激光诱导击穿光谱(LIBS)因其无需制样、 样品损伤小、 可在线检测以及检测速度快等优点被广泛应用。 激光诱导等离子体是一个十分复杂的物理过程, 受多种因素的影响, 激光入射角是其关键影响因素之一。 脉冲激光入射角的改变会直接改变脉冲激光在样品表面的聚焦光斑形状, 导致脉冲激光照射在靶材表面的功率密度发生改变, 直接影响到脉冲激光诱导等离子体过程, 脉冲激光与靶材法线所成角度的改变还会直接影响等离子体扩散过程。 尽管脉冲激光入射角是激光诱导等离子体过程的关键影响因素之一, 但是在低压环境下, 脉冲激光入射角对激光诱导等离子体过程的影响研究较少, 对激光等离子体的影响仍不明确, 对激光等离子体影响的内在机制还需更加深入的研究。 首先研究了激光入射角对脉冲激光在靶材表面形成的聚焦光斑的影响, 实验和仿真的结果都表明脉冲激光在靶材表面的聚焦光斑尺寸随着入射角的增大而增大, 导致相同激光能量下脉冲激光的功率密度下降; 其次, 采用同轴成像的方式研究了不同气压下激光入射角对激光等离子体的影响, 实验结果显示激光等离子体中心辐射强度会随着入射角的增大而减弱。 当激光入射方向与靶材表面法线成0~15°时; 脉冲激光入射角对激光等离子体中心辐射强度影响较小, 辐射强度降低仅为3.05%, 当激光入射方向与靶材表面法线成60°时, 辐射强度降低可达25.415%, 对激光等离子体中心辐射强度有着较为明显的影响。 最后, 对处于气压10-4 Pa下激光从不同角度入射所产生的激光烧蚀坑进行了微观结构分析, 分析结果表明靶材烧蚀量会随着入射角的增大而增加, 但靶材烧蚀效率, 即单位光斑面积靶材烧蚀量, 则会随着入射角度的增大而下降, 这解释了激光等离子体中心辐射强度随入射角增大而减弱的现象。 该工作有助于理解激光入射角对激光等离子体的影响, 为优化LIBS实验参数提供参考。

AlON透明陶瓷因良好的透光性、热震稳定性、力学性能和良好的可加工性，在**领域和民用领域有广阔的应用前景。本文采用改进的碳热还原氮化/沸腾床法批量制备AlON粉体，单批次产能可达2 kg，在AlON粉体的XRD图谱中未观察到第二相，激光粒径分析显示平均粒径为1.54 μm，粒径分布均匀。使用该粉体进行冷等静压成型处理后，获得均匀性较好、致密度高的素坯。采用气压烧结法在1 850 ℃，氮气压力5 MPa下制备出光学透过率为82.3%，弯曲强度为310 MPa的AlON透明陶瓷片，对推进AlON透明陶瓷的应用具有一定的现实意义。

采用注射成型与气压烧结结合的工艺，可以低成本、大批量制备出体积小、精度高的陶瓷异形件。本文以低密度聚乙烯(LDPE)和乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)为黏结剂，在注射温度165 ℃、注射压力85 MPa的条件下制备氮化硅坯体，通过热脱脂工艺和烧结动力学测试，得到了完整的氮化硅注射成型工艺路线，并研究了喂料固含量对坯体密度、烧结密度和维氏硬度的影响，以及喂料在140~160 ℃时的非牛顿指数变化。结果表明：喂料的最佳固含量为52.42%(体积分数)，该条件下制备的氮化硅注射坯体密度为2.10 g/cm3，烧结密度为3.23 g/cm3，维氏硬度为（15.24±0.34） GPa；喂料在160 ℃时的非牛顿指数最小，即在该温度下喂料的流变性最好。

高原气候环境下基础设施结构混凝土材料强度、耐久性所面临的问题逐渐凸显,研究高原气候环境对混凝土性能的影响具有重要意义。通过低气压试验箱模拟95.0、70.7、57.6、47.0和38.7 kPa气压环境,测试了不同养护气压下水泥净浆的抗压强度、孔结构和物相组成。结果表明,在同一龄期时,随着养护气压的降低,水泥净浆的抗压强度逐渐降低,孔隙率逐渐增加,最可几孔径逐渐增大,过渡孔比例减小,毛细孔和大孔的比例增加,水化产物中的Ca(OH)2逐渐减少。此外,本文还分析了水泥净浆抗压强度与孔结构的关系,基于水泥净浆孔结构参数,建立了水泥净浆抗压强度预测模型。

