莫来石-堇青石质匣钵对于制备高性能锂电池正极材料尤为重要。本文采用莫来石(1.18~0.6 mm)和堇青石(2~1 mm)为骨料,莫来石(0.074 mm)、煅烧氧化铝(0.044 mm)、佛山黄泥(0.044 mm)和煤矸石(0.044 mm)为基质,在1 380 ℃下保温3 h烧结制备锂电池正极材料LiNixCoyMnzO2(LNCM)承烧用莫来石-堇青石匣钵,并采用埋覆侵蚀法探究了正极材料在烧结过程中对匣钵的侵蚀行为。结果表明: 在1 380 ℃下保温3 h烧结制备的匣钵力学性能和抗热震性均较好,其室温抗折强度为10.02 MPa,经3次热震循环后残余强度保持率在51.52%~53.26%; 适当增加粗颗粒(1.18~0.6 mm)莫来石的含量可有效提高莫来石-堇青石匣钵的抗侵蚀性,且经侵蚀25次后匣钵表面的最大反应层厚度为447 μm,最小反应层厚度为211 μm。

采用熔融法制备了含有不同晶核剂的非化学计量比堇青石微晶玻璃, 通过DSC、XRD、FE-SEM、UV-VIS-NIR等测试方法研究了不同晶核剂对微晶玻璃析晶与性能的影响, 并用经典动力学方程(Johnson-Mehl-Avrami)分析了微晶玻璃的析晶动力学。结果表明,以P2O5和P2O5+ZrO2为晶核剂的微晶玻璃晶化机制均为表面晶化, 而以P2O5+ZrO2+TiO2为晶核剂的微晶玻璃则倾向于整体析晶。三组微晶玻璃在950 ℃晶化时主晶相为μ-cordierite, 当温度升高到980 ℃时开始转变为α-cordierite, 引入TiO2使α-cordierite的含量增加, 析出的晶体更加复杂致密。随着晶化时间延长, 与其他晶核剂相比, P2O5+ZrO2+TiO2组合晶核剂微晶玻璃在相同晶化时间内结晶度更高, α-cordierite含量的增加显著提升了微晶玻璃的力学性能, 但降低了透过率。在800 ℃/10 h+980 ℃/3 h热处理制度下, 以P2O5+ZrO2+TiO2为晶核剂的微晶玻璃弹性模量可达103 GPa, 断裂韧性为1.27 MPa·m1/2, 透过率为82.3%, 可满足用作移动终端领域的性能要求。

低成本制备堇青石多孔陶瓷一直是专家学者们研究的热点, 本文以石棉尾渣、粉煤灰、高岭土为原料, 在不添加发泡剂的情况下, 采用直接烧结法成功制备了堇青石多孔陶瓷, 系统研究了堇青石多孔陶瓷的物相演化、显微结构及理化性能。结果表明: 烧结温度的升高和配方中高岭土含量的增加有助于样品中堇青石的合成, 高岭土的添加可以有效降低样品发泡的温度和提高样品的孔隙率; 当烧结温度为1 240 ℃, 焙烧后的石棉尾渣、焙烧后的粉煤灰和高岭土质量比为5∶5∶3时, 制备的堇青石多孔陶瓷的体积密度仅为0.6 g/cm3, 孔隙率高达76.94%; 当烧结温度为1 220 ℃, 焙烧后的石棉尾渣、焙烧后的粉煤灰和高岭土质量比为5∶5∶5时, 制备的堇青石多孔陶瓷吸水率达到最大值34.57%; 此外, 制备的堇青石多孔陶瓷还表现出良好的耐碱性能。

针对多孔介质高温燃烧用碳化硅多孔陶瓷因高温氧化导致抗热震性能以及辐射效率衰减等问题，首先采用有机泡沫浸渍法制备碳化硅素坯，经低温预烧、真空浸渍含Mg(OH)2、单质Si和α-Al2O3浆料，经过原位反应烧结在碳化硅骨架表面构筑含堇青石红外辐射涂层的碳化硅多孔陶瓷。结果表明：真空浸渍浆料能在碳化硅骨架表面涂覆连续涂层的同时，能完全填充骨架的三角孔洞，经1 350 ℃烧结成功制备了具有堇青石涂层、碳化硅骨架中间层、堇青石填充层的3层结构碳化硅多孔陶瓷。3层结构的形成显著提高了碳化硅多孔陶瓷力学性能及抗热震性能以及高温抗湿氧化能力，碳化硅多孔陶瓷在1?350 ℃热处理后耐压强度达到1.18 MPa、残余强度保持率达67%；碳化硅多孔陶瓷中3层结构孔筋表面堇青石红外辐射涂层的形成，强化了碳化硅多孔介质燃烧器辐射换热过程和燃烧效率，将燃烧器表面温度提高约140 ℃，并显著降低了燃烧器中CO、NOx等污染物的排放量。

