针对一种大尺寸CLCC器件在100次、-45 ℃~85 ℃温度循环实验后发生CTE失配失效的问题，提出了两种改进热膨胀系数(CTE)不匹配的优化方案，进行了仿真对比分析。基于较优的改进方案，采用有限元仿真及Engelmaier模型计算其疲劳寿命，完成了温度循环试验验证。仿真结果表明，在陶瓷中部钎焊参数合适的成形引线较好地缓解了氧化铝陶瓷与焊料、FR4基板的CTE失配问题，满足实际使用需求。本文研究对大尺寸氧化铝陶瓷封装设计有参考价值。

在经过多巴胺(PDA)预处理的氧化铝陶瓷膜上制备出乙二胺(EDA)交联的氧化石墨烯(GO)复合纳滤膜(GO-EDA/Al2O3膜)，解决了界面和层间稳定性问题。并提出一种可简单调控GO层间距的方法，即通过改变膜管的干燥温度改变GO纳米片上羟基的数量，达到调控GO层间距的目的，从而在保证较高盐截留性能的前提下提升GO-EDA/Al2O3膜的纯水渗透性能。结果表明，干燥温度为40 ℃制备的GO-EDA/Al2O3膜，其分离层厚度约50~120 nm，纯水渗透率达34 L/(m2·h· MPa)，对Na2SO4的截留率达87.8%。膜在纯水中浸泡680 h后其性能基本保持稳定。

光谱强度与电子密度是陶瓷激光增材制造等离子体的两个重要特征。孔隙裂纹缺陷直接影响着陶瓷件的性能。搭建了等离子体监测平台,采用阈值分割法对孔隙缺陷进行提取。通过分析等离子体羽辉和谱线特征来研究工艺参数对等离子体谱线强度和电子密度的影响,得出了等离子体特征与成形缺陷具有相关性这一结论。试验结果表明:与金属材料相比,氧化铝陶瓷蒸气电离形成的等离子体羽辉喷发得更高,面积更大;等离子体谱线强度随激光功率和扫描速度的增大而升高,随送粉速率的增大而降低;电子密度随激光功率、扫描速度和送粉速率的增大而升高;在成形过程中,等离子体谱线强度、电子密度与孔隙、裂纹这两类成形缺陷均具有强相关性。

α-Al2O3∶C单晶具有优良的热释光特性, 被用做热释光剂量计, 但α-Al2O3∶C晶体剂量计的形状不易加工, 生产成本高且碳在晶体中难以掺杂均匀。 采用低温燃烧合成法以无水乙醇为溶剂, 尿素为染料, 硝酸铝为反应物制备少团簇、 分散均匀的片状α-Al2O3∶C陶瓷粉体。 探讨不同点火温度和不同退火温度对其光致发光特性的影响, 不同退火温度对热释光特性的影响以及热释光与辐射剂量(90Sr β)的关系。 通过分析α-Al2O3∶C陶瓷粉体的光致发光光谱得出: α-Al2O3∶C陶瓷粉体的发射波长在395 nm附近, 点火温度T≤800℃时, 点火温度为500 ℃制备的α-Al2O3∶C陶瓷粉体的光致发光强度最强; 在相同点火温度T=500 ℃下, 经不同温度退火制备α-Al2O3∶C陶瓷粉体, 点火温度为500 ℃制备的α-Al2O3∶C陶瓷粉体经1 000 ℃退火后光致发光强度最强。 通过分析α-Al2O3∶C陶瓷粉体的热释光曲线得出: 退火后的α-Al2O3∶C陶瓷粉体在200 ℃左右的热释光峰值占主导, 900 ℃退火的α-Al2O3∶C陶瓷粉体在200 ℃附近的热释光峰值最强; 通过峰高法对900 ℃高温退火处理后的α-Al2O3∶C陶瓷粉体位于200 ℃左右的热释光峰做剂量响应曲线, 可以看出, 在1～50 Gy剂量范围内具有良好的热释光剂量线性响应关系, 在50～200 Gy剂量范围内出现超线性响应关系。 与α-Al2O3∶C晶体(1～10 Gy)和多孔Al2O3∶C薄膜(1～10 Gy)相比, α-Al2O3∶C陶瓷粉体的线性剂量响应范围明显扩大。 此研究可为提高氧化铝陶瓷粉体的热释光性能提供思路。

