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超导材料国内外产业发展分析:美日欧领先,中国实际应用待拓展
发布时间:2019-05-30

超导材料具有零电阻、抗磁性以及宏观量子效应等特殊物理性质,应用领域非常广泛。在电工学领域,超导材料的主要应用领域包括超导电缆、超导限流器、超导磁悬浮、医疗核磁共振成像、超导储能以及超导电机等。目前各国研究人员研发和生产的重点是YBCO超导材料(也可称为第二代高温超导材料),并认为其是未来超导材料发展的主要方向。


根据2017年Stratistics MRC公布的调查预测数据显示,2015年全球超导产品市场规模为8.2亿美元,到2022年该市场规模将扩大至27.1亿美元,复合年均增长率(CAGR)达到18.6%。从整条超导产业链价值的角度来分析,超导材料可占超导设备成本的40%-50%。从产业链盈利能力的角度来分析,超导材料的盈利能力最强,毛利率可达50%左右。而目前国内超导材料主要从美国和日本进口,成本昂贵,约占超导应用产品成本的50%左右。


全球格局:美日欧领先,中国实际应用待拓展


近年来,以美国、日本和欧盟为代表的发达国家不断地积极推进高温超导材料及其应用领域的研究,取得多项重大突破。我国在超导材料领域的研究进展基本与国际同步。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,但在实际应用方面的研究进展与发达国家还有一定差距。


国外进展:美日引领,欧韩紧随


国外超导材料发展主要由美国和日本引领,欧洲和韩国紧随其后。在BSCCO高温超导线材领域,日本住友电气工业株式会社(Sumitomo Electric  Industries,  Ltd.,简称SEI)优势较大,尤其是在BSCCO-2223线材的制备方面,基本处于垄断地位。YBCO高温超导线材领域则基本呈现出日美韩互相竞争的局面,在2001年发现的MgB2高温超导线材领域,日美欧处于较为领先的地位,代表企业有意大利Columbus Superconductors SpA 、美国HyperTech公司(HyperTech Research Inc.),以及日本的株式会社日立制作所(Hitachi, Ltd.)。


国内进展:一代产业化,二代与国际先进水平仍有差距


目前我国已经全面突破了实用化低温超导线材制备技术,已具备批量制备千米级实用化MgB2超导线材的能力。我国第一代高温超导带材(BSCCO-2223)与国际先进水平的差距已经大大缩小,关键技术指标基本达到了实用化的要求,已经进入产业化发展阶段。在第二代高温超导带材(YBCO)方面,我国与国际先进水平的差距迅速缩小。上海和苏州等地均以企业形式制备出了千米级的YBCO二代带材,而且已经有一定量的销售和使用。


发展趋势及建议


在NbTi和Nb3Sn超导材料方面,我国在国际市场中的份额将会逐渐扩大。 国际著名的医用磁共振成像企业均逐渐加大了超导材料在中国的采购量。此外 我国科学仪器用超导磁体发展迅速,对低温超导线材的需求量也将迅速提高。


在MgB2超导材料方面,随着开放式插电直冷磁共振成像装置的发展,MgB2导线的使用量将会获得较大发展。研发人员通过进一步研究提高材料致密度和磁通钉扎能力,将有利于材料临界电流的提高,满足市场需求。


在BSCCO和YBCO超导材料方面,BSCCO-2223 超导导线在高温电缆和限流器方面还将有进一步的发展,但是会逐渐被性能更优越的YBCO二代高温超导带材所取代。基于BSCCO-2212圆型导线的低温高磁场磁体将会有进一步的发展。基于YBCO的超导磁体也将会逐渐出现。


在铁基超导方面,铁基超导材料实用化方面的研究将会有进一步的发展。我国将进一步研发千米级铁基超导线材。针对上述情况,在未来实用化超导材料的研究及应用方面,国家新材料产业发展战略咨询委员会天津研究院提出了4条发展建议。

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