第一章 行业背景

先进核能材料是核能系统的物质基础，其性能直接决定了核反应堆的安全性、经济性与使用寿命。核燃料组件被誉为“核电站的粮食”，不仅是核电站的“心脏”，也是安全的第一道屏障。而锆合金作为燃料组件的“骨骼”，被称为核反应堆的“第一道安全屏障”。

从技术逻辑看，先进核能系统对材料的要求已跨越现有经验边界。第四代先进核能系统如高温气冷堆、快堆、钍基熔盐堆，运行温度更高、中子辐照更强、化学环境更复杂。传统的低合金钢材料在这些极端工况下会迅速失效。

从产业逻辑看，先进核能材料是核电国产化的“最后壁垒”之一。很长一段时间，国内核电站燃料组件用锆合金材料基本依赖进口，成为制约我国核燃料产业发展的主要瓶颈。材料“卡脖子”与无自主技术并存的困境，倒逼中国核工业走上自主突围之路。

从战略逻辑看，先进核能材料已被提升至国家战略高度。“十五五”规划明确“实施非化石能源十年倍增行动”，核能作为清洁低碳的基荷能源被赋予保障能源安全、支撑“双碳”目标的核心使命。2026年7月31日，国务院常务会议核准4个核电项目共8台机组，2019年至今8年累计核准64台核电机组。以单台国产百万千瓦三代核电机组约200亿元投资估算，此次新核准机组投资总额或将超过1700亿元。核电站建设提速正推动核能材料需求进入快速扩张通道。

第二章 产业链全景

先进核能材料产业链覆盖核燃料循环全流程，可划分为三大环节：

上游（核燃料循环前端）：铀矿开采与冶炼、铀转化与浓缩、核燃料元件制造。核心材料包括核级锆合金（燃料包壳）、核燃料芯块（UO₂等）、核级石墨（慢化剂）。

中游（核反应堆核心材料）：堆内结构材料（低活化钢、镍基合金）、耐辐照陶瓷复合材料（SiC/SiC）、控制棒材料（银-铟-镉合金、碳化硼）、慢化剂与反射层材料（核级石墨、铍）、冷却剂材料（液态钠、熔盐、氦气）。

下游（核燃料循环后端）：乏燃料后处理材料、放射性废物固化材料（玻璃固化体、陶瓷固化体）、核设施退役去污材料。

此外，可控核聚变材料作为面向未来的延伸方向，涵盖超导磁体材料（低温超导NbTi/Nb₃Sn、高温超导REBCO）、面向等离子体材料（钨基复合材料）、氚增殖材料及中子倍增材料等。

从价值分布看，先进核能材料产业链呈现“上游高壁垒、中游高价值、下游高成长”的特征。上游核燃料元件制造涉及核安全资质与长期认证，进入壁垒极高；中游堆内结构材料直接决定反应堆的安全裕度与服役寿命，价值密度大；下游后处理与废物固化材料受益于核电站延寿与退役需求，成长空间广阔。

第三章 八大关键核心材料与重点企业

3.1 核级锆合金——国产化标杆

核级锆合金是核燃料包壳管的核心材料，用于包裹二氧化铀陶瓷芯块，构成核燃料棒。很长一段时间，国内核电站燃料组件用锆合金材料基本依赖进口。

国产化里程碑：中核集团启动N36锆合金工程化制备技术科研以来，核动力院历时8年、历经6大阶段技术攻关，成功掌握具有自主知识产权的完整工程化制备技术。2017年，西部新锆与核动力院签订技术转让合同，仅用13个月便攻克铸锭真空熔炼、锭坯挤压感应均匀加热等多项关键技术。公司建成世界领先的自主化核级锆材生产线，成为国内自主知识产权N36锆合金集自主研发、中试、生产、性能评价于一体的高科技企业。N36的成功交付，标志着我国完全实现自主化核级锆合金的规模化生产，彻底打破国外长期垄断。

目前，N36锆合金在国内市场占有率达100%，已成功应用于“华龙一号”“玲龙一号”等国产核电机组。N36锆合金的挤压、精密轧制等核心工艺，已成功应用于航空航天钛合金管材、大飞机型材等高端制造领域，以核级标准带动其他特种材料整体升级。

重点企业：

西部新锆：国内首个、也是目前唯一实现规模化商用的自主核级锆合金（N36）生产者。公司是国家财政部、工信部、发改委批复的“自主化先进压水堆燃料组件用锆合金结构材料产业化”项目承担单位，首批N36锆合金材料工程化产品成功下线通过验收交付，首次实现中国自主化N36锆材工程化、产业化，为我国核电“华龙一号”“走出去”战略提供了重要支撑。

