超导磁体的构成和壁垒、高低温超导材料的优劣势、相关标的梳理

1、超导材料定义与分类解析 ·超导现象基本定义：1911年，荷兰物理学家昂纳斯发现，当温度降低到-269摄氏度时，汞元素的电阻会突然消失，这类材料被称为超导材料。超导材料对核聚变意义重大，此前主流托卡马克装置使用铜线圈，铜导电时能量耗散严重；而超导材料可提升一定电流下的磁场强度，缩小托卡马克体积，推动核聚变商业化。 ·高低温超导分类与优劣势：超导材料依据临界温度（材料进入超导状态的温度）分为低温超导和高温超导。低温超导材料临界温度低于-243摄氏度，需液氦制冷；高温超导材料临界温度高于-233摄氏度（液氮沸点），可用液氮制冷。高温超导制冷成本低于低温超导，因为液氦稀缺价高且难液化。但高温超导材料为氧化物陶瓷，机械性能差，材料及制造成本和难度高于低温超导。目前，低温超导应用更成熟、广泛，高温超导仍需突破性能和技术难题。 ·市场规模与增速：2023年，全球低温超导市场规模约9亿美元，高温超导约8.5亿美元，低温超导规模更高。但20232028年，低温超导复合增速约6%，高温超导超20%。高温超导市场增长得益于可控核聚变领域对高温超导带材需求的增长，如单个托卡马克装置需3万公里高温超导带材，2021年美国CFS突破高温超导技术、中国EAST实现等离子体温度技术提升等推动了该需求。 ·竞争格局与制备工艺：低温超导市场成熟，竞争格局稳定，主要玩家有美国牛津超导公司、瑞士Brooker、欧洲先进超导公司、日本古河公司及中国西部超导（国内低温超导龙头，曾为ITER项目供应低温超导带材）。高温超导市场尚处早期，分两代技术：第一代玩家有美国超导体、日本住友、北京英纳；第二代有美国Superpower、AMSC、德国Siemens及中国上海超导（已启动IPO）、东部超导（永鼎股份子公司）。制备工艺上，低温超导中，铌钛合金线经熔炼加工成合金，用多芯复合加工法制成多芯复合超导线，再经热处理和冷加工制备；铌锡超导合金因脆性，常用青铜法。高温超导中，第一代采用粉末套管法（原材料粉末填充银管，变形后退火成多晶超导体）；第二代采用金属基带涂层技术，结构含哈氏合金基带、缓冲层（常用IBAD或ISD技术）、超导层（主流材料为REPCO，镀膜技术含PLD、MOCVD等，如上海超导用PLD，东部超导用MOCVD）及银/铜保护层、铠装层。 2、超导磁体构成与核心壁垒 ·磁体构成与制备：超导磁体主要由制冷剂、低温恒温器、超导线圈、失超保护模块、超导开关等部件构成。制备时将超导带材绕成线圈，并控制绝缘、应力、传热等完成磁体制备。·核心技术与壁垒：超导磁体核心技术有绕制、接头、导体、外加预应力技术。绕制分饼绕和层绕，饼绕从内沿螺旋向外，层绕逐层绕制；接头技术连接短带材；导体技术通过堆叠等组合材料，是影响磁体稳定性的关键；外加预应力技术在绕制和装配中施加初始预应力确保运行稳定。核心壁垒体现在四方面：一是材料，超导材料性价比待提升，rapcoil带材弯曲半径小于30毫米性能劣化，价格高于普通铜线；二是导体技术，决定磁体长期稳定运行，主流堆叠型导体在复杂工况有热失稳和性能衰减问题；三是绕线工艺，决定磁体磁场强度，绕制张力过小线圈松散、性能下降，过大损伤带材、降低载流能力；四是失超保护，失超需拆解重建，成本和时间问题严重，传统传感器响应时间大于5毫秒，慢于失超传播速度，存在检测延迟。 ·应用场景与价值量：超导磁体应用广泛，包括能量存储、感应加热、航空、风力发电、医疗诊断与研究。能量存储上，超导磁能装置利用磁场储能，能量可长期储存且基本无衰减；感应加热用于铝锭加热等工业流程，可降低能耗与排放；医疗涉及磁共振成像等设备。在托卡马克装置中，超导磁体价值量占比约40%，高温超导带材是磁体重要组成部分，占磁体价值量的30%-40%。 3、超导相关上市公司标的梳理 ·超导带材标的：超导带材分低温超导和高温超导。低温超导龙头是西部超导，曾供ITER项目，可做部分高温超导带材，但核心是低温超导。高温超导标的有永鼎股份和金达股份。永鼎股份子公司东部超导已供货联创光电等，计划2025年底解决后道工艺问题并扩产，扩产后是卖方市场。金达股份参股上海超导，后者已发布招股书，金达股份有望受益。 ·超导磁体标的：超导磁体领域，上市公司仅联创光电，其全资子公司联创超导深耕多年，已生产并交付高温加热感应器等产品。2024年12月，联创超导中标中核约4000万元超导线圈研制项目；2025年2月，中标中科院约600万元高温超导磁体系统项目，两项目对应测试项目，表明其受市场认可。非上市公司合肥和聚磁体也涉足该领域。 ·超导设备标的：超导运行需-200度至-260度超低温环境，依赖氦气螺旋压缩机组。相关厂商有雪人股份和冰轮环境。雪人股份曾为中科院“意思”项目供货，与中科院密切交流，有望参与best项目。冰轮环境业务类似，也曾为中科院国家实验室供货。