采用高能球磨-放电等离子烧结技术制备了纯钛粉末冶金块体材料。研究了高能球磨过程中钛粉的尺寸、形貌和显微组织的变化规律，分析了高能球磨粉末在放电等离子烧结时的烧结致密化规律以及烧结材料的显微组织特征。试验结果表明：钛粉在球磨初期发生剧烈的塑性变形及相互焊合，颗粒尺寸明显增大，形成层片状团聚粉末，球磨时间达到10h时钛粉的晶粒尺寸细化至40-100mm。放电等离子烧结过程中，随着烧结温度的升高和烧结时间的延长，烧结试样的密度逐渐增大.当烧结温度达到800℃时，烧结致密化过程已基本完成。不同温度烧结试样的显微组织均为多尺度晶粒所组成的复合组织，其中细晶区分布在原始颗粒界面区域，粗晶区分布在原始颗粒内部;随烧结温度升高，烧结试样发生再结晶和晶粒长大过程.当烧结温度为900℃，保温时间为4min，烧结压力为500MPa时，烧结试样的相对密度达到99.7％，细晶区晶粒尺寸约为2-3μm，局部粗晶区晶粒长大至数十微米，其压缩屈服强度达到918MPa，断裂强度达到2072MPa，塑性应变达到31％，综合力学性能与铸锻Ti-6Al-4V合金相当.