制造成本高，临界温度为 18K，在 4.2K 时的上临界磁场可达 25T，主要用于 10T 以上的磁场。

NbTi 占据 90%以上的市场。根据 NbTi 超导线材因为其制备工艺成熟、性价比高、稳定性强等优势，已经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。即使随着技术的发展，对磁体磁场强度的要求越来越高，目前大部分的磁体仍然采用 NbTi 线材进行背景场磁体的制备，根据现代物理知识杂志微信公众号的数据，目前 NbTi 占据了超导材料产业 90%以上的市场。

NbTi 超导材料一般采用冷加工工艺。NbTi 线可用一般难熔金属的熔炼方法加工成合金，再用多芯复合加工法加工成以铜（或铝）为基体的多芯符合超导线，最后用时效热处理及冷加工工艺使其最终合金由β单相转变为具有强钉扎中心的两相（α+β）合金的结构，以满足使用要求。

Nb3Sn 超导线材的制备方法主要有内锡法和青铜法。对于 Nb3Sn 线材的制备，由于 Nb3Sn 为化合物，脆性较大，不能简单地采用集束拉拔的方法进行制备。目前 Nb3Sn 超导线材的制备工艺主要有青铜法（Bronze process），内锡法（Internal tin process）和粉末装管法（Powder in tube process，PIT）等，其中最为广泛使用的是青铜法和内锡法，粉末装管法由于工艺成本较高，制备过程复杂，商业化应用较少。 三种制备工艺都是在铜管中装入铌纤维和锡，经过多次的高温淬火使其发生固态扩散形成 Nb3Sn 超导体。

青铜法是最先被使用的 Nb3Sn 线材的备方法。首先将铜和锡按照一定的比例混合后在高温下熔融成青铜基体，在锡青铜集体上轴向钻出一定数量六边形阵列排布的孔，将铌棒按照一定的比例嵌入青铜基体当中，铌棒全部插入后进行焊封并将其拉伸得到六方形的亚组元，将上百只六方亚组元封装在有阻隔层的无氧铜管中，通过热挤压、拉拔得到 Nb3Sn 多芯丝超导线材。为防止青铜中的 Sn 扩散污染外层作为稳定体的铜，实际生产中会在青铜和铜中间加一层钽扩散阻碍层。此外，青铜基体加工硬化较快，对退火温度的要求也极高。青铜法具有制备工艺简单、制作成本低、超导性能可靠以及方便重复生产等优点，因此可大规模应用。

内锡法制备成的 Nb3Sn 超导材料性能相比青铜法更优良。所谓内锡法是指相对于青铜法，在铜基体中内插锡棒，以锡棒作为 Nb3Sn 超导相的锡源。在热处理过程中，锡棒先与铜基体反应生成中间体的铜锡合金，铜锡合金与铌反应生成 Nb3Sn 超导相。首先在铜基体的除中心位置插入铌棒，再将锡棒插入在铌-铜复合管中心，锡棒完全插入后进行焊封、 拉伸，得到铌-铜-锡复合亚组元，将多个复合亚组元装入带阻隔层的铜管中进行挤压、拉拔，得到 Nb3Sn 多芯丝超导线材。

该法的优点在于直接利用纯铜和锡作原料，不需要中间多次退火，具有较高的制备效率，最终生产出的超导体中的锡含量较高，从而具有更强的载流能力。但是该法也有一些不足之处，由于亚组元之间的搭接，会在材料中形成芯丝，这些芯丝会导致材料的局部超导性能下降，磁滞损耗升高。

全球仅有少数几家企业掌握低温超导线生产技术，主要分布在英国、德国、日本和中国。根据西部超导的招股说明书，在 NbTi 锭棒领域，全球仅有西部超导和美国 ATI 两家公司，其中 ATI 公司的 NbTi 合金产品长期以来供应于全球 NbTi 超导线材生产商；在超导线材领域，主要厂商包括西部超导、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。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。

