2022 年我國鈦行業(yè)結(jié)構(gòu)性調(diào)整進(jìn)展明顯，已由過去的中低端化工、冶金和制鹽等行業(yè)需求，快速轉(zhuǎn)向中高端的軍工、高端化工( PTA 裝備) 和海洋工程等行業(yè)發(fā)展，行業(yè)利潤由上述中低端領(lǐng)域正逐步快速向以軍工為主要需求的高端領(lǐng)域轉(zhuǎn)移，尤其是高端領(lǐng)域的緊固件( 高端下游) 、3D 打印以及高端裝備制造等產(chǎn)品精加工領(lǐng)域。2022年我國鈦加工材用量達(dá)到 14.5 萬噸，同比增長了 17%，主要是化工(PTA 裝備)、航空航天、醫(yī)療、船舶等中高端領(lǐng)域的用鈦量迅速增長所致?？偭可峡矗?、航空航天領(lǐng)域是鈦材最主要的消費(fèi)領(lǐng)域，2022 年由于國內(nèi)需求持續(xù)提升，航空航天領(lǐng)域用鈦量大幅增長 50%至 3.3 萬噸；化工領(lǐng)域用鈦量增長 23.7%至 7.3 萬噸；醫(yī)藥、船舶領(lǐng)域用鈦量的絕對(duì)數(shù)值依然相對(duì)較低，但增速都在 30%以上。
鈦合金是飛機(jī)機(jī)體和發(fā)動(dòng)機(jī)的重要結(jié)構(gòu)材料之一。作為減輕結(jié)構(gòu)重量、提高結(jié)構(gòu)效率、改善結(jié)構(gòu)可靠性、提高機(jī)體壽命、滿足高溫及腐蝕環(huán)境的良好機(jī)體材料，近 50 年來鈦合金在商用及軍用飛機(jī)領(lǐng)域的用量伴隨各自產(chǎn)品的升級(jí)換代呈穩(wěn)步增長趨勢。
自 20 世紀(jì) 60 年代末以來，軍用飛機(jī)的用鈦量逐年增長，當(dāng)前歐美設(shè)計(jì)的各種先進(jìn)軍機(jī)中鈦合金用量已經(jīng)穩(wěn)定在 20%以上，我國的航空鈦合金用量也在不斷提升。據(jù)《航空用鈦及鈦合金的發(fā)展及應(yīng)用》披露，美國 1970 年開始服役的 C-5 上鈦合金的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 6%，而 1992 年開始服役的C-17 已增至 10.3%，鈦零件總質(zhì)量達(dá) 6.8 噸/架。俄羅斯的伊爾 76 運(yùn)輸機(jī)的鈦合金用量達(dá) 12%。
此外，美 B-2 轟炸機(jī)、法幻影 2000 及俄 Cy-27CK 戰(zhàn)斗機(jī)的鈦用量分別為 26%、23%、18 %，美國 2006 年以后服役的世界最先進(jìn)第四代戰(zhàn)斗機(jī) F22 的用鈦量高達(dá) 39%-41%。根據(jù)曹春曉院士在《鈦合金在航空工業(yè)中的應(yīng)用 ——“三鈦爭艷”時(shí)代即將到來》所披露，我國的軍用殲擊機(jī)從初始用鈦量只有 2％ 的殲 8， 逐漸增加至用鈦量為 4％ 的殲 10，殲 11 用鈦量增加到 15％，殲 20用鈦量為 20％，直到殲 31 用鈦量增至 25％。 大型軍用運(yùn)輸機(jī)“ 運(yùn) 20” ( 鯤鵬) 的鈦合金用量為 10％， 與 美 國 先 進(jìn) 的 C-17 運(yùn) 輸 機(jī) 的 鈦 合 金 用 量(10.3％) 相當(dāng)。
從兩大國際飛機(jī)制造商的數(shù)據(jù)來看，波音和空客主要機(jī)型的用鈦量逐步提高。減輕飛機(jī)重量、增加運(yùn)載能力、降低油耗是航空公司選擇飛機(jī)的重要依據(jù)，提高鈦材用量對(duì)于未來民用客機(jī)的開發(fā)具有重要意義。根據(jù)《航空用鈦及鈦合金的發(fā)展及應(yīng)用》、《鈦合金在民用飛機(jī)上的應(yīng)用及發(fā)展趨勢》，波音公司的 B737、B747、B777 鈦用量分別為 18 噸、45 噸和 59 噸，而 B787 飛機(jī)用鈦量達(dá)到 136 噸，占全機(jī)質(zhì)量的 15%, 用鈦量比例增加十分顯著。空客公司亦是如此，A320、A330和 A340 的用鈦量分別為 12 噸、18 噸和 25 噸，而 A380 采用了全鈦掛架, 用鈦量達(dá)到 146 噸，占全機(jī)質(zhì)量的 10%，A350 的鈦用量進(jìn)一步提高到 14%左右。
