本论文以研究氧化铝陶瓷的低温烧结和晶粒各向异性显微形貌发育为主要内容,考察了CuO-TiO₂/SiO₂和Nb₂O₅/SiO₂两个系统添加剂对氧化铝陶瓷烧结性能和显微结构的影响,测试了加入添加剂后氧化铝材料的力学性能。研究结果表明,引入CuO-TiO₂时,添加剂是以形成液相的方式促进氧化铝陶瓷烧结的。当CuO:TiO₂质量比为1:2,含量为2wt%时,氧化铝样品在1300℃下可获得致密。液相含量对致密有明显影响,液相量越高,烧结速率越快。添加剂的存在促进了氧化铝晶粒生长,晶粒形貌为等轴状。利用等温烧结的实验方法研究烧结动力学的结果表明,氧离子和铝离子的扩散作用控制了烧结过程。再加入SiO₂后,氧化铝致密度下降,表明SiO₂的加入是阻碍材料致密的,但是升高温度可以避免这种情况,且基体中出现了少数各向异性晶粒。力学性能测试结果显示,加入SiO₂后,在1400℃烧结的氧化铝材料断裂韧性得到了提高,但改善效果限于基体中各向异性晶粒的数目。引入微量的Nb2O₅对氧化铝陶瓷的致密化具有明显的促进作用,当Nb₂O₅的添加量为1wt%时,可使氧化铝陶瓷在1500℃获得致密。显微结构上,Nb₂O₅对氧化铝的晶粒生长也具有显著的促进作用,添加剂含量越多,晶粒生长得越大。Nb₂O₅对致密化和晶粒生长的促进作用主要是通过它在氧化铝晶粒中的固溶来实现的。当Nb₂O₅含量较多时,会有AlNbO₄在晶间析出。再加入SiO₂后,材料致密度稍有上升。两种添加剂的协同作用使几乎所有的氧化铝晶粒发生了各向异性生长。晶粒发生各向异性生长的原因可能是由于高温下形成了晶间液相和晶间析出物,高分辨率透射电镜显示各向异性晶粒基面间存在热力学稳定的液相薄膜,厚度约为零点几个纳米到几个纳米之间,液相薄膜的存在改变了晶粒表面能,导致了晶粒各向异性的生长。力学性能测试的结果显示,加入SiO₂后抗弯强度和断裂韧性都有大幅度的上升,尤其是断裂韧性,上升了42.2%。这主要是因为氧化铝基体中生成了大量的各向异性晶粒。从结果看,本工作分别以CuO-TiO₂/SiO₂和Nb2O₅/SiO₂为添加剂,达到了降低氧化铝陶瓷的烧结温度,并使之具有较好的力学性能的目的。同时利用现代材料分析测试方法对氧化铝晶粒的各向异性生长进行了较为深入的分析与讨论。因此,本研究对于低成本制备氧化铝陶瓷具有较好的应用和参考价值。