超低膨胀微晶玻璃是在Li2OAl2O3SiO2系玻璃的基础上经过严格的受控晶化，在母体玻璃中析出以β石英固溶体为主晶相的微晶玻璃材料。由于具有极低的热膨胀系数，以及优异的热稳定性、化学稳定性和力学性能，超低膨胀微晶玻璃在诸多领域得到了广泛应用。本文综述了超低膨胀微晶玻璃的组成、制备方法、国内外研究历程及发展现状、应用，指出了目前生产超低膨胀微晶玻璃存在的问题和国产超低膨胀微晶玻璃与国际顶尖产品存在的差距，以及国产超低膨胀微晶玻璃今后的发展方向。

与传统金属材料相比, 氧化铝纤维增强氧化铝基(Al2O3/Al2O3)复合材料因具有比强度高、密度低、耐高温和抗氧化等特点, 已经成为新一代备受国内外学者关注的航空航天热结构复合材料。本文介绍了目前常用的氧化铝纤维及其基本性能, 总结了Al2O3/Al2O3复合材料中常用的界面相及其对复合材料性能的影响规律, 归纳了Al2O3/Al2O3复合材料的制备工艺及性能, 指出了该材料未来的发展趋势, 旨在为国内Al2O3/Al2O3复合材料的研究提供借鉴和参考, 促进Al2O3/Al2O3复合材料在航空航天领域热端高温部件上的广泛应用。

为了获得低温烧结的微波介质陶瓷, 该文采用固相法制备了Al2O3-SiO2-(Li2O-B2O3-SiO2-CaO-Al2O3)系微波介质陶瓷粉体, 并添加聚乙烯醇缩丁醛、丙三醇、鲱鱼油、乙醇、乙酸乙酯等配成料浆, 利用流延成型技术获得微波介质膜带。对不同配比下制备的膜带表面形貌进行扫描电子显微镜(SEM)观察分析,结果表明, 当质量比m(粉体)∶m(PVB)∶m(丙三醇)∶m(鲱鱼油)∶m(乙醇+乙酸乙酯)=25∶15∶2∶1∶7时, 膜带样品的表面颗粒分布更均匀。测量不同温度下该膜带样品的烧结密度及烧结收缩率, 得到在870 ℃时膜带样品的密度及收缩率达到最大。此外, 对膜带样品与Ag电极共烧后的断面形貌进行了扫描电子显微镜(SEM)观察分析, 结果表明, 在870 ℃下, 流延膜带与Ag电极共烧良好。

该文采用多物理场耦合的有限元模型, 探究了保护层Al2O3厚度对以LGS为压电基底、Pt为电极的声表面波(SAW)高温传感器中声波特性及器件性能的影响。结果表明, 随着Al2O3保护层厚度的增加, 声表面波在L波方向的振动位移增加, 在SH波和SV波方向的振动位移减弱, 当保护层归一化厚度为6.25%时, 其能量向衬底内部扩散; 当保护层归一化厚度为18.75%时, Rayleigh波消失, 此时为体波BAW模式; 增加Al2O3保护层, 波速v、机电耦合系数K2显著升高; 一阶频率温度系数τf, 1和转换温度随保护层厚度的增加而升高。利用Al2O3薄膜对SAW温度传感器进行结构优化, 为了获得良好的综合性能, 归一化厚度应该在0.94%附近。

采用冰模板法构筑具有层状结构的Al2O3三维网络骨架, 并通过真空浸渍工艺制备出Al2O3/环氧树脂(EP)复合材料。研究了楔形硅橡胶角度、浆料固相含量、冷冻温度对层状Al2O3三维网络骨架微观结构的影响, 分析了片层间距对Al2O3/EP复合材料导热、介电和绝缘性能的影响。结果表明: 楔形硅橡胶角度为10°和15°时Al2O3三维网络骨架的层状有序性最佳, 固相含量的增加和冷冻温度的降低均会使片层间距减小; Al2O3/EP复合材料的热导率和介电常数随着片层间距的减小而增大, 但体积电阻率呈降低趋势; 当片层间距为45 μm时, 热导率达到0.52 W/(m·K), 体积电阻率为1012 Ω·cm。