高温超导材料

实用化的高温超导材料主要包括 Bi-2212、Bi-2223 和 REBCO。由铋系超导体制备的线带材被称为一代高温超导线带材，由 REBCO 制备的带材被称为二代高温超导带材：

Bi-2212 是一种钙钛矿结构的材料，晶体结构为层状结构，包括两个铜氧层作为超导层，其 Tc约 85 K，Hc2 大于 100 T (4.2 K)，Bi-2212 是目前唯一可以被制备成各向同性圆线的铜氧化物高温超导材料，使其在应用过程中，可以依托低温超导材料开发绞缆或磁体绕制技术，且无需考虑横截面方向上的各向异性问题，极大地简化了导体和磁体设计过程因此被认为是低温高场下最具应用前景的高温超导材料之一；

Bi-2223 是当前已知的超导转变温度最高的铜基高温超导材料，Tc 约 110k，其晶体结构与Bi-2212 相似，具有三个铜氧层，但由于其 c 轴长度极大，使其超导电性具有明显的各向异性，因此实际应用时往往需要制备成扁带的结构，正式由于其各向异性及制备所需的银基复合材料的成本偏高的原因，限制了相应的市场需求；

REBCO（稀土钡铜氧化物，Rare earth barium copper oxide），常见材料包括 YBa2Cu3O7-δ（YBCO）、GdBa2Cu3O7-δ（GdBCO）、DyBa2Cu3O7-δ（DyBCO）等，其中 YBCO 是首个被发现的临界温度达到 77 K 以上的铜氧化物超导体，其 Tc 约为 92 K，且目前应用最为广泛，REBCO 涂层导体因其较高的临界电流密度、良好的机械稳定性、高载流能力、高不可逆场以及采用廉价的生产原料等优势，已成为目前应用最广泛的超导材料之一。

铋系超导体通常采用粉末装管法（Powder in tube，PIT）进行制备。铋系超导相是一种陶瓷结构，无法直接加工成线材或带材，因此通常采用粉末装管法进行制备。对于 Bi-2212 线材来说，先制备具有高 Bi-2212 含量的前驱体粉末，再将其装入纯银管中，经过旋锻、拉拔加工成单芯线材，然后按照设计结构，使用纯银管或银合金管经过多次组装得到多芯线材，最后经过拉拔加工成一定尺寸的具有各向同性圆形截面的线材。Bi-2223 的制备工艺与 Bi-2212 类似，不同点是在获得多芯线材后需要进行轧制获得多芯带材，最后通过高温热处理使前驱体中各组分发生相互反应，获得织构化排列的 Bi-2223 超导带材。

国际上 Bi-2212 的主要供应商包括欧洲 Nexans 公司、美国牛津仪器公司(B-OST)和日本昭和电线电缆株式会社，其中，B-OST 能够批量制备千米级 Bi-2212 线材，其长度和性能处于世界领先地位。西北有色金属研究院是国内率先进行 Bi-2212 高温超导圆线制备技术研究的研发机构，近年来 ， 其通过开发第三代 Bi-2212 纳米前驱粉末的制备技术，改进圆线结构设计和加工工艺，优化高压热处理技术等，实现了千米级长线的批量制备。

目前，日本住友电气工业株式会社是国际上唯一可稳定量产 Bi-2223 高温超导千米带材的公司，其开发的千米级带材高压热处理技术及装备，可实现千米带材的高压烧结，目前其批量化提供的千米带材在 77 K 自场的临界电流稳定在 200 A 以上。国内主要的 Bi-2223 带材研究单位有北京英纳超导技术有限公司和西北有色金属研究院两家。目前，国内 Bi-2223 带材的载流性能基本稳定在 150 A左右，仍与日本住友生产的带材性能间存在较大差距。