三祥新材（603663）：在锆铪分离领域取得进展，2026年上半年预计净利润6900万—8000万元，同比增长53.65%—78.14%，依托核级海绵锆、纳米锆业务的放量增长。2026年3月，控股子公司辽宁华锆与全球核电领军企业法马通（Framatome）正式签署为期三年的核级海绵锆产品《销售框架协议》，将在2026年至2028年期间为法马通供应核级海绵锆产品。

3.2 核级石墨——四代堆与聚变的关键材料

核级石墨是专为核反应堆环境设计的高纯度人造石墨材料，主要用于中子慢化、反射、堆芯结构支撑以及高温抗辐射部件。核级石墨广泛应用于高温气冷堆、超高温气冷堆、熔盐反应堆、先进小型模块化反应堆以及部分核聚变系统。

市场规模：2025年全球核级石墨材料市场规模约1.76亿美元，预计2032年将达5.23亿美元，2026—2032年CAGR为14.2%。

竞争格局：全球市场高度集中，核心生产商包括方大炭素、Mersen、SGL Carbon、Tokai Carbon、Ibiden等。日本企业长期主导高端等静压核级石墨市场。中国依靠方大炭素等公司在第四代核电和国产核材料领域迅速提升市场份额。

重点企业：

方大炭素（600516）：国内核级炭素材料龙头，具备核级炭素、石墨材料全流程研发、生产、加工、供货能力，是国内率先取得民用核安全设备制造许可证的企业，2026年3月完成第三次延续审批，有效期至2031年。子公司成都炭材实现核级石墨材料量产，建成年产1200吨核级石墨专用生产线，2026年完成产线优化升级，核电相关材料产能提升40%，可全面适配新一代高温气冷堆、钍基熔盐堆等先进核电技术路线。公司自主研发的高温气冷堆炭堆内构件成功应用于华能山东石岛湾全球首座第四代高温气冷堆示范工程，打破国外长期技术垄断。2026年已完成中核加速器辐射防护石墨慢化体核级石墨交付，正在按合同约定开展核工业西南物理研究院第一壁石墨瓦加工，并成功中标中核工程的气冷微堆核级石墨项目。

3.3 耐辐照SiC/SiC复合材料——下一代包壳材料的终极目标

碳化硅纤维增强碳化硅复合材料（SiC/SiC）凭借低中子活化特性、优异的高温强度保持率（1200℃下仍可维持80%以上室温强度）以及良好的抗辐照肿胀能力，成为核燃料包壳管、控制棒导向管等关键部件的首选方案。SiC/SiC复合材料工作温度上限远高于锆合金，中子经济性好，不存在氢脆问题，是下一代压水堆事故容错燃料包壳的理想候选材料。

市场规模：2025年全球耐辐照SiC/SiC复合材料市场规模约14.7亿美元，预计2026年将突破18.2亿美元，增长约23.8%。全球具备批量制备高纯度、近净形SiC/SiC部件能力的企业不超过12家，前十家企业合计占据约78%市场份额。2025年全球SiC纤维总产能340吨/年，能满足核级纯度要求的产能仅92吨，形成结构性供需缺口。

应用进展：核工业领域2026年预计消耗约4.8吨SiC/SiC制品，重点集中在燃料包壳管（用量占比52%）和堆内测量导向管（占比28%）。中国在建的6台华龙一号后续机组及2台示范快堆已明确将SiC/SiC复合材料作为反应堆内部构件候选材料。聚变堆第一壁材料测试平台已完成首轮SiC/SiC模块安装。

政策推动：美国核管会（NRC）在2026年1月批准采用SiC/SiC包壳的ATF先导测试组件装堆许可，标志着该材料从研发正式进入工程验证阶段。中国国家能源局同期发布核级SiC/SiC复合材料通用技术条件行业标准征求意见稿。

3.4 事故容错燃料（ATF）包壳材料——核电安全的下一代防线

2011年福岛核事故后，事故容错燃料（ATF）的研发成为核电领域下一代先进核材料的重要方向。ATF包壳的研发思路主要有两种：一是研发代替锆合金的新型包壳材料；二是在现有锆合金包壳上制备先进涂层。

主流技术路线：Cr涂层因其优异的耐腐蚀性、中子辐照耐受性以及与锆基体良好的结合性备受关注，且不改变现有燃料组件结构和制备工艺，成为目前最具经济性和可行性的ATF包壳涂层材料。FeCrAl合金提供了更优的事故容错性能，而SiC/SiC复合材料被视为2030年后的远期方案。

国际进展：QUENCH-ATF联合项目正推进ATF包壳在设计基准及超设计基准事故场景下的性能测试。SiC包壳在轻水堆中的辐照性能验收标准已获得国际原子能机构（IAEA）技术导则的定量建议。