高原低气压环境会影响气泡稳定性, 进而影响引气混凝土的孔结构和抗冻性。通过自建低气压搅拌装置, 研究了气压对新拌引气砂浆气孔结构的影响。结果表明: 气压降低会导致引气砂浆初始含气量降低, 气泡间距系数增大, 含气量经时损失增大, 孔结构劣化明显。低气压环境下引气砂浆孔结构劣化的主要机理是由于低气压加速了气泡体系的Ostwald熟化过程, 使得小气泡越来越小直至消失, 大气泡越来越大直至破裂, 气泡体系平均孔径增加, 加快了气泡体系的失稳速度。该研究结果对于理解低气压环境下气泡失稳机理和开发相应的稳泡技术具有指导意义。

高原地区的低气压环境对水泥基材料的干燥收缩与抗冻融性能等均有不利影响, 该环境下水分传输特性的改变是重要的影响因素。对不同水灰比的硬化水泥浆体开展了不同气压(101、60 kPa和20 kPa)与相对湿度(43%、98%)环境中270 d的等温暴露试验, 研究了低气压环境对硬化浆体中含湿量及化学结合水含量的影响, 并建立数值模型分析了低气压环境对水分传输特性的影响。结果表明: 在等温干燥环境中, 低气压环境会促进硬化浆体中水分散失, 并导致化学结合水含量的轻微下降; 在等温润湿环境中, 水分逐渐扩散进入硬化水泥浆体中, 使试件质量随暴露龄期呈对数增长, 环境气压降低会明显提升早期的质量增长速率与最终质量增加值。水分传输的数值模拟结果说明了低气压环境中水蒸气扩散系数、对流传质系数与硬化浆体的本征渗透率的增大是导致等温干燥和润湿过程水分传输行为的主要原因。

为了增韧Si3N4基陶瓷材料, 以钨(W)作为第二相材料, Y2O3-Al2O3作为烧结助剂, 采用气压烧结法制备了W/Si3N4复合陶瓷材料。研究了W含量对W/Si3N4复合陶瓷材料致密性、力学性能以及结构的影响。结果表明: 在W含量小于5%(质量分数)时, 样品致密度均达97%以上; 在W含量为5%(质量分数)时, 获得的W/Si3N4复合陶瓷材料综合性能最佳, 弯曲强度、硬度和断裂韧性分别为(670.28±40.00) MPa、(16.42±0.22) GPa和(8.04±0.16) MPa·m1/2, 相比于未添加金属W的Si3N4陶瓷材料分别提高了38.08%、13.08%和44.34%; 通过分析W/Si3N4复合陶瓷材料样品抛光面和压痕裂纹的微观结构, 发现W的引入能促使裂纹在扩展路径上更易发生偏转、分叉等增韧机制, 消耗裂纹扩展能量, 从而改善Si3N4陶瓷的断裂韧性。

激光诱导击穿光谱已被广泛应用于物质分析，但是目前的研究多关注于靶材料元素，极少有对环境气体元素进行分析的公开报道，而激光诱导等离子体与环境空气混合的过程对于理解等离子体膨胀过程极其重要。鉴于此，本团队研究了激光诱导击穿光谱中靶材元素铜和气体元素氮、氢、氧的特征光谱随环境气压、延迟时间变化的规律。实验结果表明：铜元素的特征光谱强度与环境气压不呈单调关系，气体元素的光谱强度与环境气压呈单调关系，其中氮元素只有在环境气压大于10 Pa时才可以探测到，氢和氧元素可以在10^-2 Pa时探测到；气体元素的光谱强度随环境气压升高而单调增强，随延迟时间增加而快速下降，信噪比随延迟时间增加而先增大后下降。本工作有助于促进对激光诱导等离子体膨胀过程的理解和实验参数的优化。

针对应用高阶谐波游标效应时出现的内包络消失、外包络可见度低等问题，从理论分析和实验探索两方面出发，得出了降低传感腔和参考腔的光强差异可以提高光谱质量的结论。此外，通过合理设计优化传感腔与参考腔的腔长、折射率等影响游标放大倍数的参数，在实验上采用平行结构的法布里-珀罗干涉仪制成了一阶谐波游标效应的光纤气压传感器，不仅获得了高对比度的游标干涉光谱，还在10~190 kPa气压范围内，实现了152 pm/kPa的气压灵敏度，线性度高达99%，对应的放大倍数可达到35.3。