本论文系统研究了铌酸铝（AlNbO₄）陶瓷材料的制备、结构表征、第一性原理计算及力学、热学性能,并探讨了AlNbO₄陶瓷用于热障涂层及锂电池负极的可能性。得到以下主要结果:采用固相法,以Al₂O₃和Nb₂O₅为反应原料制备AlNbO₄陶瓷粉末。系统研究其合成工艺,探讨AlNbO₄陶瓷的固相反应合成机制。结果表明,Al³⁺首先向Nb₂O₅中扩散生成Al₂O₃-Nb₂O₅固溶体,随后转变成AlNbO₄陶瓷;在1350℃煅烧固相混合粉体1h可以获得结晶良好的单相AlNbO₄陶瓷粉体。利用Rietveld法结构精修,得到AlNbO₄陶瓷的晶胞参数和原子占位,建模后利用第一性原理计算进行结构优化,得到体系的基态晶格参数以及原子占位信息;在此基础上计算AlNbO₄的二阶弹性常数和杨氏模量等力学常数,计算所得材料的德拜温度为651K。分别采用无压烧结和热压烧结制备了AlNbO₄陶瓷块体,详细研究了烧结工艺对材料物相组成、相对密度、显微组织、力学性能的影响。无压烧结最佳工艺为:1450℃烧结6h。此时可以制备出致密度大于90%的试样。热压烧结最佳工艺为:1400℃烧结90min,此时制备出样品的致密度高达99.31%,其抗弯强度为326MPa,断裂韧性为4.997MPa·m^1/2,维氏硬度为6.1GPa。实验测得的弹性模量、体积模量、剪切模量、泊松比及德拜温度等与第一性原理计算预测的性能基本一致。采用高温膨胀仪测定AlNbO₄的线性热膨胀系数,其在关注的温度区间773¹473K内为（4.8⁶.2）×10^-6K^-1,与硅基非氧化物陶瓷的热膨胀系数(β-SiC=5.1×10^-6K^-1)非常接近,具备作为降低涂层热应力热障涂层面层材料的潜力。利用变温XRD测试及Rietveld精修可知,773¹473K温度范围内,AlNbO₄陶瓷在a、b、c三个方向的热膨胀系数分别为α_a=（6.97±0.30）×10^-6K^-1,α_b=（0.93±0.05）×10^-6K^-1,α_c=（9.72±0.24）×10^-6 K^-1,在不同基底上制备涂层时需要控制择优取向以避免热膨胀系数的失配。通过理论计算得到AlNbO₄的最小理论晶格热导率为1.95W/m·K,利用激光导热分析仪测得AlNbO₄的热导率为2.06W/m·K（1400℃）。热分析实验表明AlNbO₄陶瓷在25℃¹400℃范围内,表现出良好的相稳定性能,优于传统的钇稳定氧化锆（YSZ）涂层材料,显示了良好的作为热障涂层材料的前景。系统研究球磨造粒和喷雾干燥制备喷涂用AlNbO₄陶瓷团聚体粉末的工艺,其中优化的喷雾干燥工艺得到了更优异的等离子喷涂适用性的团聚体粉末。用大气等离子喷涂工艺制备了AlNbO₄热障涂层,喷涂前后AlNbO₄的相结构没有发生变化。涂层热导率为1.36W/m·K（1473K）,结合强度为21MPa。铌基氧化物的Nb⁵⁺/Nb⁴⁺和Nb⁴⁺/Nb³⁺氧化还原电对位于1.0V和2.0V,而且每个铌中有两个电子会发生转移反应,具备成为锂电池负极材料的潜力。通过测试研究了AlNbO₄材料的电化学性能,经过50次充电/放电循环,AlNbO₄的放电容量仍保持在141.4mA·g^–1,而且第五次循环以后的容量保持率为90.7%,平均库伦效率为99%。电流密度提高到5C时,经过50次的充放电循环后的放电比容量仍能保持73.6mAh·g^–1。AlNbO₄具有较高的可逆容量、良好的循环稳定性及倍率性能,是有一定潜力的锂电池负极材料。