氧化铝(A12O3)粉体因具有优异的机械性能、良好的耐高温性和化学稳定性等,在工业上得到了广泛的应用。形貌规则、分散性好的球形Al2O3粉体因具有大的堆积密度、好的流动性等促使制备的产品表现更优异的性能。本文从热等离子体制备的球形Al2O3粉体的特性出发,围绕其在两个领域的应用展开研究。第一,由于Al-O键能较高,利用Al2O3粉体制备陶瓷时需要较高的烧结活化能,进而需要较高的烧结温度。无压烧结工艺因简单易行、利于工业化等优势,在实际生产中被广泛应用,但却难以制备高致密度、高机械性能的陶瓷。第二,将Al2O3粉体作为填料制备高导热的聚合物基复合材料。由于填料的添加,在复合材料中形成大量的填料-基体界面,界面的出现严重降低热量传输的效率,即在界面处产生界面热阻,影响复合材料整体的热传输性能。针对以上两个Al2O3粉体在实际应用中出现的问题,本论文对热等离子体制备的球形Al2O3粉体的特性进行考察,开展了在高性能Al2O3陶瓷与高导热聚合物基复合材料两个应用领域的研究。主要研究内容如下:(1)首先,对热等离子体制备的球形Al2O3粉体的特性进行了研究,包括颗粒的形貌、粒径、分散性、晶型结构、元素组成及其制备的浆料的特性等。研究发现,Al2O3粉体不仅具有窄的粒径分布,且颗粒分散性较好。同时,颗粒表面光滑、内部结构致密,结晶性较好。通过改变原料铝粉的加料速率,可实现对Al2O3粉体粒径的调控。将Al2O3粉体分散到水中制备的浆料具有较好的分散稳定性,颗粒长时间悬浮在浆料中不沉降,进一步研究发现Al2O3颗粒在中性的水溶液中表现出较高的zeta电位。随着固含量的增加,Al2O3浆料的粘度提高,表现出剪切稀化特征。(2)将热等离子体制备的球形Al2O3用于制备高性能的Al2O3陶瓷。原料粉体经过湿磨处理后,与未处理的粉体相比,表现出更高的烧结活性。湿磨颗粒在1600℃下烧结2h,陶瓷的致密度可达到98.7%,且具有高的弹性模量(400.2 GPa)与硬度(22.9GPa)。分析粉体的烧结活化能发现,在烧结前期,湿磨粉体的烧结活化能(498.8kJ·mol-1)远低于未处理粉体的烧结活化能(685.9kJ·mol-1)。对颗粒的进一步表征发现,湿磨后的颗粒内部产生较多的应变,表面出现了非晶相,内部出现了更多的位错,这大大提高了粉体的烧结活性,从而降低了烧结温度。(3)利用热等离子体制备的球形粉体的分散好、粒径细等优势,结合粉体的烧结传质特性,制备了枝状Al2O3(b-Al2O3),将其填充到酚醛树脂(PR)中制备了具有更高的热传输性能的导热复合材料。对复合材料热导率提升的机理进行研究,发现b-Al2O3颗粒通过其枝状结构互相搭接在基体中形成了连续的网络状结构,降低了热量传输时的界面热阻,提高了 PR的热导率(1.481 Wm-1K-1)。同时,基于b-Al2O3在PR基体中形成的连续网络结构及二者间较好的界面结合力,PR复合材料的热膨胀性能大大提升。(4)基于第3部分的研究,利用喷雾干燥与高温烧结工艺制备了三维连续网络结构的Al2O3球(N-Al2O3)。对其结构表征发现,与b-Al2O3相比,N-Al2O3不仅具有更多维度连续的结构,而且内部具有均匀贯通的孔隙。将其填充到PR基体中发现,PR基体渗入到N-Al2O3的孔隙,因而制备的N-Al2O3/PR复合材料具有无机-有机两相贯穿结构。由于N-Al2O3球更加连续的网络结构,更大程度的降低了热量传递时的界面热阻,将PR材料的热导率大幅提升至4.01 Wm-1K-1,相对于纯PR材料的热导率提高了 18倍多。同时,复合材料的力学性能、热稳定性能与介电性能均得到改善。