突破：“超導鈮”與“航空鈮”金屬3D打印粉末，云火材料點亮核聚變與航天新賽道

南極熊導讀：“超導鈮”與“航空鈮”金屬3D打印粉末，國產已經突破!

在追求極致性能的高端制造領域，尤其是在火箭發動機、超導磁體等極端環境中，一種特殊的金屬材料正扮演著不可替代的角色——球形鈮及鈮合金粉末（Nb、Nb521、C103等）。它默默支撐著超導磁體的強大約束力、助推火箭發動機穿越蒼穹、賦予人工關節以生命般的相容性，更在量子計算的精密設備中發揮著不可替代的作用。

這類材料憑借其出色的高溫強度、極佳的生物相容性以及獨特的超導特性，正通過增材制造（3D打印）技術，從基礎原材料蛻變為關乎重大工程成敗的核心部件。南極熊獲悉，國內材料企業云火材料，憑借其自主的PDR等離子液滴精煉技術，正在這一高門檻的細分市場展開深入布局。

一、從礦石到高純球形粉的“等離子煉金術”

鈮（Niobium），是一種過渡金屬元素，原子序數為41，相對原子質量92.9。鈮在地殼中的含量為0.002%，自然儲量為520萬噸，是鈦儲量的0.74%。由此可見，基于鈮在自然界的稀缺性，看起來確實離我們比較遙遠。

△鈮礦石

(圖片來源：AI生成)

鈮是一種戰略性的稀有難熔金屬。要將其應用于對純度、形貌要求極高的3D打印等領域，傳統工藝難以滿足，云火材料采用的 PDR（等離子液滴精煉）技術，提供了一條獨特路徑。

該技術的核心在于利用約7000K的超高溫等離子體，將鈮原料瞬間熔化。在極高的表面張力作用下，熔融液滴會自發形成完美的球體，并在惰性氣體環境中急速冷卻、凝固。整個過程物料與爐壁無接觸，從而在實現極高球形度的同時，也保證了產物的超高純度與極低空心粉率。這正是制備適用于激光粉末床熔融（LPBF）等3D打印工藝的高質量金屬粉末的關鍵。

△云火PDR等離子液滴精煉技術

（圖片來源：云火材料）

據南極熊了解，云火可提供的球形鈮粉主體純度≥99.9%，關鍵雜質元素如氧、氮、碳均能控制在百萬分（ppm）級別。這種級別的純凈度，是保障其在后續燒結或打印過程中性能穩定，尤其是滿足超導應用嚴苛電學性能的基礎。

△云火制備的球形鈮粉形貌

（圖片來源:云火材料）

云火球形鈮粉

主體成分：主要為純鈮（≥99.9%）?

關鍵雜質控制：氧≤300?ppm、氮≤100?ppm、碳≤100?ppm，氫≤100ppm——這些極低的雜質含量是保障其燒結性能與超導特性的基礎。

粒度規格：5-25μm,15-45μm,15-53μm,45-105μm,53-150μm（可根據客戶要求定制各種粒度）

二、聚焦超導、航天與醫療三大尖端領域

鈮可廣泛應用于鋼鐵、高溫合金、核工業等產業領域，而云火制備的球形鈮粉更可在超導磁體、火箭發動機、人工關節中扮演著核心角色。

1、超導應用

鈮及其合金（如NbTi、Nb?Sn）是目前實用化超導磁體最重要的材料體系。通過3D打印等技術制造的鈮超導腔、線材，是粒子加速器（如CEPC、超級對撞機）、核磁共振成像（MRI）、可控核聚變裝置（如托卡馬克磁約束線圈）以及未來超導輸電等尖端裝備的核心。

△鈮在其中的粒子加速器

(圖片來源：AI生成)

2、航空航天應用

鈮合金（如C103、Nb521）具有優異的高溫強度和相對較低的密度，是制造火箭發動機噴管延伸段、推力室、燃氣舵等極端熱端部件的理想材料。利用3D打印一體化成形復雜冷卻流道與薄壁結構，能極大提升發動機性能和推重比。

△鈮在其中的航天噴射引擎

(圖片來源：AI生成)

3、醫療應用

鈮擁有極佳的生物相容性和耐腐蝕性，對人體組織無刺激，是制備長期植入物（如骨科關節、牙科種植體、顱骨修復板）的優質材料。3D打印技術能為患者定制個性化的多孔鈮合金植入體，促進骨骼長入，實現更好的生物固定。

△鈮在其中的牙科種植體

（圖片來源：網絡）

三、云火材料的特種粉末布局

云火材料除球形鈮粉及鈮合金粉（Nb521, C103）外，其產品線還涵蓋了鎢、鉬、鉭、錸等多種難熔金屬及其合金的球形粉末。這類特種粉末共同構成了面向高溫、高強度、特種環境應用的高端增材制造材料體系。

米粒鎢粉: MW5、MW10、MW20、MW53等

超細球形鎢粉: SW5、SW10、SW15等

球形單質粉: W（鎢）、Mo（鉬）、Ta（鉭）、Nb（鈮）、Re（錸）、Hf（鉿）、Cr（鉻）、Ti（鈦）等

球形鈮合金粉: Nb521、C103等

球形鎢合金粉: W20Mo、W25Re等

球形鉭合金粉: Ta10W、TaTi等

球形鋯合金粉: Zr2.5Nb等

隨著商業航天、可控核聚變、高端醫療等戰略產業的快速發展，對高性能鈮合金部件的需求將持續增長。以3D打印為代表的數字化制造技術與高品質球形鈮粉的結合，正在為這些“大國重器”鍛造出更為輕盈、強韌與精密的“核心器官”。南極熊將持續關注此類關鍵材料的技術進展與產業化動態。

△南極熊采訪云火材料

深度訪談3D打印企業家·[南極熊來了]，視頻系列節目，時間長度一般長達30分鐘左右，干貨內容非常多。

△實地探訪金屬3D打印廠商洛陽盈創極光