鈦合金加工工藝復(fù)雜且難度較高，因此其成材率較低，進(jìn)而對(duì)應(yīng)鈦合金需求更大。根據(jù)《航空用鈦及鈦合金的發(fā)展及應(yīng)用》等披露，普惠公司為開發(fā)波音 737 的 PW4084 型發(fā)動(dòng)機(jī)，購進(jìn) 9 噸鈦材，使用了 1.7 噸鈦部件，材料利用率約為 19%。美國先進(jìn) C-17 運(yùn)輸機(jī)的鈦合金用量 10.3%，單機(jī)鈦合金用量為 6.8 噸。美軍 F22 戰(zhàn)機(jī)鈦合金占飛機(jī)結(jié)構(gòu)重量 42%，單機(jī)鈦用量約為 4.08 噸。我國自主研發(fā)的 C919 大飛機(jī)鈦合金用量達(dá)到了 9.3%，單機(jī)空重為 42.1 噸，估測單機(jī)鈦合金零件重量約為 3.92 噸，假設(shè)損耗率為 80%，C919 將帶來超過 4 萬噸的鈦合金需求（不含發(fā)動(dòng)機(jī)）。
鈦合金長期穩(wěn)占航空發(fā)動(dòng)機(jī)冷端的主體地位，用量占比約為 30%。鈦合金憑借其低密度、高耐熱性、抗腐蝕性、抗蠕變、高機(jī)械強(qiáng)度等普遍用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)中的壓氣機(jī)機(jī)匣、轉(zhuǎn)子盤、轉(zhuǎn)子葉片、靜子葉片和風(fēng)扇葉片等零部件，以減輕發(fā)動(dòng)機(jī)的重量，提高推重比。根據(jù)《鈦合金在航空領(lǐng)域的發(fā)展與應(yīng)用》，從歐美國家航空發(fā)動(dòng)機(jī)的鈦用量變化可以看出，航空發(fā)動(dòng)機(jī)中鈦合金占比呈現(xiàn)增長趨勢，目前國外先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)鈦用量已達(dá)到 25%以上，第 3 代發(fā)動(dòng)機(jī) F-100 的鈦合金用量約為 25%，第 4 代發(fā)動(dòng)機(jī) F119 的鈦合金用量約為 40%。我國早期研制的航空發(fā)動(dòng)機(jī)鈦用量很低，根據(jù)曹春曉院士披露，1978 年研制的渦噴 13 系列發(fā)動(dòng)機(jī)的鈦用量達(dá)到 13％，2002 年設(shè)計(jì)的昆侖渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)的鈦用量為 15%，而第 3 代航空發(fā)動(dòng)機(jī)（太行）中鈦合金用量提升至 25%，在研的新型軍用渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的鈦合金用量估計(jì)為 30%~35%，趨近于國外的先進(jìn)水平，在研的新型商用渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的鈦合金用量預(yù)計(jì)為 23%左右。
