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热核聚变需要氘(D)和氚(T)作为燃料,其中氚是一种自然界中几乎不存在的放射性氢同位素,必须通过人工生产的方式获取。为了满足聚变反应对氚的需求,每一个聚变堆上都设计有氚增殖包层,用以产氚。锂基氚增殖陶瓷材料作为固态氚增殖包层中产氚的核心功能材料,开发相应的先进锂基陶瓷微球制备技术对于未来聚变堆的发展具有重要意义。本论文针对这一技术需求,以Li2TiO3和Li4SiO4陶瓷微球为研究对象,系统研究了材料粉体的合成工艺和陶瓷微球的成型工艺,在此基础上,探索了新型富锂核壳结构陶瓷微球和Li4SiO4复相氚增殖材料的制备工艺、结构与性能。主要的研究结论如下：(1)固相法合成粉体的性能主要受煅烧温度的影响,合成Li2TiO3粉体的最佳温度为800℃,合成Li4SiO4粉体的最佳温度为708℃。燃烧合成法粉体的性能主要受燃料和氧化剂比值的影响,合成Li2TiO3粉体的最佳比值为1.2,粉体的比表面积为9.61m2/g,晶粒尺寸在50nm左右;合成Li4SiO4粉体的最佳比值为1.4,粉体的比表面积为5.27m2/g,晶粒尺寸在0.5μm以下。燃烧合成法制备的粉体烧结活性高于固相法制备的粉体,最佳烧结温度可以降低100-200℃。(2)通过湿法成型工艺制备了Li2TiO3陶瓷微球。当分散剂用量为0.6wt%、球磨2h获得的Li2TiO3陶瓷浆料粘度最低,稳定性最好。当引发剂和催化剂用量分别为0.3wt%o和0.1wt%o时,可以实现浆料在高温介质中快速固化成型,同时在室温下保持较长时间稳定。不同粉体制备的Li2TiO3微球最佳烧结温度不同,固相法粉体制备的Li2TiO3微球最佳烧结温度为1100℃,燃烧合成法粉体制备的Li2TiO3微球最佳烧结温度为1050℃。两种粉体制备的Li2TiO3微球都具有较理想的性能,微球尺寸均匀,球形度好,相对密度大于80%,平均抗压强度大于30N。(3)开发了一种石墨床法新型陶瓷微球成型工艺。研究发现浆料固含量是影响球形率的主要因素,对于制备Li2TiO3陶瓷微球,固含量的最佳值为45wt%。Li2TiO3陶瓷微球在1100℃烧结性能最佳,相对密度为87%,晶粒尺寸为2-10μm,平均抗压强度为50N。Li4SiO4陶瓷微球的性能受原料影响很大,以Li2CO3和Si02混合物为原料制备的微球性能最佳,950℃烧结后相对密度为87%,晶粒尺寸为2-9μm,平均抗压强度为36N。(4)通过石墨床法工艺模拟了对具有锂损失的陶瓷微球废料进行回收再处理过程。与直接通过石墨床法制备的参考陶瓷微球相比,再处理Li2TiO3陶瓷微球的密度、抗压强度、晶粒大小、孔隙率以及杂质含量变化很小,再处理过程不会引起Li2TiO3陶瓷微球的性能明显下降。(5)设计并制备了一种Li2TiO3富锂核壳陶瓷微球。Li2TiO3富锂核壳陶瓷微球外壳的厚度可以通过控制冲洗时间精确调控,当冲洗20s时,外壳的厚度为100μm。制备的核壳微球内核为Li2TiO3和Li4TiO4混合相,外壳为纯Li2TiO3相,微球在提高锂密度的同时保留了Li2TiO3物理化学稳定好的优点。核壳微球的结构和抗压强度受烧结温度和Li/Ti原子比的影响,当烧结温度为950℃, Li/Ti比小于2.7时,得到的微球结构均匀,抗压强度高。(6)制备了Li2TiO3-Li4SiO4复相增殖陶瓷材料。研究发现Li2TiO3-Li4SiO4复相陶瓷有着良好的物理和化学相容性。在模拟锂损失条件下,Li4SiO4中的Li向Li2TiO3中迁移,补充Li2TiO3的锂损失。在复相陶瓷微球烧结过程中,Li4SiO4主要起到促进致密化的作用,Li2TiO3主要起到细化晶粒和调节孔隙率的作用。与单相陶瓷微球相比,复相陶瓷微球有着更优异的性能,Li2TiO3和Li4SiO4配比为1：1,1050℃烧结后的复相陶瓷微球相对密度为85%,抗压强度高达76N,晶粒尺寸小于5μm。