结合国内外对陶粒支撑剂的实验研究发现锰矿粉可以降低烧结温度,促进烧结,但锰矿粉中不仅含有不同价位的锰离子而且含有很多杂质元素,其中含量最多的是Mn⁴⁺。为了确定Mn⁴⁺在烧结过程中的作用机理,并根据得到的实验结果指导陶粒支撑剂生产,进行了本文研究。本文的主要内容有:第一,以高纯氧化铝和二氧化硅为主要原料,二氧化锰为添加剂,深入研究了Mn⁴⁺的添加对纯相刚玉和刚玉-莫来石复相陶瓷结构及性能的影响。主要从物相组成、显微结构、体积密度、显气孔率和抗折强度五个方面进行研究。结果表明:对于刚玉试样,适当添加二氧化锰可以促进刚玉相的晶粒生长,提高其力学性能;二氧化锰的最佳添加量为6wt%,此时显气孔率为48%,体积密度为2.05 g/cm³,以及抗折强度为16.44 MPa。对于刚玉-莫来石试样,当二氧化锰添加量达到6wt%时,开始有莫来石相的产生,二氧化锰的加入可以促进莫来石相的生成;伴随着莫来石相的产生,材料的抗折强度有了大幅度的提高,当二氧化锰添加量为10wt%时,材料的抗折强度达到最大值70.91 MPa。第二,以高纯氧化铝和二氧化硅为主要原料,碳酸钙和碳酸镁为添加剂,研究了碳酸钙和碳酸镁的添加对刚玉和刚玉-莫来石复相陶瓷结构及性能的影响。结果表明:对于刚玉试样,在烧结过程中氧化铝会与添加的碳酸钙和碳酸镁反应生成六铝酸钙,并且随着添加量的增加,六铝酸钙在增加,刚玉相在减少,导致试样的致密度降低,力学性能下降,抗折强度最高只能达到8.75 MPa;对于刚玉-莫来石试样,碳酸钙和碳酸镁的添加可以促进莫来石的形成,但随着添加量的增加,在烧结过程中反应生成玻璃相,抑制莫来石相的形成,玻璃相填充晶粒间隙,使材料变得致密。第三,以高纯氧化铝和二氧化硅为主要原料,二氧化锰为主要添加剂,碳酸钙和碳酸镁为辅助添加剂,研究了在有玻璃相产生时Mn⁴⁺的添加量对刚玉-莫来石复相陶瓷结构及性能的影响。通过对试样结构和性能的研究发现,当烧结温度为1350℃时,随着二氧化锰添加量增加,试样的性能提升最明显,二氧化锰添加量为10wt%时,抗折强度达到最大值73.14 MPa。玻璃相的产生抑制了莫来石相的形成和发育,但玻璃相可以填充晶粒间的孔隙,使晶粒间发生粘结作用,使材料的致密度上升,力学性能也随之增强。