鈦及鈦合金憑借其優(yōu)異特性，被認(rèn)為是非常理想的海洋材料，俄羅斯在船用鈦合金的實(shí)際應(yīng)用上最先進(jìn)，其船舶用鈦量已接近 18%，中國的船舶鈦用量不足 1%，未來發(fā)展空間巨大。鈦合金材料密度低、強(qiáng)度高、耐腐蝕、耐高溫、透聲、無磁、無冷脆性，能夠充分滿足船舶材料的要求，主要應(yīng)用于耐壓殼體、船體結(jié)構(gòu)、管道、閥及配件等。俄羅斯的研發(fā)和應(yīng)用水平居首，已形成不同強(qiáng)度級(jí)別的船用鈦合金。其“阿爾法”級(jí)、“麥克”級(jí)、“塞拉”級(jí)核潛艇殼體均使用鈦合金制造， “阿爾法”級(jí)核潛艇鈦合金用量達(dá)到 3000 噸；美國將鈦合金應(yīng)用于各種動(dòng)力的潛艇、海水管路系統(tǒng)及深潛器的耐壓殼體等，如 Aivin 號(hào)、Sea-Cliff 號(hào)深潛器等。中國最早于 1962 年開始對(duì)船舶用鈦合金進(jìn)行研究開發(fā)，形成的完整體系可以滿足我國艦船用鈦合金的基本需求，但中國的研究與應(yīng)用方面與俄美存在一定的差距，應(yīng)用部位和用量都相比較少，根據(jù)《鈦及鈦合金在船舶中的應(yīng)用》等文獻(xiàn)，國外的船舶鈦用量約為 13%，俄羅斯已接近 18%，而中國的比例不足 1%。
主要原因可能為 1）相較結(jié)構(gòu)鋼，鈦材成本較高 2）中國鈦工業(yè)之前是為了航空工業(yè)服務(wù)的，鈦材針對(duì)船舶的應(yīng)用研究及相關(guān)配套能力不足。鈦合金本身優(yōu)異特性決定了其在船舶、海洋工程領(lǐng)域的應(yīng)用趨勢，未來隨著船用鈦材的開發(fā)研究水平提升以及配套裝備逐漸成熟，船舶用鈦量提升空間廣闊。
大規(guī)格鑄錠真空熔煉及大規(guī)格棒材制造技術(shù)難度高，是此前長期制約我國裝備發(fā)展的瓶頸之一。長期以來，我國鈦合金棒材的規(guī)格不大（直徑基本不大于 300mm）且組織均勻性較差，無法滿足新型軍工裝備鈦合金整體化結(jié)構(gòu)鍛件的用料要求。近年來，我國大規(guī)格棒材鍛造技術(shù)發(fā)展較快，逐步實(shí)現(xiàn)了航空鈦合金直徑 300mm~500mm 棒材的批量化生產(chǎn)，帶動(dòng)了相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)升級(jí)。比如，成功制備航空用 TC18 鈦合金Ф500mm 棒材、TC4 鈦合金Ф600mm 棒材，Ti6Al4V ELI 鈦合金Ф650mm 棒材等。熔煉端，我國高端領(lǐng)域用鈦合金鑄錠的生產(chǎn)從 3 噸錠型逐步發(fā)展到了 5 噸錠型、8 噸錠型；鑄錠常見的縮孔、高密度夾雜、低密度夾雜、成分偏析等缺陷逐步得到了解決。比如，對(duì)純凈性要求很高的損傷容限型 TC4-DT 鈦合金實(shí)現(xiàn)了 8 噸級(jí)大規(guī)格鑄錠批量化生產(chǎn)。
海綿鈦是鈦合金的主要原材料，按 22 年市場價(jià)測算約占生產(chǎn)成本的 47%。海綿鈦的制作工藝包括全流程法和半流程法兩類，主要由二氧化鈦含量 90%以上的鈦礦或高鈦渣經(jīng)過氯化精制得到四氯化鈦，四氯化鈦再與鎂高溫下發(fā)生還原反應(yīng)生成海綿鈦與氯化鎂。根據(jù)中游加工工藝不同，海綿鈦再經(jīng)過熔煉、鍛造、軋制和擠壓制成鈦錠和各類鈦材。按照鈦材均價(jià) 37 萬元/噸、海綿鈦均價(jià) 8 萬元/噸，鈦材毛利率 43%，每生產(chǎn) 1 噸鈦材消耗 1.25 噸海綿鈦來計(jì)算，海綿鈦約占生產(chǎn)成本的 47%左右，因此海綿鈦價(jià)格的漲跌對(duì)于軍品業(yè)務(wù)的盈利能力會(huì)產(chǎn)生較大影響。
