综述：钛基外源吸气脱氧的普适机制与技术突破策略

（编辑推荐）本综述系统梳理了高纯钛外源吸气脱氧技术的最新进展，针对热力学（氧化学势梯度）与动力学（氧扩散速率）的矛盾性，深入解析了MED、HFD、Re-HFD、ECD等八种脱氧方法的机理，提出了氢辅助（HAMR/HAM）与稀土金属（RDM）协同的创新路径，为集成电路、氢存储材料等领域的低氧钛（<100 ppm）制备提供了理论突破方向。

　　

钛基外源吸气脱氧的科技博弈

挑战与矛盾核心
高纯钛（4N级）在芯片制造（Ti薄膜扩散屏障层）、氢存储合金等领域的应用受限于氧杂质（占杂质总量60-70%）。当氧含量>100 ppm时，会导致薄膜电阻率上升、氢吸收受阻等问题。传统Kroll法制备的钛海绵氧含量高达500 ppm，而将氧分压降至10^-42-10^-35 Pa的超低范围是深度脱氧的关键挑战。外源吸气脱氧技术通过构建钛基体与环境间的氧化学势梯度驱动脱氧，但存在热力学深度（需强氧亲和力脱氧剂）与动力学速率（依赖氧原子扩散）的固有矛盾。

热力学增强策略
金属-氧化物平衡脱氧（MED）
采用Ca/Mg等脱氧剂时，钛中氧含量最低可降至80 ppm，但受限于CaO/MgO产物层阻碍后续反应。*卤化物熔剂脱氧（HFD）通过添加CaCl₂熔盐溶解氧化物，使氧含量进一步降至50 ppm。创新性稀土-卤化物脱氧（Re-HFD）*利用Y/Yb等稀土对氧的极高亲和力（ΔG_f比CaO低200 kJ/mol），在1273 K下可实现氧含量<20 ppm的突破。

动力学破局之道
*氢辅助扩散（HAD）*通过氢化钛的"原子级膨胀"效应，使氧扩散系数提升3个数量级。*氢电弧熔炼（HAM）则利用等离子体氢自由基击碎钛表面氧化层，使脱氧速率提高5倍。最具前景的电化学脱氧（ECD）*在CaCl₂-TiO₂体系中施加1.6 V电压，通过"氧离子泵"效应实现氧含量<10 ppm，且能保持材料形状精度。

技术融合新范式
将氢冶金（HAMR）与熔盐电化学（ECD）联用，先在873 K氢化钛生成多孔结构，再电解脱氧，兼具孔隙加速扩散和电化学深度脱氧优势。*稀土熔体脱氧（RDM）*在钛熔体中添加Ce-La合金，利用稀土元素"氧陷阱"特性，使熔铸钛锭氧含量稳定控制在30 ppm以下。

未来突破方向
开发梯度脱氧剂（如Ca-Yb复合体系）可分级调控氧势梯度；引入脉冲电场或超声波外场能打破扩散边界层；结合机器学习优化多参数工艺窗口，有望实现ppm级超低氧钛的工业化制备。这些突破将直接提升高端钛靶材在3D芯片堆叠、柔性显示等新兴领域的应用可靠性。