3.5 超导材料——核聚变与新一代加速器的基石

超导材料是可控核聚变装置磁体系统的核心，也是高温超导磁体占聚变堆核心设备成本比重达46%以上的关键赛道。

低温超导：NbTi（铌钛）和Nb₃Sn（铌三锡）是ITER及国内聚变装置的标准配置。

高温超导：REBCO（稀土钡铜氧）带材是紧凑型聚变装置的核心破局变量，凭借优异的载流与高场性能，可实现24T以上超强磁场。高温超导带材的突破正推动聚变装置向小型化、低成本方向发展。

重点企业：

西部超导（688122）：国内低温超导线材龙头，是国内唯一实现NbTi、Nb₃Sn超导线材全流程自主可控的供应商，深度绑定ITER及CFETR等国内外核聚变核心项目。2026年4月，公司联合应用单位成立合肥聚能超导线材科技有限公司，建设我国聚变工程专用高性能超导线材研发和产业化平台，形成包括高性能Nb₃Sn低温超导线材、Bi2212高温超导线材等产品体系。此外，控股子公司西安聚能超导线材科技设立全资子公司北爱尔兰超导技术有限公司，预计2026年底达产，产能快速释放将直接匹配聚变工程建设提速的巨大需求。

永鼎股份（600105）：高温超导通过控股子公司东部超导布局第二代YBCO（REBCO）带材，下游对接可控核聚变（CFEDR）、磁感应加热、磁拉单晶等领域。东部超导的《20K&20T高临界电流高温超导带材及产线的研发》项目入选《关于2026年度可控核聚变创新联合体“揭榜挂帅”（第一批）项目》。行业在《超导材料产业发展行动计划（2025—2030）》及聚变工程需求驱动下加速发展。

精达股份（600577）：作为上海超导主要参股股东，双方存在产业协同基础。上海超导高温超导带材广泛应用于可控核聚变、超导电网等国家级项目，IPO事项正在推进中。

联创光电（600363）：公司主营业务不涉及高温超导及可控核聚变相关业务板块。但参股40%的联创超导在高温超导磁体领域有技术积累——先后完成了REBCO集束缆线及高温超导磁体的设计，2023年完成国际首根百米级大电流高温超导缆线研制，2025年1月完成国内首个基于高温超导缆线的D型线圈20K温区低温实验。

3.6 镍基合金与超合金——四代堆的结构骨架

第四代核电所需的特种高温合金对材料提出了全新要求。钍基熔盐堆专用ERNiMo-2镍基焊材于2026年4月由中国科学院上海应用物理研究所牵头、宝武特冶联合研发成功，各项指标完全满足熔盐堆技术标准，关键持久性能优于进口同类产品。我国已开发出GH3535镍基合金等专用结构材料并成功应用于实验堆。

全球核能工程用超合金市场2025年规模为2.45亿美元，预计2032年将达4.86亿美元，CAGR为10.25%。超合金已从最初的小众高温合金发展成为能够提高运行温度、增强抗辐射性能和延长机组寿命的基础材料。

重点企业：

宝武特冶：联合中科院上海应物所成功研发钍基熔盐堆专用ERNiMo-2镍基焊材，打破进口垄断。

上大股份：国内高温合金主要供应商之一。

应流股份：核电及聚变堆材料部件供应商。

久立特材：国内三代核电蒸发器U型传热管等关键材料的主要供应商，具备完备的核级（1/2/3级）资质与配套能力。

3.7 钨基材料——聚变第一壁的“铠甲”

面向等离子体的第一壁材料需承受14MeV高能中子辐照和1500℃高温，现有钨铜复合材料在辐照下易脆化肿胀，寿命仅数万小时，远低于商用堆30年（约26万小时）的要求。钨基材料是聚变堆最难制造的部件之一。

重点企业：

安泰科技（000969）：研发生产的钨铜偏滤器耐温超1亿℃，供应EAST、ITER等装置。2026年1月，公司与合肥综合性国家科学中心能源研究院举行先进偏滤器联合实验室正式成立签约仪式及BEST偏滤器靶板重大采购项目签约，聚焦核聚变用高功率偏滤器部件、钨铜偏滤器组件修复等关键技术开展联合攻关。公司2025年新签BEST项目订单，在手聚变相关订单超8亿元。中科院固体物理研究所正在研发W-ZrC钨基第一壁材料等前沿方向。

3.8 中子倍增材料——氚自持的关键保障

中子倍增材料是实现聚变堆氚自持的关键材料之一。2025年全球中子倍增材料市场规模约8.5亿美元，在第四代核反应堆、聚变能研究及医用同位素生产等多重需求驱动下，预计2030年将攀升至近15亿美元。该细分市场处于高速增长通道，是先进核能材料领域最具成长性的方向之一。