從海綿鈦到鈦材的加工過程復(fù)雜，各個(gè)環(huán)節(jié)產(chǎn)生的損耗較多，但其成本挖潛的空間也相應(yīng)的會(huì)更大。鈦板、鈦棒、鈦管等鈦材是由原料海綿鈦熔煉為鈦錠，再鍛造成鍛件、板坯、棒坯、鍛坯，最后經(jīng)過熱軋或冷軋或擠壓或機(jī)加等工藝制備而成。以鈦板為例，海綿鈦熔煉為鈦錠損耗率為1.2%，從鈦錠到板坯成材率大致為 97.56%，最終的板坯到熱軋板成材率最低，僅為 80%，綜合計(jì)算海綿鈦到熱軋板的成材率僅為 77%（=98.8%*97.56%*80%）。若是將熱軋板深度加工為冷軋板，海綿鈦到冷軋板的成材率僅為 69%（=77%*90.1%）。因此優(yōu)秀的企業(yè)有望通過緊抓管理，優(yōu)化鈦材加工工藝，提高海綿鈦到鈦材的成材率，進(jìn)而優(yōu)化成本端提升盈利能力。
3、高溫合金 2023 年產(chǎn)量大幅釋放，正式踏上“從 1到 100”發(fā)展之路
高溫合金是指能在較高溫度（600 ~1200℃）及應(yīng)力作用下工作的金屬材料，發(fā)動(dòng)機(jī)高溫端部件是目前最主要的應(yīng)用場景。航空發(fā)動(dòng)機(jī)的性能水平在很大程度上取決于高溫合金材料的性能水平，發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪前溫度每提高 100 度，推重可以增加 10%，航發(fā)的每一次升級(jí)換代幾乎都伴隨著渦輪前溫度的顯著提高。在現(xiàn)代航空發(fā)動(dòng)機(jī)中，高溫合金用量高達(dá)發(fā)動(dòng)機(jī)質(zhì)量的 40%-60%。高溫合金用于發(fā)動(dòng)機(jī)除風(fēng)扇及軸以外幾乎所有區(qū)域。
高溫合金按照制造工藝劃分可以分為變形高溫合金、鑄造高溫合金、粉末冶金高溫合金等。變形高溫合金：是指可以進(jìn)行熱、冷變形加工，具有良好的力學(xué)性能和綜合的強(qiáng)、 韌性指標(biāo)，具有較高的抗氧化、抗腐蝕性能的一類合金，可分為固溶強(qiáng)化型合金（900~1300℃）及時(shí)效強(qiáng)化型合金（-253~950℃），固溶強(qiáng)化型合金具有一定的高溫強(qiáng)度，有良好的塑形、熱加工性和焊接性，用于制作工作溫度不高、承受應(yīng)力不大的部件，例如燃?xì)鉁u輪的燃燒室；時(shí)效強(qiáng)化型合金綜合采用固溶、沉淀、晶界三種強(qiáng)化方式，具有良好的高溫蛹變強(qiáng)度和抗疲勞性能，用于制造高溫下承受應(yīng)力較高的部件，如燃?xì)鉁u輪的葉片和渦輪盤。其中，GH4169 變形高溫合金材料在發(fā)動(dòng)機(jī)中的用量逐年攀升，我國三代戰(zhàn)機(jī)主力發(fā)動(dòng)機(jī)太行中應(yīng)用 GH4169 合金的零件號(hào)達(dá)到 261 個(gè)，零件總質(zhì)量占核心機(jī)質(zhì)量的 60%，占發(fā)動(dòng)機(jī)質(zhì)量的 30%以上。航發(fā)用渦輪盤是該合金最重要的產(chǎn)成品。此外，在大飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)和直升機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)用渦軸系列發(fā)動(dòng)機(jī)中也獲得廣泛應(yīng)用。
軍機(jī)加速列裝和民用大飛機(jī)國產(chǎn)替代背景下，配套軍發(fā)高溫合金需求量大。短期看，我國軍發(fā)已實(shí)現(xiàn)自主可控，殲16、20已大規(guī)模換裝國產(chǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)，在軍機(jī)升級(jí)換代加速列裝的背景下，配套軍發(fā)也邁入加速放量期。長期看，國產(chǎn)大飛機(jī)已起航，隨著民發(fā)國產(chǎn)化的進(jìn)程，將續(xù)力軍發(fā)帶來更加廣闊的市場前景。
