先进陶瓷材料凭借其耐高温、耐腐蚀、高硬度等优异性能，在航空航天、能源、电子信息等高新技术领域发挥关键作用。然而，传统陶瓷材料由于固有的脆性和各向同性特征，难以满足极端环境下高温承载、定向热传导等应用场景。通过晶粒定向排列来调控陶瓷材料微观结构的织构化技术，有望实现陶瓷材料性能的定向强化。作者通过强磁场辅助烧结、热锻工艺、增材制造定向调控等先进制备方法，在ZrB2基超高温陶瓷、金红石TiO2等功能陶瓷中构建可控各向异性结构，使材料在特定方向上的力学、热学及电学性能得到显著提升。本书不仅系统总结了织构化陶瓷的基础理论、制备策略和典型应用，还结合EBSD、同步辐射X射线断层扫描等先进表征手段，建立了“工艺-结构-性能”的定量关联，为高性能陶瓷的设计与优化提供了科学依据。此外，本书以问题为导向，贯通“基础研究-工艺开发-工程应用”全链条，为航空航天、电子信息等领域的高性能陶瓷创新提供理论工具与技术蓝图。
本书可供材料相关企业科研人员、技术人员、管理人员阅读使用，也可作为高等院校材料相关专业师生的教学参考书。

第1章 绪论 1
1.1 结构陶瓷的力学性能突破 2
1.2 功能陶瓷的物理性能提升 3
1.3 先进陶瓷织构技术特点 4

第2章 先进陶瓷材料的织构策略及织构化结构的测量和标定 6
2.1 引言 6
2.2 热加工织构法 7
2.2.1 热压 7
2.2.2 热锻 8
2.2.3 烧结热锻 10
2.3 模板晶粒生长织构法 11
2.3.1 模板晶粒生长法 11
2.3.2 反应模板晶粒生长技术 15
2.4 定向凝固技术 16
2.5 冰模板法 17
2.6 强磁场定向织构法 19
2.6.1 强磁场技术 19
2.6.2 强磁场对物质的主要作用方式 19
2.6.3 强磁场下晶体取向行为的研究 21
2.6.4 强磁场下单个球形陶瓷晶粒取向的动力学研究 25
2.7 增材制造 29
2.7.1 电子束增材制造 29
2.7.2 激光增材制造 30
2.8 织构化结构的测定和表示 31
2.8.1 极图的测量原理 31
2.8.2 取向的表示方法 31
2.8.3 欧拉角 32
2.8.4 取向分布函数ODF 33
2.8.5 织构度 33
参考文献 34

第3章 超高温陶瓷及反应热压过程中的显微结构演变 38
3.1 引言 38
3.2 超高温陶瓷材料 39
3.2.1 超高温材料的发展历程及研究体系 39
3.2.2 超高温陶瓷材料的合成、制备及性能 43
3.2.3 ZrB2 基超高温陶瓷的应用 60
3.3 ZrB2 基超高温陶瓷烧结过程中的显微结构演化 62
3.3.1 ZrB2-SiC 基超高温陶瓷的反应烧结过程 63
3.3.2 热压烧结制备ZrB2-SiC-ZrC 复相陶瓷反应过程 72
3.4 ZrB2 棒晶增韧ZrB2-MoSi2 基超高温陶瓷 74
3.4.1 反应烧结 74
3.4.2 显微结构演化 78
3.4.3 ZrB2 板晶的生长机理与显微结构演变 81
3.5 小结 86
参考文献 87

第4章 反应热压制备ZrB2 棒晶增韧ZrB2-MoSi2 超高温陶瓷及其织构化 92
4.1 引言 92
4.2 反应热压织构的过程 92
4.2.1 反应热压温度 92
4.2.2 MoSi2 含量和保温时间 94
4.2.3 反应热压总过程微结构发展路线图 95
4.3 反应热压制备ZrB2-MoSi2 基复相陶瓷的力学性能 97
4.3.1 MoSi2 含量 97
4.3.2 保温时间 98
4.3.3 力学性能的各向异性 99
4.4 热锻制备织构化ZrB2-MoSi2 超高温陶瓷及性能 101
4.4.1 热锻过程 101
4.4.2 微结构与织构化程度表征 102
4.4.3 热锻极限 105
4.4.4 力学性能 107
4.4.5 各向异性氧化 108
4.5 小结 118
参考文献 119

