轻质氧化铝空心球陶瓷具有重烧线收缩率低、荷重软化温度高、使用温度高、耐压强度高等特性，不但可以做隔热层，与火焰直接接触，而且原材料丰富、性价比高，已被认为是当今最有发展前途的高温隔热材料。目前，对氧化铝空心球陶瓷的研究主要集中在其宏观性能上，不同研究者得到的结果差异较大，稳定性差。因此，有必要从氧化铝空心球的制备工艺及微观结构等方面着手进行系统而深入的研究。 本文全面论述了隔热材料、轻质氧化铝空心球陶瓷的隔热机理、制备工艺及种类等的特点及现状，在此基础上，着重研究了氧化铝空心球显微结构、结合剂基本特性、结合剂修饰氧化铝空心球和作用机制、轻质氧化铝空心球陶瓷显微结构和力学性能，优化配方和工艺生产出综合性能好的轻质氧化铝空心球陶瓷。 对氧化铝空心球的显微结构、特性以及结合剂的基本特性进行系统的研究表明，氧化铝空心球由很多小晶体构成，晶相为α型，晶粒生长良好、尺寸大小均匀，平均尺寸约为50μm，晶粒之间结合不紧密，有裂纹和孔隙等缺陷，氧化铝空心球耐压强度的离散性大，平均耐压强度为15.7N。铝胶结合剂经500℃热处理分解成80～200nm高活性γ—Al₂O₃粉体；硫酸铝铵和硫酸铝结合剂经900℃热处理分解形成纳米γ—Al₂O₃粉体，其BET粒径分别为6.2nm和6.7nm；磷酸结合剂和α—Al₂O₃经900～1550℃热处理反应生成方石英型AlPO₄；硫酸铝铵和磷酸复合结合剂反应生成的物相与热处理温度有关，900℃时形成偏磷酸铝（Al（PO₃）₃），1200℃时部分偏磷酸铝分解形成鳞石英型磷酸铝，1700℃时则生成高温相方石英型AlPO₄。 首次采用湿化学法引入结合剂表面修饰氧化铝空心球的研究发现，结合剂分布于空心球表面和孔隙，在一定温度处理下，原位热分解生成纳米γ-Al₂O₃或原位反应生成磷酸铝，修补了空心球裂纹等结构缺陷。结合剂种类、浓度及热处理温度对修饰氧化铝空心球耐压强度有明显影响，其中复合结合剂（F3）修饰氧化铝空心球的耐压强度随热处理温度升高而提高，1700℃热处理后达到39.7N，大于未经表面修饰的平均耐压强度15.7N。 浙江大学博士学位论文 摘要 通过对轻质氧化铝空心球陶瓷的微观结构、力学性能的研究表明，通过湿化学法引入结合剂表面修饰氧化铝空心球，能有效促进轻质氧化铝空心球陶瓷烧结。硫酸铝锭、硫酸铝、铝胶等结合剂在轻质氧化铝空心球陶瓷中原位分解生成的纳米Y—AI。Oa粉体分布在空心球的球壁和表面及a—AI。Os微粉表面，以晶界扩散和表面扩散为主，促进轻质氧化铝空心球陶瓷中接触颈部烧结。磷酸、磷酸和硫酸铝铰复合结合剂中的磷酸与轻质氧化铝空心球陶瓷中的氧化铝空心球和a－AI。Os微粉反应，在颗粒表面反应生成磷酸铝，形成磷酸铝和氧化铝复合过渡层，表面磷酸铝层是川“扩散快速通道，能有效促进轻质氧化铝空心球陶瓷烧结。 在原位分解生成纳米Y—AIo。粉体烧结轻质氧化铝空心球陶瓷中，随结合剂浓度、配方密度的提高，轻质陶瓷的强度提高，其中以硫酸铝结合强度最高，硫酸铝锭次之，铝胶最低；在 1700OC下保温5小时烧成的配方密度为 1．Zg／Ctti3、1．4g／cm＼ 1石g／cm3的硫酸铝结合轻质氧化铝空心球陶瓷，其耐压强度分别为8．50MPa、13．14MPa、18刀4MPa，抗折强度分别为 4．60MPa、6．53MPa、7．33MPa，其中密度为 1．4g／Cm3样品在 1100C风冷条件下进行热震稳定性试验达 20次。 在原位反应生成磷酸铝烧结轻质氧化铝空心球陶瓷中，磷酸二氢铝、磷酸两种结合剂结合陶瓷的耐压强度和抗折强度随配方密度提高而提高，且较为相近。在 1700C保温 5小时烧成配方密度为 1．Zg／cm＼ 1．4g／cm3、l石g／cm3的磷酸结合轻质氧化铝空心球陶瓷，其耐压强度为 11．28MPa、22．80MPa、29石7MPa，抗折强度为 5刀7MPa、9．30MPa、11．45MPa，其中配方密度为 1．4g／cm3样品在 1100oC风冷条件下进行热震稳定性试验达12次。与其它结合剂相比，复合结合剂结合轻质氧化铝空心球陶瓷表现出更高的耐压强度、抗折强度和高热震稳定性，配方密度为 1．2 g／cm＼ 1．4 g／cm3、l石 g／cm3的轻质氧化铝空心球陶瓷的耐压强度分别为 18．58 MPa、30．56MPa、42二3MPa，抗折强度分别为 7．86MPa、11．95MPa、13．46MPao 对轻质氧化铝空心球陶瓷破坏的研究表明，陶瓷破坏与结合剂种类、破坏方式有关。首次发现在机械应力作用下，断裂方式取决于陶瓷强度，高强度为穿球破坏，低强度以沿球断裂为主；在热震应力作用下，断裂方式取决于结合剂种类，AI。0。系结合剂以沿球断裂为主，磷酸铝系以穿球断裂为主。轻质氧化铝空心球陶 11 7 浙江大学博士学位论文 摘要瓷具有