采用溶胶凝胶法制备得到系列Ca2+掺杂堇青石((Mg1-xCax)2Al4Si5O18)陶瓷粉体，研究Ca2+取代Mg2+对堇青石陶瓷的烧结特性、结构组成、微波介电性能及力学性能的影响。结果表明，Ca2+的引入会提升粉体的烧结活性，能够有效促进样品的致密化烧结。当x≤0.1时，Ca2+会全部进入堇青石结构中形成固溶体，为单一α-堇青石相；当x＞0.1时，检测到有钙长石相的存在。Ca2+取代Mg2+能有效降低堇青石陶瓷的介电常数，提高品质因数、谐振频率温度系数及断裂韧性。当x=0.1时，(Mg1-xCax)2Al4Si5O18陶瓷获得最优性能，介电常数为4.61，品质因数为9 949 GHz，谐振频率温度系数为-26×10-6 ℃-1，断裂韧性为4.76 MPa·m1/2。

堇青石微晶玻璃具有低介电常数、低介电损耗、低热膨胀等优点，化学计量堇青石MgO-Al2O3-SiO2 (MAS)玻璃组成易表面析晶。采用熔融-整体析晶法制备了MAS微晶玻璃，研究了TiO2添加量对MAS微晶玻璃析晶行为和性能的影响。随着TiO2添加量的增加，玻璃化转变温度和第1析晶峰温度降低，说明TiO2能够有效促进析晶。TiO2进入玻璃网络结构中，促进玻璃中先形成μ-堇青石和钛酸镁铝相，在较高温度下转变为α-堇青石。当x(TiO2)>5% (摩尔分数)时玻璃结晶机制为体析晶。当TiO2含量增加到10 %时，经800 ℃保温10 h+1 000 ℃保温5 h热处理的微晶玻璃具有高密度2.95 g/cm3，高硬度9.67 GPa，高热导率2.13 W/(m·K)。在频率为8.2~12.4 GHz，其介电常数为6.3~6.5，介电损耗在10-2~10-3内波动，在频率为1 MHz，介电常数为10.8，介电损耗为0.024 4。

根据MgO-A12O3-SiO2三元系统相图，利用三角型规则设计出22种组成，并用熔融烧结法合成堇青石。采用差热分析、X射线衍射分析及扫描电子显微镜研究了堇青石微晶玻璃的析晶和晶相转变过程，并对其显气孔率以及热膨胀性能进行测试。结果表明：随着组成变化，差热曲线出现2种类型的晶化放热峰。在理论组成附近，为双晶化放热峰，析出MgAl2Si3O10和α-堇青石晶相，且理论组成下的堇青石热膨胀系数最低，为1.27×10-6 /℃；而当组成中MgO的含量增加到16.6%以上时，晶化放热峰为单峰，单峰下析出α-堇青石晶相，此时堇青石样品显气孔率显著降低，最低为0.32%。

通过激光选区烧结(SLS)技术成形了堇青石/碳纤维复合材料初胚,经高温烧结获得了陶瓷试样,研究了陶瓷试样的孔隙率、力学性能和尺寸精度在不同工艺下的变化。结果表明,碳纤维通过烧结颈粘结穿插在堇青石基体中,随着烧结温度的升高,堇青石熔化变形,孔隙率减小。当烧结温度为1350~1400 ℃时,堇青石为μ相,当烧结温度升高至1425 ℃时,堇青石由μ相向α相转变。碳纤维有效增强了初胚的韧性和强度,随着烧结温度的升高,陶瓷试样的抗压强度不断增大,并在1425 ℃时达到最大值5.48 MPa。

采用溶胶凝胶法、 浸渍法、 共沉淀法以及流变相法制备了新型Cr-MnOx/堇青石催化剂, 同时采用X射线衍射(XRD)、 扫描电镜(SEM)、 热重和差热分析(TG-DTA)、 H2-程序升温还原(H2-TPR)以及元素能谱(EDS)技术对催化剂进行表征。 经筛选发现, 以共沉淀法制备的Cr-MnOx/堇青石催化剂(Cr/Mn=2∶5)催化活性最高。 通过表征结果可知, 以共沉淀方法制备的催化剂主要活性成分为Mn2O3和Cr2O3, 并且具有特殊的球形和较好的氧化还原性能, 协同作用的存在有助于催化降解目标污染物邻二氯苯(o-DCB)性能的提高; 在60 h之内, o-DCB降解率仍保持在80%以上, 具有较好的催化稳定性。