同時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)具備耗材屬性，隨著國產(chǎn)航發(fā)占比的提升以及訓(xùn)練強(qiáng)度的增加，發(fā)動(dòng)機(jī)具備龐大替換和維修需求。根據(jù)科技日?qǐng)?bào)，俄系航空發(fā)動(dòng)機(jī)飛機(jī) AL-31F 的總壽命為 900 小時(shí)，大修壽命為300 小時(shí)。按照每年約 240-300 小時(shí)的訓(xùn)練和值班飛行時(shí)數(shù)來計(jì)算，通常每經(jīng)過 4 年時(shí)間就需要更換全新發(fā)動(dòng)機(jī)。對(duì)平均壽命可達(dá)到 20 年之久的戰(zhàn)斗機(jī)（單發(fā)）來說，如果 4 年更換一次全新發(fā)動(dòng)機(jī)，就需要約 5 臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)。對(duì)于美系 F100/F110 發(fā)動(dòng)機(jī)而言，其工作壽命為 4000 小時(shí)，首翻期壽命為 1000 小時(shí)，按照前述俄系航發(fā)的計(jì)算過程，美系 F100/F110 發(fā)動(dòng)機(jī)每經(jīng)過約 15 年時(shí)間就需要更換全新發(fā)動(dòng)機(jī)，每臺(tái)戰(zhàn)斗機(jī)需要約 2 臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)。與此同時(shí)，若是雙發(fā)戰(zhàn)斗機(jī)，且每次換發(fā)是 2 臺(tái)一起更換的線 臺(tái)航發(fā)而俄系則需要 10 臺(tái)航發(fā)。由此可見航發(fā)具備耗材屬性，隨著我國國產(chǎn)航發(fā)占比的提升以及訓(xùn)練強(qiáng)度的增加，對(duì)應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)的替換和維修需求十分龐大。
研發(fā)難度大、試錯(cuò)成本高、應(yīng)用周期長，共同造就了高溫合金產(chǎn)業(yè)較高的壁壘。航發(fā)用高溫合金幾乎是在超越材料極限性能的條件下持續(xù)工作，因此對(duì)合金各方面性能都提出了苛刻的要求。目前主導(dǎo)市場的鎳基高溫合金是以鎳元素為基體加入其它合金元素，其中鈷、鉻、鋁、鎢起固溶強(qiáng)化作用，鋁、鈦、鈮、釩形成γ′強(qiáng)化相元素，硼、鎬起強(qiáng)化晶界作用。各類強(qiáng)化元素在篩選、配比、時(shí)序、工藝等方面只要有細(xì)微的調(diào)整，就會(huì)影響產(chǎn)品性能。而關(guān)鍵技術(shù)處于西方的封鎖的背景下，材料工程又很難進(jìn)行逆向仿制，進(jìn)一步加大了研發(fā)難度，在產(chǎn)品開發(fā)過程中對(duì)檢測、探傷等能力有較高的要求，因此目前航空用高溫合金市場的主要制造商基本具有科研院所的背景。
在不斷修正工藝配方的過程中，不可避免會(huì)帶來較高的試錯(cuò)成本，尤其是其中包含了鈷、鈮等貴金屬。此外，材料性能的驗(yàn)證有賴于下游鍛鑄等成型工藝的加工協(xié)作，最后總裝試車，上述驗(yàn)證流程使得一型產(chǎn)品的成熟需要較長的時(shí)間周期，從而形成較高的先入壁壘和資金壁壘?；谏鲜鲈?，高溫合金行業(yè)從業(yè)企業(yè)相對(duì)較少、格局穩(wěn)固，競爭主要來自于現(xiàn)有企業(yè)間。
