为了满足6G太赫兹频段低时延通信技术的要求, 采用冷冻干燥法制备了具有超低介电常数的定向通孔结构多孔氧化铝陶瓷。研究不同部位样品的结构与性能关系, 以及固相含量对微观形貌、力学性能、太赫兹光学和介电性能的影响。获得具有高气孔率(68.9%~81.0%)、高抗压强度(17.6~87.8 MPa)的多孔氧化铝陶瓷, 在1 THz下具有超低的折射率(1.38~1.63)、吸收系数(~2.5 cm-1)、介电常数(1.90~2.67)和介电损耗(~0.008)。定向通孔结构在与气孔平行的方向具有高抗压强度, 其特殊的结构在太赫兹波导和天线基板等方面有重要的潜在应用价值。

陶瓷材料的预应力增强已经被证明有效，但是这种表面预应力对其他力学性能的影响如何仍不明晰，本工作将探讨表面残余压应力对复合构件的综合力学性能的影响，包括弯曲强度、弹性模量、断裂韧性、硬度以及损伤容限。为了实现表层压应力以及相适配的界面剪切应力，按质量分数比1∶1将莫来石和氧化铝混合磨成浆料涂覆在预烧后的氧化铝基体上，经无压烧结后，涂层与基体紧密结合，随着温度下降，2种材料不同的收缩率和界面约束形成表层残余压应力，从而实现氧化铝复合陶瓷的预应力强化，进而测试了该材料的各项力学性能。结果表明：预应力涂层有效提高了基体材料的弯曲强度，提高了38.9%；断裂韧性提高了36.5%，弹性模量稍降、硬度下降代表了涂层材料的性能。通过这些力学参数，计算得到复合氧化铝陶瓷的损伤容限从0.389 4 m1/2提升至0.452 7 m1/2，提高了16.26%。

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。

以Ag-CuO-B2O3为钎料, 采用空气反应钎焊法连接了Al2O3陶瓷, 在接头中合成了新型Cu2Al6B4O17晶须。研究了连接温度与保温时间对接头显微结构、性能以及生成的晶须结构的影响。结果表明: 钎焊过程中, Al2O3与钎料中的CuO、B2O3发生反应生成Cu2Al6B4O17晶须, 获得性能优异的可靠接头。保温时间为60 min、连接温度高于950 ℃时, 可以实现Al2O3陶瓷接头的有效连接, 钎缝中心区主要为Ag, 靠近连接界面处为CuO、Cu3B2O6相及Cu2Al6B4O17晶须。随着连接温度的升高, 接头的抗剪强度升高。连接温度高于1 050 ℃后, 晶须变得粗大, 出现黏接, 对接头的强化效果减弱, 接头的抗剪强度降低。连接温度高于1 100 ℃后, 晶须分解为片层状产物, 接头的抗剪强度大幅降低。最佳工艺参数为在1 000 ℃条件下保温60 min, 接头的抗剪强度可达86.7 MPa, 断裂发生在焊缝中靠近母材处。

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.

为了探讨激光表面微织构加工技术对氧化铝陶瓷和氮化硅陶瓷凹槽型表面微织构的制备能力, 采用短脉冲皮秒激光器探究平均功率、扫描速度、重复次数等工艺参数对表面织构结构形貌和质量的影响。结果表明: 氧化铝陶瓷在功率8.3 W, 扫描速度800 mm/s, 重复次数10次时, 凹槽呈U型,加工效果较好; 氮化硅陶瓷在功率40.6 W, 扫描速度800 mm/s, 重复次数10次时加工效果较好, 且皮秒激光对氧化铝陶瓷的加工效率高于氮化硅陶瓷。氮化硅陶瓷加工凹槽底部有白色氧化物层产生, 对氮化硅凹槽形貌有较大影响。