REBCO 超导带材具备典型的多层复合结构，通常包含金属基带、缓冲层、超导层以及保护层。根据不同参数规格与封装要求，通常长数百米，宽 4-12 毫米，厚数十至数百微米，由金属基带、缓冲层、超导层、保护层和铠装层（或有）组成。以上海超导的产品为例，金属基带占整个带材厚度约一半，主要起支撑作用，为带材提供机械性能，一般为 Ni 或者 Ni 合金（如哈氏合金），甚至不锈钢；缓冲层介于金属基带和超导层之间，起联结作用，包含不同种类和厚度的氧化物，缓冲层顶部晶粒具有双轴织构特征，从而与超导层晶格匹配；超导层是整个带材的核心，厚度约 2 微米，发挥高温超导材料的特性；最后再用银层和铜层包裹带材，并可选用紫铜带或不锈钢带进行封装，从而完成保护及牢固。

REBCO 超导带材的核心工艺是薄膜沉积的。REBCO 涂层导体的制备过程主要包括在柔性金属基带上沉积缓冲层，然后在缓冲层上沉积超导层，从而得到柔性的涂层超导带材，目前缓冲层和超导层均采用薄膜沉积的工艺进行制备。缓冲层镀膜技术主要包括轧制辅助双轴织构基带法（RABiTS）、离子束辅助沉积（ion beam assisted deposition，IBAD）和倾斜衬底沉积（inclined substrate deposition，ISD）3 种。超导层镀膜技术主要包括脉冲激光沉积（pulsed laser deposition，PLD）、金属有机化学气相沉积（metal organic chemical vapor deposition，MOCVD）、金属有机盐沉积（metal organicdeposition，MOD）以及反应共蒸发（reactive co-evaporation，RCE）4 种。

目前能够实现 REBCO 长带批量化制备的企业主要包括 FFJ 公司，美国 SuperPower 公司，上海超导等。根据上海超导招股说明书，以供给能力进行划分，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 1,000 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。

CICC 导体为超导磁体首选导体类型，绕制工艺是关键

管内电缆导体（Cable-In-Conduit-Conductor，CICC）已成为大型超导磁体的首选超导导体。自 20世纪 60 年代起，研究人员便开始探索一种新的超导线材冷却技术，即将超导线材与铜线绕制在管道内，并通过管道内的特定冷却介质来实现冷却，这一思路催生了内冷超导导体（Internally CooledConductor，ICC）的概念。管内电缆导体（Cable-In-Conduit-Conductor，CICC）作为 ICC 导体的一种类型，由 Hoenig 等人在 1975 年首次提出。按这种导体设计方案，电缆将穿入不锈钢管中，使用液氦等作为冷却介质在超导股线间流动，显著增加了超导线材与冷却机制的接触面积，改善了传热条件，并提高了冷却效率。

同时，由于电缆外部包裹有不锈钢铠甲，大大增强了机械稳定性，有效解决了在大电流和高磁场条件下的机械应力和电磁应力问题，从而满足了大型超导磁体的稳定运行要求。[10]因 CICC 导体良好的自支撑、较低的交流损耗、所需低温冷却介质少、运行安全可靠、性能高等特点，已经成为了目前国际上公认的受控热核聚变装置中的大型超导磁体、强磁场磁体等装置的首选导体结构，例如 ITER、韩国 KSTAR、日本 JT-60SA 以及我国的 EAST 项目等都采用了 CICC导体。

NbTi、Nb3Sn、Bi-2212 等圆线材可以通过多级绞扭的方式制成 CICC。针对超导体线材的 CICC 导体加工分三步完成，首先完成超导电缆的绞制，通过连续的绞制过程，可以逐级制作出更高级别的电缆，然后将整根超导电缆穿入不锈钢管，最后对不锈钢管及超导电缆同时进行整形紧压加工成为成品 CICC 导体，根据线圈设计不同，CICC 导体可设计为圆形或者方形。以 ITER 项目的 PF5 线圈为例，采用 NbTi 超导单线和铜单线，共由 5 级缆组成，第 1 级子缆由 3 根超导单线绞制而成；第 2、3 级子缆分别由 4 根第 1、2 级子缆绞制而成；第 4 级子缆由 4 根第 3 级子缆和铜单线绞制而成，部分 CICC 导体超导电缆子缆中间还设计有单独的填充导体；成品超导电缆即第 5 级缆则由多根第 4级子缆、中心冷却螺旋管绞制并绕包不锈钢钢带。