變形高溫合金市場用量占比較高，約占 70%，但國產(chǎn)化率低，目前國內(nèi)僅個(gè)別企業(yè)具備批量供應(yīng)能力，供需缺口較大。發(fā)動(dòng)機(jī)中，鑄造高溫合金僅用于渦輪葉片和個(gè)別機(jī)匣；粉末高溫合金僅用于渦輪盤，其余部分包括壓氣機(jī)、燃燒室、機(jī)匣等大部分結(jié)構(gòu)件都是采用變形高溫合金，因此變形高溫合金用量占比較高。根據(jù)《高溫合金的分類》，變形高溫合金約占 70%、鑄造高溫合金占20%，粉末高溫合金占比 10%。目前只有撫順特鋼、寶鋼特鋼、圖南股份等公司具備批產(chǎn)能力。從目前規(guī)模第一的撫鋼看，其 2022 年高溫合金營收規(guī)模達(dá)到 16.19 億元，產(chǎn)量為 7174 噸，而其高溫合金產(chǎn)品以變形高溫合金為主。雖然我國高溫合金進(jìn)口替代趨勢明顯，但整體技術(shù)水平與世界先進(jìn)水平仍存在差距，目前仍有 50%左右的產(chǎn)品依賴進(jìn)口，供需缺口較大。
粉末高溫合金已成為目前高性能航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪盤的首選材料，隨著未來我國先進(jìn)航發(fā)性能提升，對(duì)粉末高溫合金需求將越來越大。在航空發(fā)動(dòng)機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)的熱端零部件中，渦輪盤由于處于溫度最高、環(huán)境最惡劣的部位而被認(rèn)為是最關(guān)鍵的部件之一。在我國，渦輪盤中變形高溫合金GH4169 合金用量最大、應(yīng)用范圍最廣。隨著高推重比、高功重比發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展，對(duì)渦輪盤要求也越來越高，要求高溫合金中的強(qiáng)化元素也越來越多，使其塑性變差，難以熱加工變形，并且合金元素的增多使高溫合金凝固偏析嚴(yán)重，造成組織和性能的不均勻。采用粉末冶金工藝生產(chǎn)高溫合金粉末渦輪盤就能解決上述問題。粉末渦輪盤是通過將粉末高溫合金母合金制粉，并經(jīng)熱等靜壓、熱加工變形和熱處理等工藝生產(chǎn)而成，這種制備方式制成的渦輪盤的屈服強(qiáng)度和疲勞性能都有提高。
第一代粉末盤 Rene95 用于 GE 公司第三代發(fā)動(dòng)機(jī)如：F404、F110、T700 系列等；第二代粉末盤 Rene88DT 已逐步替代 Rene95 應(yīng)用于第三、四代軍用發(fā)動(dòng)機(jī)；第三代粉末盤使用溫度 800℃以上，為雙組織/雙性能渦輪盤，擬用于第五代發(fā)動(dòng)機(jī)。GEAE 與 PWA 聯(lián)合研制的 René104(ME3)合金是第三代合金的典型代表，據(jù)報(bào)道，René104 合金的熱時(shí)壽命是第二代粉末高溫合金的 20～30 倍，該合金已經(jīng)在 GP7200 等發(fā)動(dòng)機(jī)得到了應(yīng)用，并在空客 A380、波音 787 等大型客機(jī)上獲得應(yīng)用。隨著我國批產(chǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)越來越多采用粉末盤，未來將具備龐大的新裝及維修需求。
4、在 MRI、MCZ、磁約束核聚變相繼拉動(dòng)下，超導(dǎo)材料有望長期保持較快增長