第5章 流延成型制备织构化ZrB2 基超高温陶瓷及性能 121
5.1 引言 121
5.2 ZrB2 棒晶与流延膜的制备与表征 121
5.2.1 棒晶ZrB2 粉体的制备与表征 121
5.2.2 流延膜的制备与表征 123
5.3 显微结构 124
5.4 流延成型制备织构化陶瓷的各向异性 127
5.5 小结 129
参考文献 129

第6章 ZrB2 基超高温陶瓷的强磁场织构 131
6.1 引言 131
6.2 高温强度各向异性 132
6.2.1 微观结构 132
6.2.2 室温力学强度 136
6.2.3 高温强度 136
6.3 强磁场定向制备织构化ZrB2 和ZrB2-MoSi2 陶瓷的微观结构和各向异性 141
6.3.1 强磁场织构 141
6.3.2 力学性能 144
6.3.3 氧化性能 146
6.4 小结 149
参考文献 149

第7章 TiO2 基巨介电材料及其应用 152
7.1 引言 152
7.2 巨介电材料简介 152
7.2.1 电介质极化 152
7.2.2 介电常数和介电损耗 154
7.2.3 介电弛豫 155
7.2.4 巨介电材料的种类 157
7.3 掺杂调控TiO2 基巨介电陶瓷性能 162
7.3.1 BN 的引入对金红石TiO2 陶瓷介电性能的调控 164
7.3.2 BN 的引入对Al3+ 与Nb5+ 共掺杂金红石TiO2 陶瓷介电性能的调控 174
7.3.3 TiO2-BN 和TiO2-NH4 Cl 陶瓷的微观结构与介电性能 182
7.4 小结 189
参考文献 190

第8章 织构化共掺杂TiO2 陶瓷的制备及其各向异性 195
8.1 引言 195
8.2 强磁场织构化（La0.5Nb0.5）xTi1-xO2 陶瓷的介电性能 196
8.3 强磁场织构化（Al0.5Nb0.5）xTi1-xO2 陶瓷的巨介电性能 205
8.4 不同磁场强度和磁场方向下织构化共掺杂TiO2 陶瓷的微观结构和性能 211
8.5 小结 217
参考文献 218