超导电缆绞制的主要技术难点，是过程中必须对股线放线张力加以实时、精准控制。绞制外径对于后续的不锈钢穿管加工有着直接影响，因而需要对各级子缆的外径进行有效控制。子缆绞制时放线张力太大，绞制直径较小，则次级子缆绞制时股线间不易滑动，变形困难，易造成单线的损伤甚至压扁。各级子缆绞制时放线张力太小，绞制直径偏大时，则次级子缆绞制时外径不易控制且结构松散，容易产生回弹，结构不稳定。

高温超导带材主要的成缆方式包括堆叠、编制、螺旋缠绕。由于高温超导带材具有独特的截面形状，设计成电缆时无法采用目前已经商业化的低温超导电缆的布局结构。在过去几十年的研究中，学者们提出了多种关于新型高温超导电缆结构的设计方案。目前，主要的二代高温超导带材绕制电缆的布局方案可以根据不同的成缆方式分为堆叠、编织和旋转缠绕。

堆叠带材方式是通过将超导带材堆叠在一起来提高导体的载流能力。其概念最早由 MIT 提出[13]，由此发展出了许多类型的电缆，例如 TSTC 电缆、TSSC 电缆、CroCo 电缆、准各向同性电缆（QIS）、VIPER 电缆等：

TSTC（Twisted Stacked Tape Cable conductor）导体结构由多层超导带材堆叠并扭绞制成，这种结构能够有效减轻带材在使用过程中的侧向弯曲，并显著提高临界电流密度及弯曲特性。然而，经过扭绞后的导体在承受侧向压力方面表现较差，因此在实际应用中需要特别注意其机械强度和可靠性；

CroCo（Cross-Conductor cable）导体结构采用宽度为 6mm 的超导带材，在两侧对称堆叠宽度为4mm 的超导带材，并加以铜包套，铜包套与导体的间隙由焊锡填充并焊接。虽然 CroCo 导体受外界磁场的影响较大，但其可以制成较长的导体，这使得它在长距离输电和高功率应用中具有潜在的优势。对结构的进一步优化可以有效提升电流密度，从而增强其在实际应用中的表现；

QIS （Quasi-isotropic）导体结构由 4 股直接堆叠的子股对称排列而成，并用铜、铝或不锈钢等金属材料包裹。这种结构的设计旨在提升导体的各向同性特性，从而在各种操作条件下提供稳定的性能表现；

VIPER 电缆（Vacuum Pressure Impregnated, Insulated, Partially Transposed, Extruded, andRoll-formed）导体电缆室 MIT 研发的一种先进高温超导电缆结构，旨在优化高电流和高磁场应用中的电缆性能。VIPER 电缆主要部分为铜骨架，铜骨架中心为冷却孔，通过低温冷却介质换热，铜骨架的外围设有矩形凹槽，用于填充堆叠的 REBCO 带材。REBCO 堆叠带材的扭绞设计有助于消除在制造过程中尤其是在电缆弯曲时对超导带材的应变累积，并通过扭绞换位减少在变化磁场下生成的瞬态热。

螺旋缠绕方式主要包括 CORC®（Conductor on Round Core）、CORT（Conductor On-Round-Tube）和 CCE（Current Carrying Element）等。CORC 导体结构通过在铜棒中心螺旋交替缠绕多根 REBCO带材，完整的电缆可以包含几十层上百根的超导带，并在外侧包裹绝缘材料制成。这种导体结构具有较小的弯曲半径和较低的交流损耗，能够承受较大的压缩应变，非常适合需要高机械强度和低损耗的应用。然而，在载流量增加时，其紧凑性可能会降低。