超導(dǎo)材料，是指在一定條件下，具有直流電阻為零和完全抗磁性的材料。根據(jù)超導(dǎo)材料的臨界溫度，可分為低溫超導(dǎo)材料和高溫超導(dǎo)材料。一般認(rèn)為，Tc25K 的超導(dǎo)材料稱為低溫超導(dǎo)材料，目前已實(shí)現(xiàn)商業(yè)化的包括 NbTi（Tc=9.5K）和 Nb3Sn（Tc=18k）；Tc≥25K 的超導(dǎo)材料稱為高溫超導(dǎo)材料，有實(shí)用價(jià)值的主要有鉍系、釔系和 MgB2（Tc=40K）材料等。目前，全球超導(dǎo)市場以低溫超導(dǎo)為主，其絕大部分應(yīng)用都是基于超導(dǎo)磁體產(chǎn)生的強(qiáng)磁場，主要應(yīng)用領(lǐng)域包括核磁共振成像儀（MRI）、磁控直拉單晶硅（MCZ）、NMR、國際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆（ITER）、加速器、科研用特種磁體等。根據(jù) Conectus 數(shù)據(jù)，全球超導(dǎo)產(chǎn)品市場規(guī)模從 2012 年的 51.9 億歐元增長至 2022 年的 68 億歐元。
與低溫超導(dǎo)產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)的行業(yè)包括超導(dǎo)錠棒、超導(dǎo)線材、超導(dǎo)磁體和超導(dǎo)設(shè)備。1）NbTi 錠棒領(lǐng)域：全球僅有西部超導(dǎo)和美國 ATI 兩家公司。2）超導(dǎo)線材領(lǐng)域：主要廠商包括西部超導(dǎo)、英國Oxford、德國 Bruker、英國 Luvata、日本 JASTEC，其中西部超導(dǎo)是國內(nèi)唯一的低溫超導(dǎo)線）超導(dǎo)磁體領(lǐng)域：國外主要廠商包括英國 Oxford、 德國 Bruker 等；國內(nèi)主要廠家包括西部超導(dǎo)、寧波健信、濰坊新力、成都奧泰。4）超導(dǎo)設(shè)備領(lǐng)域：高端超導(dǎo) MRI 市場基本上被 GE、PHILIPS、SIEMENS 三家國際巨頭壟斷；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。國外 NMR廠商主要包括德國 Bruker、日本 JEOL。綜合低溫超導(dǎo)全產(chǎn)業(yè)鏈看，西部超導(dǎo)是國內(nèi)唯一低溫超導(dǎo)線材商業(yè)化生產(chǎn)企業(yè)，也是目前全球唯一的鈮鈦錠棒、超導(dǎo)線材、超導(dǎo)磁體的全流程生產(chǎn)企業(yè)。
MRI 和 MCZ 領(lǐng)域用的是 NbTi 超導(dǎo)線材，這是由于 NbTi 和 Nb3Sn 超導(dǎo)線材的以下區(qū)別所致：NbTi 是二元合金，具有良好的加工塑性，很高的強(qiáng)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。
?。ㄒ唬㎝RI：我國 MRI 用超導(dǎo)線材潛在空間大，國內(nèi)廠商正逐步實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)替代。
MRI 是目前最重要的醫(yī)療影像診斷之一，但我國人均 MRI 擁有量與發(fā)達(dá)國家存在較大差距：根據(jù)Statista 的數(shù)據(jù)，2022 年，美國、希臘等國家的百萬人 MRI 設(shè)備保有量均在 30 臺(tái)以上，而我國每百萬人口 MRI 擁有量僅為 9.38 臺(tái)?？紤]到中國人口數(shù)量位居世界第一，未來全球 MRI 最大的市場在中國。目前國內(nèi)市場基本上被國外公司壟斷，價(jià)格昂貴。為此，國家明確將磁共振成像設(shè)備列為當(dāng)前優(yōu)先發(fā)展的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)化重點(diǎn)領(lǐng)域之一。
