为了更好的满足无线通讯高频化的要求, 采用固相法制备了温度系数近零的(1-x)MgNb2O6-xCaTiO3(x=0, 0.02, 0.04, 0.08, 0.12, 0.16)微波介质陶瓷。研究了CaTiO3的加入量对MgNb2O6微观结构和介电性能的影响, 探究各物相的形成和烧结行为。结果表明: 适当的CaTiO3加入量能够促进MgNb2O6的烧结, 降低了烧结温度。通过X射线衍射分析, CaTiO3与MgNb2O6在高温时会反应生成CaNb2O6和Ti8O15、Ti2Nb10O29。增加CaTiO3的加入量, 会降低陶瓷的品质因数Q×f, 但同时会提高其介电常数εr和频率温度系数τf。当CaTiO3的添加量x=0.16时, 样品在1 250 ℃烧结4 h后具有最佳的微波介电性能: εr=21.6, Q×f=86 601 GHz, τf=-7.3×10-6/℃。

以福建龙岩高岭土、安徽钾长石、江西星子石英为陶瓷主要原料, 添加适量的硅酸锆为增强相, 研究了硅酸锆引入量、烧成温度、保温时间等因素对日用陶瓷性能的影响, 探究了硅酸锆颗粒弥散分布对日用陶瓷的强化机理。结果表明: 当引入硅酸锆含量为 6% (质量分数 ), 烧成温度为 1 300℃、保温时间为 30 min时, 强化效果最好, 抗弯强度从基础配方的(58±6) MPa提升至(106±11) MPa, 提升幅度为 83%。硅酸锆颗粒弥散分布在基体内部, 由于其与基体热膨胀系数的差异, 冷却过程中在基体内部产生径向压应力与切向张应力, 使裂纹在颗粒处钉扎, 从而提高了陶瓷强度。

γ-Ce2S3是一种无毒环保型大红无机色料，色泽鲜艳、遮盖力强、具有优异的抗紫外能力，但其抗氧化温度为350 ℃。为提升γ-Ce2S3大红色料的抗氧化温度，采用溶胶-凝胶法结合硫化升温工艺，合成了莫来石包裹的Na+掺杂型γ-Ce2S3大红色料 (记为γ-［Na］-Ce2S3@mullite)，研究了莫来石的合成条件、不同预烧温度对包裹色料前驱体形貌以及色度的影响，并分析了包裹色料的温度稳定性。结果表明：当烧结温度为1 300 ℃保温3 h、n(Al):n(Si)=3.2:2.0(n为摩尔)时，可合成短棒状和类球状的莫来石晶体；当预烧温度为400 ℃，可获得最佳色度值的包裹色料：L*=36.24、a*=41.86、b*=36.26，该色料在空气气氛下800 ℃保温10 min仍具有良好的色度值：L*=29.84、a*=20.83、b*=18.17，表明γ-［Na］-Ce2S3@mullite可使γ-Ce2S3的温度稳定性从350 ℃提升至800 ℃。

同步提升陶瓷材料强度及损伤容限是陶瓷发展的核心问题。一百多年前预应力技术大幅提高混凝土和玻璃的弯曲强度, 并在世界上广泛应用以来, 预应力增强陶瓷材料的设计就成为一个百年梦想。本文总结了增强陶瓷的国内外研究进展, 并提出了全新的高强度高损伤容限复合陶瓷的预应力设计及模型, 通过优化表面预应力设计, 在陶瓷构件表面能够形成一层高度压缩应力, 从而阻止裂纹扩展, 并抵消外加拉应力, 达到提高陶瓷的强度及损伤容限的目的。这种预应力设计理论和规程可应用到结构陶瓷、建筑陶瓷和日用陶瓷等不同领域, 具有明显的通用性和广泛性, 且简单、经济, 不受构件尺寸和形状的限制, 因此极具应用前景。