编织带材方式主要为 RACC（Roebel Assembled Coated Conductor）电缆。RACC 导体结构是通过气动冲切或激光切割将超导带材裁剪成“梯形”形状，再交错编织而成。为了确保电流的均匀分布并增强导体的机械性能，这种结构还可以使用导电环氧树脂进行包覆。RACC 导体具有较低的交流损耗和较高的载流能力，适用于要求高性能和高稳定性的应用。然而，其制造工艺复杂且成本较高，并且在垂直于导体带面的磁场下，其临界电流会受到较大的影响。

不同布局结构的高温超导电缆都有着各自的优势。例如，CORC 电缆具有柔性高、绕缆难度低的优势； RACC 电缆则具有交流损耗低的特点；TSTC 电缆则具有高电流密度等优势。实验研究已经论证了，堆叠型复合导体以及螺旋型导体均具有高机械强度、高稳定性和可接受的失超特性。[9]在 CICC导体的设计中，需要充分考虑材料、结构、力学特性、交流响应、低温性能、稳定性、失超保护等因素。国际上多个研究机构同步开展了基于 REBCO 超导带材的 CICC 导体研制，比较具有代表性的有美国麻省理工学院(MIT)、美国联邦聚变系统公司(CFS)、美国先进导体有限公司(ACT)、能源和可持续经济发展署（ENEA）、中国科学院等离子体物理研究所等。

高温超导磁体生产工艺复杂，技术壁垒较高：

高温超导带材质地较脆，受应力应变影响大，绕制技术存在较大挑战。由于高温超导材料超导层为氧化物陶瓷质地，其拉伸和弯曲等机械特性比传统低温超导带材差，且高温超导带材为层状结构，不仅受轴向张应力，还受横向张应力，因此在带材受到应力应变时，临界电流衰减速度更快。高温超导磁体可应用于高场强，需要面对大电流、强磁场、高应力、极低温等考验，这便给高温超导磁体的绕制带来挑战；

高温超导磁体接头需做到低电阻，高接头电阻将加大磁体失超风险。高温超导带材由于工艺限制，制造长度较短，在磁体绕制时，需进行带材焊接，焊接接头需做到低电阻，如果电阻过高，通电产生的焦耳热容易使线圈失超，同时也会增大制冷负荷；

高温超导磁体失超传播速度慢，失超检测难度较大。由于高温超导材料失超传播速度较慢，电压上升速度较慢，缓慢的失超传播速度可能导致检测信号和失超保护动作滞后，从而引起局部热量积累，如果仅靠电压检测装置对磁体进行监测，将无法在磁体严重发热前监测到磁体的失超临界电压，到监测到电压时，超导带材已烧坏，因而需要光纤或声波技术来检测失超，失超检测技术存在挑战。

核聚变商业化或将带来巨大机遇，超导磁体未来应用前景广阔

除了可控核聚变以外，超导磁体应用领域众多。超导磁体行业产业链上游主要为超导原材料，低温超导原材料主要为钛矿、铌矿和锡矿，高温超导原材料主要为钇钡矿、镁矿等；中游主要为超导线带材和超导磁体的厂商；下游主要为众多的应用领域，主要包括核磁共振仪、粒子加速器、核聚变、磁悬浮列车、感应加热设备、磁控单晶炉等等。

下游最主要的应用来自医用设备。根据吴垄峰《高场超导磁体无骨架线圈设计及其低温机械性能研究》中的数据显示，2020 年我国超导磁体主要的应用领域在医用（占比 72%），其次是加速器（占比 15%）。

核磁共振仪：超导磁体为 MRI 系统核心部件，国内人均保有量仍有较大提升空间

超导磁体为 MRI 系统中工艺最为精密、成本最高的核心部件。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。