将不同脉冲数的飞秒激光作用于陶瓷材料表面, 研究了线偏振和圆偏振激光对氧化锆和氧化铝陶瓷材料烧蚀阈值的影响, 利用光学显微镜和扫描电子显微镜分析了烧蚀坑表面形貌, 利用激光扫描共聚焦显微镜确定了烧蚀坑深度.结果表明：两种材料在线偏振光下的饱和烧蚀阈值均小于在圆偏振光下的值; 当偏振态相同时, 氧化锆饱和烧蚀阈值小于氧化铝.随脉冲数增加, 线偏振和圆偏振光下氧化锆烧蚀坑表面结构均由无序向有序发展, 出现了周期性环形波纹结构和纳米孔洞阵列.与线偏振光相比, 圆偏振光对烧蚀坑深度的作用更明显, 且烧蚀坑表面形貌对能量密度变化比较敏感, 更容易产生周期性结构.

介绍了激光氧化铝陶瓷基板划片的基本原理，由三维固体中的热传导微分公式描述激光与材料的热过程，对激光加工的氧化铝陶瓷基板表面的损伤阈值进行了计算分析。利用相干公司400 W 的E400 射频CO2激光器、IPG 公司YLR-150/1500-QCW-AC 150 W 准连续型光纤激光器搭建了激光加工平台，对1 mm 厚度内的96%氧化铝陶瓷基板进行了切割和划片加工实验。实验中，通过在陶瓷基板表面涂抹吸收剂，利用氮气作为辅助气体，解决了光纤激光器在连续波模式下加工时由于氧化铝陶瓷高反特性出现的切割和划片断点问题。实验表明，当光纤激光器工作在准连续波模式时，实现了无需对陶瓷表面进行涂吸收剂处理，直接用空气作为辅助气体对1 mm 厚度内96%氧化铝陶瓷基板的切割和划片。

为了获得高密度复杂形状氧化铝陶瓷件, 提出采用覆膜和混合相结合的方式制备出含有机粘接剂w(PVA)＝1.5％和w(ER06)＝8.0％的Al2O3复合粉体, 对复合粉体进行选择性激光烧结(selective laser sintering, SLS)/ 冷等静压(cold isostatic pressing, CIP)成形、再经脱脂、高温烧结获得最终陶瓷零部件的制造方法。研究了激光烧结的4 个工艺参数, 得出在激光功率为21 W、扫描速度为1 600 mm/s、扫描间距为100 μm、单层层厚为150 μm时, 获得的SLS陶瓷坯体密度和强度较好, 较高强度的SLS坯体有利于后续其它工艺的进行。研究了具有随形包套的SLS陶瓷件的CIP工艺, 得出随着压力的增大, 陶瓷坯体的孔隙得到更大程度的消除, 粉体颗粒重排压实, 密度和强度显著提高, 而当CIP压力大于200 MPa时, 致密化速率减小。基于环氧树脂粘接剂的热重(TG)曲线分析, 对SLS/CIP试样进行合理的脱脂、高温烧结处理, 所得Al2O3陶瓷件相对密度大于92.26％。为制造高性能复杂形状的陶瓷件提供了一种新的方法, 并拓展了SLS技术的应用范围。

生物氧化铝陶瓷与聚合物材料的力学性能、化学性能和热学性能差异很大，因而要实现生物陶瓷与聚合物的高强度连接是非常困难的。在生物氧化铝陶瓷上进行镀钛处理，利用半导体激光器对镀钛氧化铝陶瓷与聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)进行激光透射连接试验，解决了生物陶瓷与聚合物的连接问题。针对激光功率及扫描速度对激光透射连接的接头强度与焊缝宽度的影响进行了研究。通过拉伸试验得到镀钛氧化铝陶瓷与PET之间的连接强度，并使用体视显微镜观测连接接头形貌及焊缝宽度。采用单因素工艺分析法，得到了激光透射连接的工艺参数窗口，为激光透射连接过程提供合理的工艺参数范围。