我國近年來對(duì) MRI 的需求日益增長，但進(jìn)口 MRI 的數(shù)量和金額卻呈下降趨勢。根據(jù)海關(guān)統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)，2014 年進(jìn)口 MRI 數(shù)量為 460 臺(tái)，進(jìn)口總金額為 5.67 億美元；2022 年進(jìn)口 MRI 臺(tái)數(shù)下降至354 臺(tái)，進(jìn)口總金額下降至 5.35 億美元，主要是由于國外廠商在大陸設(shè)廠以及國產(chǎn)廠商正逐步實(shí)現(xiàn)對(duì)進(jìn)口設(shè)備的替代。由于國產(chǎn)超導(dǎo) MRI 系統(tǒng)成本上的優(yōu)勢，使得越來越多的基層醫(yī)院可以承擔(dān)購置成本，在我國二三線城市有較強(qiáng)的市場競爭能力，預(yù)計(jì)國產(chǎn)超導(dǎo) MRI 市場將進(jìn)一步擴(kuò)大，對(duì)NbTi 超導(dǎo)線材的需求將有穩(wěn)步增長。
我國光伏、半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)拉動(dòng)單晶硅高需求，2021 年市場規(guī)模為 459.77 億元，2022 年約增長至530.11 億元，其中 MCZ 產(chǎn)品約占總產(chǎn)量的 70%-80%。目前，國際上硅片主流產(chǎn)品是 300mm，而 2017 年以前我國 300mm 半導(dǎo)體硅片幾乎全部依賴進(jìn)口，近些年正處于國產(chǎn)替代進(jìn)程中，同時(shí)MCZ 技術(shù)可降低單晶硅制造能耗，契合當(dāng)前“雙碳”目標(biāo)，MCZ 配套的超導(dǎo)材料行業(yè)將迎來快速發(fā)展。
單晶硅按晶體生長方法的不同，分為直拉法（CZ）、區(qū)熔法（FZ）兩種。區(qū)熔法單晶硅質(zhì)量但很難實(shí)現(xiàn)大尺寸單晶硅的生長。直拉法可實(shí)現(xiàn)大尺寸單晶硅的生長，適合大規(guī)模集成電路和大面積太陽能電池的制備，廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體集成電路、二極管、外延片襯底。綜合成本和性能的因素，直拉法是目前主要的單晶硅規(guī)?；慨a(chǎn)技術(shù)。MCZ 技術(shù)的物理基礎(chǔ)是通過磁場對(duì)導(dǎo)電硅流體的熱對(duì)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(shí)現(xiàn)高質(zhì)量大尺寸單晶硅快速生長。其中采用超導(dǎo)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(dǎo)體級(jí)單晶硅的最主要方法。
相比常導(dǎo)磁體，超導(dǎo)磁體可降低 300mm 單晶硅制造能耗 20%、提高成品率 30%。目前，國際上硅片主流產(chǎn)品是 300mm，而我國 300mm 以上的半導(dǎo)體級(jí) MCZ 生產(chǎn)裝備磁場部分主要由常導(dǎo)磁體提供（磁場強(qiáng)度小于 0.2T），常導(dǎo)磁體功耗大（大于 100kW）、需要復(fù)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(dǎo)材料具有零電阻的特性，采用超導(dǎo)材料制備的超導(dǎo)磁體可以實(shí)現(xiàn)無阻載流運(yùn)行。超導(dǎo)磁體和常導(dǎo)磁體相比，其體積和運(yùn)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%。返回搜狐，查看更多