第四章 市场空间与需求驱动

4.1 裂变堆材料需求：核电批量化建设驱动

2026年7月31日核准8台新机组后，2019年至今我国已累计核准64台核电机组。此次核准的4个项目投资总额或超1700亿元。据测算，单台百万千瓦核电机组对核级锆材的需求约20—30吨、核级石墨约100—150吨、各类镍基合金与不锈钢数千吨。核电机组核准常态化正推动核能材料需求进入持续扩张通道。

全球核材料市场2025年规模为605.8亿美元，预计2026年将达644.3亿美元，CAGR为6.4%。

4.2 四代堆材料需求：从研发走向工程

华泰证券研报指出，四代核电技术（钠冷快堆、钍基熔盐堆、高温气冷堆）或在“十五五”迎来关键机遇期。四代堆在燃料体系和冷却剂体系上与三代核电存在较大差异，对耐高温耐腐蚀材料提出了全新需求。

高温气冷堆方面，方大炭素核级石墨已成功应用于全球首座第四代高温气冷堆示范工程。钍基熔盐堆方面，ERNiMo-2镍基焊材国产化突破已为规模化建设奠定材料基础。快堆方面，SiC/SiC复合材料已被明确作为反应堆内部构件候选材料。

4.3 聚变堆材料需求：从0到1的增量市场

可控核聚变正从科学验证迈入工程验证阶段。聚变产业链价值高度集中于上游核心材料与中游关键设备。BEST、CFEDR等本土重大装置密集招标，上游超导材料、中游真空室构件等环节厂商将率先兑现订单红利。中长期应关注氚增殖、面向等离子体新材料研发方向。

第五章 挑战与展望

5.1 三大核心挑战

第一，辐照性能验证周期漫长。核级材料从研发到商用需经历堆外模拟、研究堆辐照、商用堆考验等多个阶段，周期长达10—15年。材料在真实中子场中的长期辐照行为仍是最大的不确定性。

第二，制备工艺与工程化瓶颈。高纯度、大尺寸、复杂形状的核级材料制备涉及极高的工艺门槛。全球能满足核级纯度要求的SiC纤维产能仅92吨/年，形成结构性供需缺口。SiC/SiC复合材料包壳的量产受限于制造规模和密封性，被视为2030年后的远期方案。

第三，供应链安全与自主可控。高端核级石墨、高性能SiC纤维等关键材料仍部分依赖进口。日本企业长期主导高端等静压核级石墨市场。美国2025年关税政策已对核能超合金供应链产生压力，推动企业回归合格国内供应商。

5.2 三大趋势判断

趋势一：国产替代从“点突破”走向“面覆盖”。N36锆合金、ERNiMo-2镍基焊材、高温气冷堆核级石墨等关键材料已实现国产化突破，但SiC/SiC复合材料、高性能超导带材等前沿材料仍处于追赶阶段。国产替代正在从单一材料突破走向系统化材料体系的构建。

趋势二：裂变与聚变材料需求形成“双轮驱动”。三代核电批量化建设为传统核级材料（锆材、石墨、不锈钢）提供稳定基本盘；四代堆与聚变装置为前沿材料（SiC/SiC、高温超导、钨基材料）打开增量空间。2026年8台新机组核准叠加BEST、CFEDR等聚变装置密集招标，两大需求引擎同步发力。

趋势三：材料研发范式正在被AI重塑。AI辅助的材料成分设计、辐照性能预测、制备工艺优化有望大幅缩短核级材料的研发周期。

5.3 核心结论

第一，先进核能材料是核电与聚变产业的“卡脖子”环节，国产替代空间广阔。N36锆合金的国产化证明了中国在核级材料领域已具备从研发到量产的完整能力，但SiC/SiC复合材料、高性能超导带材等前沿方向仍依赖进口或处于追赶阶段。

第二，核电批量化建设与聚变工程化验证“双轮驱动”，材料需求进入持续扩张通道。8台新机组核准（投资超1700亿元）叠加BEST、CFEDR等聚变装置招标，上游材料企业订单确定性最强。

第三，投资应聚焦“高壁垒+高价值+高成长”三条主线。高壁垒看核级锆材与核级石墨（资质壁垒高、国产替代刚需）；高价值看超导材料与钨基材料（占聚变堆成本比重大）；高成长看SiC/SiC复合材料与氚增殖材料（远期空间大、当前基数低）。

第四，核能材料的“长坡厚雪”属性决定了投资需要耐心资本。从实验室到工程化应用往往跨越十年周期。但一旦通过核安全认证，供应商地位极为稳固，订单持续性极强。

报告日期：2026年8月10日数据来源：上海证券报、新华网、GII市场研究报告、QYResearch、GEP Research、德邦证券研报、中信建投证券研报、国泰海通证券研报、投资界、36氪等公开信息。免责声明：本报告不构成任何投资建议，数据均来自公开可查渠道，因部分非上市企业信息未公开披露，本报告无法保证涵盖全部信息，亦不对所涉信息的绝对准确性承担法律责任。

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