开发和利用包括太阳能在内的可再生能源是解决能源危机和环境污染问题的重要途径。作为塔式太阳能热发的核心,吸热体材料的性能直接影响系统工作效率。然而,目前使用的吸热体材料存在种类单一、高温抗热冲击性能和抗氧化性能差、太阳光吸收率低等不足,严重制约了系统工作温度和热发电效率。本文创新地采用原位合成法和多粉体分层埋粉无压烧结技术制备了性能优异的MgAl₂O₄结合Si₃N₄复相陶瓷吸热体材料。研究了材料组成、制备工艺、结构与性能之间的关系以及材料的合成机理。探讨了Sm₂O₃、TiO₂及二者复合对材料结构和性能的影响规律及其在烧成过程中的作用机制。揭示了提高材料物理性能、抗热震性能、抗氧化性能和太阳光吸收率的途径和机理。利用ANSYS Workbench软件研究了吸热体的几何特性对空气介质在吸热体中的温度场分布和出口温度的影响,获得了影响规律。主要研究成果如下:（1）利用煅烧铝矾土、滑石、α-Al₂O₃和MgO等原料组合制备了MgAl₂O₄陶瓷。以矿物原料为铝源和镁源的样品烧成温度低,MgAl₂O₄由低温下合成的堇青石转化而来,伴随大量液相产生,样品烧成温度范围窄（1380¹400°C）。α-Al₂O₃和MgO在1000°C以下便反应生成MgAl₂O₄,随着温度升高合成量增加,结晶度提高,样品性能提高。最佳烧成温度为1540°C,样品的显气孔率为0.34%、抗折强度为115.63 MPa。MgAl₂O₄的合成温度范围宽（1200¹560°C）,耐高温性好,是提高Si₃N₄抗氧化性能的较佳结合相。（2）在（1）的基础上制备了MgAl₂O₄-Si₃N₄复相陶瓷,其性能优于相同条件下制备的Si₃N₄陶瓷。原位合成MgAl₂O₄能抑制Si₃N₄晶粒长大,使样品细晶化、致密化。MgAl₂O₄的含量以30 wt%左右为宜,经1620°C烧成样品的抗折强度为198.85 MPa。30次热震后（1100°C^室温,风冷）强度增加了24.49%。100 h氧化后（1300°C）的增重率为2.87 mg·cm^-2、氧化速率常数为3.40×10^-3mg²·cm^-4·h^-1。样品在0.30².50μm波长范围内的太阳光吸收率为89.50%。随着MgAl₂O₄合成量增加,复相陶瓷的氧化机制由“钝化氧化”向“活化氧化”过渡,过高的MgAl₂O₄含量（大于30 wt%）使样品的抗氧化性能下降。（3）通过添加Sm₂O₃显著提高了MgAl₂O₄-Si₃N₄复相陶瓷的致密度、强度和抗热震性能。Sm₂O₃能促进MgAl₂O₄的原位合成、Si₃N₄的晶型转变及其长径比的增加,赋予样品更高的致密度和强度。最佳添加量为1 wt%,经1620°C烧成样品的显气孔率低至0.50%、抗折强度达到339.42 MPa、太阳光吸收率为90.50%。30次热震后抗折强度增加了2.60%,达到348.23 MPa。氧化100 h后样品的增重速率为2.68 mg·cm^-2,氧化速率常数为1.75×10^-2 mg²·cm^-4·h^-1。良好的抗热震性能得益于热震过程中液相的产生和微裂纹增韧机制。（4）通过添加TiO₂明显提高了MgAl₂O₄-Si₃N₄复相陶瓷的抗氧化性能和太阳光吸收率。最佳添加量为2 wt%,经1620°C烧成样品的体积密度达到2.95g·cm^-3、抗折强度为319.73 MPa、太阳光吸收率达到91.40%,热导率为13.27W/（m·K）。30次热震后抗折强度增加了1.46%。100 h氧化后的增重速率仅为0.89mg·cm^-2,氧化速率常数低至2.00×10^-3 mg²·cm^-4·h^-1。Ti⁴⁺半径小于Sm³⁺,在相同条件下向表面迁移少,样品氧化增重减小,抗氧化性能提高。Ti⁴⁺取代Al₂O₃中Al³⁺后在结构中产生阳离子空位从而提高样品的太阳光吸收率。Sm₂O₃和TiO₂复合添加剂虽然能够降低MgAl₂O₄-Si₃N₄复相陶瓷烧成温度,提高太阳光吸收率,但样品的抗氧化性能降低。（5）研制了适用于塔式太阳能热发电吸热体材料的MgAl₂O₄-Si₃N₄蜂窝陶瓷。在添加2 wt%TiO₂的基体配方中外加不同添加剂,泥料含水量为23-26 wt%时能够制得性能优良的蜂窝陶瓷吸热体。经1620°C烧成样品的显气孔率为2.85%、轴向抗压强度为19.37 MPa。30次热震后蜂窝陶瓷形貌完好,致密度和抗压强度提高。经过500 h热循环（1300°C^室温）后蜂窝陶瓷吸热体的增重率仅为6.15%,且性能无明显衰减。（6）利用ANSYS Workbench软件对空气工质在蜂窝陶瓷吸热体中的温度场分布和出口温度进行了模拟计算。结果显示,不同孔型吸热体在高温下的温度场分布均匀。在空气流量相同情况下,吸热体的空气阻力随吸热体通孔边数的增加而减小,出口温度降低。当吸热体长度增加或孔径减小时,其出口温度受空气流速的影响均减小。在实际工作中三角孔吸热体性能最佳,空气流速以不大于3 m/s为宜,吸热体孔径小于5 mm、长度为300 mm时最为经济有效,此时吸热体出口温度大于1200 K。计算结果为太阳能热发电用吸热体材料的定型和工作参数的确定提供了重要的理论依据。