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钛及钛粉概述
钛是一种银灰色过渡金属，密度低（4.5g/cm³）、强度高（比强度优于钢）、耐腐蚀性强（尤其在海水和酸性环境中），且生物相容性优异。其晶体结构在883℃发生α→β相变，可通过合金化调整性能，形成α型、β型和α+β型钛合金。钛粉按粒度分为粗粉（50-1000μm）、细粉（10-50μm）、微粉（0.5-10μm）和超细粉（<0.5μm），按纯度分为工业级（含氧量<0.15%为高品质）和医用级（纯度≥99.9%）等。钛粉活性高，易氧化燃烧，需惰性气体保护储存。
钛粉主要制备工艺
1.氢化脱氢法（HDH）
氢化脱氢法是利用钛与氢的可逆特性制备钛粉的一种工艺，钛吸氢后产生脆性，经机械破碎制成氢化钛粉，再将其在真空条件下高温脱氢制取钛粉。此工艺生产的钛粉粒度范围宽、成本低、对原料要求低，目前已经成为国内外生产钛粉的主要方法，但该方法所制备钛粉的O、N含量较高，仅适用于化工、烟花等非精密领域。
2.气雾化法（GA）
气雾化法起源于19世纪20年代，是利用高速气流冲击金属熔液，将气体动能转化为微小金属熔滴的表面能，最终冷却获得球形金属粉末的工艺。气体雾化法制备钛粉首先将钛金属熔化，通过坩埚底部的喷嘴用高速惰性气体将产生的金属熔液喷射呈喷雾状，冷凝后生成钛金属粉末。气雾化法制备的钛粉冷却速率快、成分均匀、球形度高、粒度分布较宽、可规模化生产。气雾化法可分为电极感应熔炼惰性气体雾化（EIGA）和真空感应熔炼惰性气体雾化（VIGA）两种技术路径。
3.离心雾化法
离心雾化法制取钛粉是借助旋转所产生的离心力将金属破碎，并以雾状液滴甩出，之后凝固得到高纯度的球形钛粉。目前，离心雾化法主要包括旋转电极法(REP)、等离子旋转电极法和电子束旋转盘法(EBRD)等。离心雾化法制得的钛粉为球形，表面光洁，较为致密，流动性好，粒度分布较窄，且粉末粒度可通过旋转电极的转速来调整。与气体雾化制备的粉末相比，旋转电极工艺制备的粉末没有雾化球形钛粉中常见的伴生相，粉末粒度更加均匀，但采用此法生产的钛粉成本高，目前一般用于航空航天领域。
钛粉应用领域
1. 航空航天领域
钛粉在航空航天领域的应用占比最高（约45%），主要用于制造发动机叶片、机身结构件、火箭燃料阀体等关键部件。钛合金的高比强度（优于钢）、耐高温（可达550℃）和轻量化特性显著提升了飞行器的燃油效率和载荷能力。例如，波音787的钛合金用量达15%，较传统机型提升3倍；国产大飞机C919的机翼肋条和长征火箭部件也大量采用钛金属。3D打印技术（如SLM、EBM）依赖高纯度球形钛粉（氧含量≤0.13%），可制造复杂结构件，例如涡轮盘和燃烧室。
2. 生物医疗领域
钛粉在医疗领域的应用占比约25%-30%，核心场景包括骨科植入物（人工关节、脊柱融合器）、牙科修复材料（种植体、牙冠）和心血管支架。钛的生物相容性、耐腐蚀性和抗菌性使其成为理想的植入材料。2024年国内骨科钛粉采购量同比增长31%，神经外科领域也开始探索钛基神经支架和脑部植入物。
3. 汽车制造与新能源领域
钛粉在汽车轻量化制造中占比约15%，应用于新能源汽车的电池托盘、底盘和发动机部件（如连杆、涡轮增压器）。钛合金可减轻部件重量20%-30%，提升续航能力，特斯拉和宝马等企业已将其用于电动车底盘。在新能源领域，钛粉用于氢燃料电池双极板和太阳能电池板。此外，钛基材料在核电设备耐蚀部件和风电叶片中的需求也在增长。
氢燃料电池高性能钛双极板 图源：西部材料
4. 3D打印与增材制造
3D打印领域对钛粉的需求增速最快（年增长率超20%），主要依赖高流动性球形钛粉。激光选区熔化（SLM）和电子束熔融（EBM）技术可制造复杂结构件，如航天器大型构件和个性化医疗植入物。铂力特等企业已实现1米级钛合金构件的打印，消费电子领域（如折叠屏手机铰链）也推动钛粉成本从600元/kg降至300元/kg以下。
5. 化工与能源领域
钛粉用于制造化工设备（如反应釜、换热器）、耐腐蚀管道和环保催化剂。其高比表面积和耐蚀性在石油炼制催化剂和废水处理中表现突出。在能源领域，钛粉用于锂离子电池负极材料和海水淡化设备，提升储能效率和耐海水腐蚀性。
6. 消费品与体育器材
钛粉在高端消费品中应用广泛，如Apple Watch Ultra表壳采用Ti-6Al-4V粉末冶金件，高尔夫球杆和滑雪板通过粉末冶金实现轻量化。此外，钛基涂料用于舰艇螺旋桨表面喷涂，耐海水腐蚀寿命延长至30-40年，远超传统铝合金部件的10年。
高端钛粉亟需突破
我国钛资源储量与初级产品产量位居全球前列，但高端钛粉长期面临“卡脖子”困境：依托攀西地区钒钛磁铁矿资源（钛储量占全球30%以上），国内海绵钛产量已占全球60%以上，但高纯度微细钛粉、3D打印用球形钛粉等高端产品大部分仍依赖进口，严重制约航空航天、生物医疗等战略领域自主可控发展。因此，亟需通过制备工艺升级、产业链协同及应用场景创新突破瓶颈。
1. 通过改进氢化脱氢（HDD）和等离子旋转电极雾化技术（PREP），提升微细钛粉（≤45μm）收得率并稳定控制氧含量至800ppm以下，满足航空航天与医疗植入体严苛需求；
2. 拓展3D打印领域应用，开发高球形度、低杂质钛粉以适配折叠屏铰链、卫星构件等精密制造场景，推动消费电子与航天器轻量化进程；
3. 依托攀西地区钛资源禀赋，构建“海绵钛-钛粉-终端产品”全产业链闭环，通过超软海绵钛制备技术突破实现原料自给并降低综合成本；同步探索绿色短流程制造与回收技术，减少能耗与污染，响应碳中和目标下可持续发展要求。
参考来源：
霍东兴，等：钛金属制备方法的研究进展
郭广浩，等: 金属增材制造用钛粉制备研究
杨鑫，等：等离子旋转电极法制备钛铝粉末性能表征
黄张洪，等：航空用钛及钛合金的发展及应用
吴文恒，等：增材制造用球形金属粉末主要制备技术的研究进展
中研网、中国粉体网、陕西凤翔钛粉钛材有限公司等
（中国粉体网编辑整理/留白）
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