材料科学的发展始终与人类文明的进步紧密相连。从石器时代到信息时代，每一次技术的飞跃都离不开材料性能的突破。在当今高新技术迅猛发展的背景下，材料的多功能化、高性能化需求日益迫切，而各向异性作为材料本征特性的重要维度，正成为突破传统性能瓶颈的关键切口。其中，先进陶瓷材料因其优异的耐高温、耐腐蚀、高硬度等特性，在航空航天、能源、电子信息等领域占据不可替代的地位。然而，陶瓷材料固有的脆性和各向同性特征，长期制约着其在高性能场景中的应用。如何通过材料设计突破这一局限？织构技术——这一源自金属材料研究的微观调控手段——为陶瓷材料的性能跃升提供了全新思路。《先进陶瓷织构化及其各向异性》聚焦这一前沿领域，系统阐述了通过晶粒定向排列实现陶瓷材料性能定向强化的科学原理与技术路径。
20世纪80年代，日本学者首次在氧化铝陶瓷中实现晶粒定向排列，使得材料沿特定方向的断裂韧性提升达40%，这一突破性进展揭示了织构技术的巨大潜力。此后三十年间，随着表征技术与制备工艺的进步，织构化陶瓷逐渐从实验室研究走向工程应用，在压电陶瓷、超导材料、超高温陶瓷等领域展现出革命性的应用前景。
21世纪以来，多物理场耦合技术的引入加速了织构化技术的发展。如强磁场织构法利用晶粒磁化率各向异性，在10T级强磁场中可使非磁性陶瓷（如Al2O3）的晶粒取向度达85%以上。日本国立材料研究所通过磁场辅助烧结，成功制备出热导率各向异性比达15∶1的氮化硅陶瓷基板。 增材制造定向调控法则利用激光选区熔化技术，通过熔池动态控制在ZrB2SiC超高温陶瓷中构建出三维梯度织构，使材料在保持室温韧性的同时，1600℃高温强度提升至传统烧结体的3倍。
织构化带来的性能增益在多个维度重塑着陶瓷材料的应用边界。在结构陶瓷方面，定向排列的SiC晶粒使陶瓷基复合材料的裂纹扩展路径发生偏转，断裂功耗散效率提升70%以上；在功能陶瓷方面，织构化铋层状结构铁电陶瓷的介电和铁电性能非常显著，不同方向的电阻率和压电系数值差异可达一个数量级以上，这种各向异性为其在微波器件、传感器等领域提供了重要的性能优化空间。这种性能飞跃的背后，是织构技术对材料多层次结构的协同调控。
展望未来，各向异性陶瓷将在量子器件衬底、聚变堆第一壁材料等极端环境应用中扮演关键角色。要实现这些突破，仍需攻克若干基础科学问题：多物理场耦合下晶粒旋转的动力学机制、织构稳定性与相变行为的关联规律、跨尺度织构结构的性能耦合效应等。这些问题的解决，需要材料、物理、化学、计算科学等多学科的深度融合——而这正是本书希望推动的方向。
全书共有九章。第1章从单晶各向异性的物理本质出发，揭示多晶陶瓷织构化的科学意义，提出通过晶粒择优取向、纤维定向排列及仿生层状设计重构可控各向异性的必要性。第2章系统解析了现有陶瓷织构化技术，同时详述极图、EBSD、中子衍射等织构表征手段，建立工艺结构性能的定量关联。第3~6章以ZrB2基超高温陶瓷为核心，解析其在2000℃以上极端环境中的性能需求。第7章和第8章针对5G通信与高密度储能需求，系统研究 TiO2掺杂（BN、Al3+/Nb5+共掺）对介电性能的调控规律。第9章总结了织构化技术在超高温承载、介电响应等领域的突破，指出跨尺度结构协同设计、极端环境原位表征等挑战。本书以问题为导向，贯通“基础研究工艺开发工程应用”全链条，为航空航天、电子信息等领域的高性能陶瓷创新提供理论工具与技术蓝图。
在本书出版之际，特别感谢我的博士生导师张国军教授引领我进入丰富多彩的陶瓷领域，并在我工作后持续给予关怀和鞭策；感谢刘鹏教授带领我深入精彩纷呈的电介质物理世界，并在我工作期间与我进行大量深度的讨论，为我提供诸多解决问题的思路。此外，感谢乌镇实验室、嘉兴睿创新材料有限公司王震研究员的大力支持，以及对我工作的长期鼓励与认可；感谢中国科学院上海硅酸盐研究所王佩玲研究员、阚艳梅研究员、倪德伟研究员、王新刚研究员，武汉理工大学邹冀教授以及陕西师范大学陈晓明教授、朱刚强教授、周剑平教授的关心和帮助；感谢中国科学院上海光学精密机械研究所刘海涛博士，陕西师范大学宋月婵博士以及研究生周权、刘金秋参与本书所介绍内容的研究工作，对他们的辛勤工作深表谢意！
这些年来，笔者的科研工作持续得到国家自然科学基金和陕西省自然科学基金等各类科研项目的资助，并获得陕西师范大学出版基金一类资助，一并致谢。
向书中所引用文献资料的所有作者致以诚挚的谢意！
囿于笔者的学术水平和研究视野，书中难免存在疏漏，热忱欢迎广大读者批评指正。

吴雯雯
2025年7月