突破：“超导铌”与“航空铌”金属3D打印粉末，云火材料点亮核聚变与航天新赛道

南极熊导读：“超导铌”与“航空铌”金属3D打印粉末，国产已经突破!

在追求极致性能的高端制造领域，尤其是在火箭发动机、超导磁体等极端环境中，一种特殊的金属材料正扮演着不可替代的角色——球形铌及铌合金粉末（Nb、Nb521、C103等）。它默默支撑着超导磁体的强大约束力、助推火箭发动机穿越苍穹、赋予人工关节以生命般的相容性，更在量子计算的精密设备中发挥着不可替代的作用。

这类材料凭借其出色的高温强度、极佳的生物相容性以及独特的超导特性，正通过增材制造（3D打印）技术，从基础原材料蜕变为关乎重大工程成败的核心部件。南极熊获悉，国内材料企业云火材料，凭借其自主的PDR等离子液滴精炼技术，正在这一高门槛的细分市场展开深入布局。

一、从矿石到高纯球形粉的“等离子炼金术”

铌（Niobium），是一种过渡金属元素，原子序数为41，相对原子质量92.9。铌在地壳中的含量为0.002%，自然储量为520万吨，是钛储量的0.74%。由此可见，基于铌在自然界的稀缺性，看起来确实离我们比较遥远。

△铌矿石

(图片来源：AI生成)

铌是一种战略性的稀有难熔金属。要将其应用于对纯度、形貌要求极高的3D打印等领域，传统工艺难以满足，云火材料采用的 PDR（等离子液滴精炼）技术，提供了一条独特路径。

该技术的核心在于利用约7000K的超高温等离子体，将铌原料瞬间熔化。在极高的表面张力作用下，熔融液滴会自发形成完美的球体，并在惰性气体环境中急速冷却、凝固。整个过程物料与炉壁无接触，从而在实现极高球形度的同时，也保证了产物的超高纯度与极低空心粉率。这正是制备适用于激光粉末床熔融（LPBF）等3D打印工艺的高质量金属粉末的关键。

△云火PDR等离子液滴精炼技术

（图片来源：云火材料）

据南极熊了解，云火可提供的球形铌粉主体纯度≥99.9%，关键杂质元素如氧、氮、碳均能控制在百万分（ppm）级别。这种级别的纯净度，是保障其在后续烧结或打印过程中性能稳定，尤其是满足超导应用严苛电学性能的基础。

△云火制备的球形铌粉形貌

（图片来源:云火材料）

云火球形铌粉

主体成分：主要为纯铌（≥99.9%）‍

关键杂质控制：氧≤300 ppm、氮≤100 ppm、碳≤100 ppm，氢≤100ppm——这些极低的杂质含量是保障其烧结性能与超导特性的基础。

粒度规格：5-25μm,15-45μm,15-53μm,45-105μm,53-150μm（可根据客户要求定制各种粒度）

二、聚焦超导、航天与医疗三大尖端领域

铌可广泛应用于钢铁、高温合金、核工业等产业领域，而云火制备的球形铌粉更可在超导磁体、火箭发动机、人工关节中扮演着核心角色。

1、超导应用

铌及其合金（如NbTi、Nb₃Sn）是目前实用化超导磁体最重要的材料体系。通过3D打印等技术制造的铌超导腔、线材，是粒子加速器（如CEPC、超级对撞机）、核磁共振成像（MRI）、可控核聚变装置（如托卡马克磁约束线圈）以及未来超导输电等尖端装备的核心。

△铌在其中的粒子加速器

(图片来源：AI生成)

2、航空航天应用

铌合金（如C103、Nb521）具有优异的高温强度和相对较低的密度，是制造火箭发动机喷管延伸段、推力室、燃气舵等极端热端部件的理想材料。利用3D打印一体化成形复杂冷却流道与薄壁结构，能极大提升发动机性能和推重比。

△铌在其中的航天喷射引擎

(图片来源：AI生成)

3、医疗应用

铌拥有极佳的生物相容性和耐腐蚀性，对人体组织无刺激，是制备长期植入物（如骨科关节、牙科种植体、颅骨修复板）的优质材料。3D打印技术能为患者定制个性化的多孔铌合金植入体，促进骨骼长入，实现更好的生物固定。

△铌在其中的牙科种植体

（图片来源：网络）

三、云火材料的特种粉末布局

云火材料除球形铌粉及铌合金粉（Nb521, C103）外，其产品线还涵盖了钨、钼、钽、铼等多种难熔金属及其合金的球形粉末。这类特种粉末共同构成了面向高温、高强度、特种环境应用的高端增材制造材料体系。

米粒钨粉: MW5、MW10、MW20、MW53等

超细球形钨粉: SW5、SW10、SW15等

球形单质粉: W（钨）、Mo（钼）、Ta（钽）、Nb（铌）、Re（铼）、Hf（铪）、Cr（铬）、Ti（钛）等

球形铌合金粉: Nb521、C103等

球形钨合金粉: W20Mo、W25Re等

球形钽合金粉: Ta10W、TaTi等

球形锆合金粉: Zr2.5Nb等

随着商业航天、可控核聚变、高端医疗等战略产业的快速发展，对高性能铌合金部件的需求将持续增长。以3D打印为代表的数字化制造技术与高品质球形铌粉的结合，正在为这些“大国重器”锻造出更为轻盈、强韧与精密的“核心器官”。南极熊将持续关注此类关键材料的技术进展与产业化动态。

△南极熊采访云火材料

深度访谈3D打印企业家·[南极熊来了]，视频系列节目，时间长度一般长达30分钟左右，干货内容非常多。

△实地探访金属3D打印厂商洛阳盈创极光