根据辰光医疗的招股说明书，MRI设备主要有五大部分组成，即主磁体、梯度系统、射频系统、谱仪系统和计算机及其他辅助设备，其中主磁体、梯度系统、射频系统为 MRI 设备的核心硬件，覆盖 MRI 设备成本达 90%以上。主磁体是设备的核心组成部分，提供强大静磁场，保持均匀的磁场强度。一般可分永磁体、常导磁体和超导磁体。永磁体和常导磁体的磁场强度较低，一般在 0.5T 及以下，且在能源消耗、重量、体积、稳定性和操控性等方面具有难以克服的缺陷。超导磁体通过低温超导原理产生高强磁场，在各方面性能均具有明显优势。

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。据华经产业研究院数据，当前我国 MRI 设备缺口较大，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。随着 MRI 等高端医疗设备国产化的加速推进，将带动超导磁体的需求。根据智研瞻产业研究的数据，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年将到达41.94亿美元，年均复合增长率 11.80%。

超导感应加热设备：具备节能减耗、加热均匀等优点，开始进入放量阶段

超导感应加热具备节能减耗、加热均匀、升温迅速、温控精准等优点。超导感应加热技术利用超导材料在临界低温下呈现零电阻的特性，建立直流磁场约 0.5-1T，锭料在直流磁场中通过驱动电机带动旋转，切割磁力线，产生感应电流，加热锭料。加热的基本原理与传统感应加热相同，都是法拉第电磁感应定律、涡流效应与焦耳定律。与传统的交流感应加热相比，高温超导感应加热凭借零电阻、强磁场、极低频的特性，在节能减耗、加热效率、加热均匀性、温度可控性等方面表现优异，适用于生产高性能材料，同时降低了加热成本，根据联创光电的公告显示，一台 MW 级高温超导感应加热炉比对一台相同处理能力的工频炉，一年课节约可达 600 万度电。

高温超导感应加热设备进入放量阶段，下游市场潜力大。高温超导感应加热设备可广泛用于铝、铜、镁、钛、特种钢材、高温合金等非磁金属加工热成型领域（包括挤压、锻造、轧制等）以及金属熔炼及半导体熔融等领域。根据联创光电的公告，随着 2023 年世界首台兆瓦级高温超导感应加热设备投产，高温超导感应加热商用设备进入规模化放量阶段，在大型铝挤压设备、军工和航空航天领域的金属挤压设备领域具有近千亿的市场空间。此外，高温超导感应加热设备可大规模用于金融熔炼加工，金属熔炼市场是比金属挤压锻造加工市场更大的一个市场，估计总产值在万亿元以上，其中可使用高温超导感应加热设备进行熔炼工作的预估在五千亿元以上，是高温超导感应加热设备的未来发展的一个极其重要的方向。

可控核聚变：商业化进程加速，或将带来庞大的超导磁体需求

超 70%核聚变公司预期 2035 年前实现并网发电，核聚变商业化可期。根据 FIA 最新的《The globalfusion industry in 2024》报告显示，在参与调查的 37 家商业核聚变公司中，有 26 家认为在 2035年前第一台核聚变机组将实现并网供电；而在报告中的另一项调查显示，在参与调查的 35 家公司中，有 19 家认为在 2035年之前第一台核聚变机组将满足商业化运行的低成本/高效率的条件。

核聚变或将带来庞大的超导磁体市场机遇。按照 IAEA 在《World Fusion Outlook 2024》中的统计，按照目前已经规划了的聚变项目的进度来看，预计在 2025 到 2030 年间有 10个聚变项目建成，若保守的按照单个项目 30 亿美元的设备投资额进行粗略估算，其中磁体占比 30%，则未来五年预计有约100 亿美元的超导磁体的潜在市场；在 2030 年至 2035 年预计会有 27 个项目建成，带来约 240 亿美元的超导磁体潜在市场。若核聚变完全商业化，根据 Ignition Research 的预计，到 2050 年可控核聚变行业将成为一个至少 1 万亿美元的市场，对应超导磁体空间超千亿美元。