选用CaO-MgO-Al2O3-SiO2(CMAS)体系无碱铝硅玻璃为研究对象, 设计8组Fe2O3组分变量, 利用高温熔融法制备试验样品。利用XRD、SEM、TG-DSC等测试方法, 先后对无碱玻璃样品的物相、析晶动力学、析晶行为和弹性模量等物化性能进行测试分析, 进而探讨Fe2O3含量及晶化处理对无碱玻璃弹性模量的影响。结果表明: 适量添加Fe2O3可以提升CMAS体系无碱玻璃的弹性模量, Fe2O3的质量分数为1.50%(F-6#)时, F-6#无碱玻璃弹性模量最大值为97.87 GPa, 析晶活化能为347.1 kJ/mol, 析晶指数n为1.383 4, 为表面析晶。经整体析晶法晶化处理后, F-6#微晶玻璃析出的主晶相为钙长石相(CaAl2Si2O8), 晶体尺寸为200~400 nm; 经烧结法晶化处理后, F-6#微晶玻璃析出的主晶相为钙长石相(CaAl2Si2O8), 晶体尺寸为300~500 nm。随着热处理温度的升高, 析出主晶相数量变多, 尺寸变大, 但主晶相种类并未改变。由于钙长石的弹性模量小于基础玻璃, F-6#无碱玻璃析晶后所得微晶玻璃样品的弹性模量有所降低。

采用溶胶-凝胶技术合成Al2O3刚玉前驱体, 以SiO2-MgO-CaO为助烧剂, α-Al2O3纳米粉体为晶种, 利用传统烧结技术制备微晶陶瓷刚玉(SG)磨料。借助透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)及热重-量热扫描(TG-DSC)等技术分析了晶种的特性和凝胶前驱体的热学性能, 探讨了烧结温度和烧结时间对SG磨料微观结构和力学性能的影响。结果表明, 纳米α-Al2O3晶种的添加使θ-Al2O3α-Al2O3相变温度降低了250 ℃。单颗粒抗压强度和密度随烧结温度的升高和烧结时间的延长先增大后减小, 晶粒形貌由等轴晶转变为片状晶。在1 320 ℃烧结45 min制备的SG磨料的单颗粒抗压强度和密度分别为40.2 N和3.88 g/cm3, 平均晶粒粒径为0.56 μm, 优于用传统烧结技术制备的微米晶种磨料样品。

采用砂磨工艺获得了亚微米氧化铝复合粉体，用于制备微晶氧化铝陶瓷基板，研究了浆料组成对浆料流变学性质、生坯密度、生坯应力-应变行为的影响，以及烧结制度对平均晶粒尺寸和基板抗弯强度的影响。结果表明，固相含量、R值(增塑剂和黏结剂的质量比)和分散剂用量等关键因素决定了流延浆料的流变学性质。R值增大导致生坯强度和密度降低，提高固相含量有利于增加最大可流延厚度，优化工艺条件下可制备0.16~1.20 mm的坯片。当烧结温度为1 550 ℃、升温速率为2.5 ℃/min、保温时间为60 min时，制备的陶瓷基板平均晶粒尺寸为1.1 μm左右，晶粒尺寸分布均匀，抗弯强度达到(440±25) MPa。

作为重要微波介质材料之一,Al2O3陶瓷介电性能优良,在微波电路方面得到广泛应用。但Al2O3陶瓷的烧结温度较高,制备工序需消耗大量能源。低成本降低烧结温度对Al2O3陶瓷的进一步发展具有重要意义。本论文通过MnO2-CuO-TiO2掺杂实现了Al2O3陶瓷的低温烧结,并对其烧结行为和微波介电性能进行了研究。结果表明,MnO2、CuO、TiO2的质量分数分别为0.7%、0.5%、0.8%时,复合掺杂可以大幅降低Al2O3陶瓷的烧结温度,所获陶瓷具有良好的微波介电性能。在烧结温度为1 250 ℃时,Al2O3陶瓷的密度可达3.92 g/cm3,介电常数εr=10.02,品质因子与谐振频率的乘积Q×f值为51 239 GHz。Ti4+、Mn4+、Cu2+固溶导致Al2O3晶格扭曲活化,以及低共熔物形成是促进Al2O3陶瓷低温烧结的原因。

采用光学浮区法制备了不同Cr3+掺杂浓度的Cr∶Al2O3晶体，并根据需要制备了不同直径(2 mm至13 mm)的长度大于100 mm的圆柱状Cr∶Al2O3晶体。测量了在制备Cr∶Al2O3晶体不同阶段所获得的粉末料棒、陶瓷料棒和晶体的密度，分别为0.928、2.230和4.051 g/cm3。XRD图谱显示，Cr∶Al2O3晶体为α-Al2O3相。透射光谱表明，Cr∶Al2O3晶体可见光非特征吸收波段透过率大于80%。吸收光谱和光致激发光谱(监测669 nm 光)均显示，Cr∶Al2O3晶体在418及559 nm处有较强吸收带，分别对应Cr3+从4A2至4T1和从4A2至4T2的跃迁。以波长为559 nm的光激发Cr∶Al2O3晶体，其光致发射谱在669 nm处出现较强的发射峰；当Cr3+浓度较低时，发射峰强度随 Cr3+浓度的增加而增强，Cr0.006 0Al1.994 0O3的发射强度达到最大，然后随 Cr3+浓度增加而降低。