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地下滴灌技术以其优良的节水增产效果在发达国家得到较广应用，但高能耗及因塑料大量使用带来的环境等问题却限制了其进一步发展。为解决上述问题，西北农林科技大学科研团队受陶罐灌溉启发，将微孔陶瓷材料引入灌水器研发中，利用陶瓷相互连通的微孔替代传统灌水器中的复杂迷宫流道进行渗流灌溉，研发出微孔陶瓷根灌技术，实现微压、小流量、自适应灌溉，具有良好的节水增产效果。但由于微孔陶瓷灌水器原料配方、制备工艺与陶瓷材料性能之间的定量关系尚不明晰，导致其规范化制备方法缺乏，仍然存在流量控制不精确、制造偏差大等诸多问题，严重影响其应用效果。为此，本文以材料科学为基础，采用理论、大数据分析，室内试验和数值模拟相结合的研究方法，分析了原料配方和制备工艺对微孔陶瓷材料性能以及灌水器水力性能的影响，揭示了水力性能对材料性能关键参数(孔隙特征)的响应关系，构建了微孔陶瓷灌水器出流模型，优选出适宜于制备微孔陶瓷灌水器的原料配方和工艺，并提出一套微孔陶瓷灌水器规范化制备方法，初步得出如下结论：
(1)基于材料学理论和Meta大数据分析，初步筛选出可用于制备灌水器的微孔陶瓷原料配方和制备工艺。
在制备微孔陶瓷灌水器主要原料选择上，确定了以烧结后性能稳定的黏土或石英砂作为骨架材料，以钠长石、硅溶胶作为性能改良剂；明确了造孔剂应以有机造孔剂为宜，且含量低于50%。针对不同基质微孔陶瓷，提出了相应的烧结温度控制范围，1000℃是黏土基(小于1000℃)和砂基(大于1000℃)微孔陶瓷烧结温度的分界线。
(2)探明了原料配方和制备工艺对微孔陶瓷材料性能影响规律，优选出适宜于制备微孔陶瓷灌水器的原料配方和工艺。
对于黏土基微孔陶瓷，影响其孔隙率最主要的因素为造孔剂含量，当造孔剂(小麦秸秆)含量从10％增加到25％时，其开口孔隙率增加7.4％；采用两步烧结法，微孔陶瓷强度可提高2倍以上，并可有效控制其孔径范围和孔隙均匀性。对于砂基微孔陶瓷，增加造孔剂含量，同时降低粘接剂含量、模压压力和烧结温度，可提高其孔隙率，但密度和抗弯强度随之降低；不同骨架颗粒形态对其材料性能亦有一定影响，球形石英砂烧结后由于其颗粒间平均接触面积较大，可显著提高微孔陶瓷抗弯强度和孔隙均匀性，但成本高昂；球磨普通不规则石英砂颗粒通过钝化其棱角以增加球形度，可大幅降低成本，并能保证其材料性能满足制备灌水器的要求。
基于大数据分析、理论推导和试验验证，以研发高孔隙率、高强度、低成本的灌水器为目标，提出：以黏土为骨架材料，以小麦秸秆(含量10%-15%)为造孔剂，以硅溶胶作为性能改良剂，模压压力12MPa，采用两步烧结法(先升温至950℃，快速降温至900℃，保温两小时)制备黏土基微孔陶瓷材料；以球磨石英砂(粒径50μm，含量45%)为骨架材料，以糊精(含量10%)为造孔剂，以硅溶胶作为性能改良剂，以滑石粉、钠长石、氧化铝(比例为2∶1∶2)为粘结剂，模压压力14MPa，烧结温度1200℃，制备砂基微孔陶瓷材料。
(3)揭示了微孔陶瓷灌水器水力性能对原料配方和制备工艺的响应规律，构建了微孔陶瓷灌水器理论和经验出流模型。
依据试验数据，通过方差分析，得出原料配方和制备工艺对微孔陶瓷灌水器水力性能的影响顺序为：造孔剂含量最大，模压压力次之，粘结剂含量较小，烧结温度最小；并基于统计分析，建立了微孔陶瓷灌水器流量与造孔剂含量、粘接剂含量、模压压力、烧结温度和结构参数之间的数学关系。假定陶瓷灌水器的微孔为一组毛细管，依据Carman-Kozeny理论，结合Hagen-Poisseuille定律，构建了微孔陶瓷灌水器出流理论模型，为微孔陶瓷灌水器流量精确控制提供了科学依据。
(4)明确了微孔陶瓷灌水器制备过程中干燥及搅拌参数，提出微孔陶瓷灌水器规范化制备方法。
分析了搅拌工艺(投料顺序、搅拌时间和搅拌速度)、干燥工艺(干燥温度和时间)对微孔陶瓷灌水器材料性能(孔隙率和抗弯强度)与水力性能(流量和流量偏差)的影响，结果表明：搅拌过程中，采用先干料混合，再加入硅溶胶的二次投料方式，可避免同类原材料团聚，提高孔隙分布均匀性；搅拌时间15分钟，孔隙均匀性和抗弯强度最优；干燥过程中，随着干燥时间增加，坯体强度和流量偏差呈先增大后减小趋势，9小时可达到最优；干燥温度为80℃-90℃时，可避免水分快速蒸发对坯体微结构的破坏。
综合考虑灌水器成本、流量和强度要求，提出了一套微孔陶瓷灌水器规范化制备工艺流程，即：①原材料：应根据情况进行预处理，包括过筛(325目)、去杂、预烧等；②混料：根据原料配方进行称重混合，采用先干料混合，再加入硅溶胶的二次投料顺序，低速搅拌15分钟后取出；③模压制坯：模压压力适宜采用12~14MPa；④坯体干燥：在箱式烘干箱中对坯体进行干燥，干燥时间为9小时，干燥温度为80℃-90℃；⑤坯体烧结：干燥结束完全冷却后，置入隧道炉或箱式炉在设定温度下(黏土基950℃，砂基1200℃)烧结成微孔陶瓷灌水器。
(1)基于材料学理论和Meta大数据分析，初步筛选出可用于制备灌水器的微孔陶瓷原料配方和制备工艺。
在制备微孔陶瓷灌水器主要原料选择上，确定了以烧结后性能稳定的黏土或石英砂作为骨架材料，以钠长石、硅溶胶作为性能改良剂；明确了造孔剂应以有机造孔剂为宜，且含量低于50%。针对不同基质微孔陶瓷，提出了相应的烧结温度控制范围，1000℃是黏土基(小于1000℃)和砂基(大于1000℃)微孔陶瓷烧结温度的分界线。
(2)探明了原料配方和制备工艺对微孔陶瓷材料性能影响规律，优选出适宜于制备微孔陶瓷灌水器的原料配方和工艺。
对于黏土基微孔陶瓷，影响其孔隙率最主要的因素为造孔剂含量，当造孔剂(小麦秸秆)含量从10％增加到25％时，其开口孔隙率增加7.4％；采用两步烧结法，微孔陶瓷强度可提高2倍以上，并可有效控制其孔径范围和孔隙均匀性。对于砂基微孔陶瓷，增加造孔剂含量，同时降低粘接剂含量、模压压力和烧结温度，可提高其孔隙率，但密度和抗弯强度随之降低；不同骨架颗粒形态对其材料性能亦有一定影响，球形石英砂烧结后由于其颗粒间平均接触面积较大，可显著提高微孔陶瓷抗弯强度和孔隙均匀性，但成本高昂；球磨普通不规则石英砂颗粒通过钝化其棱角以增加球形度，可大幅降低成本，并能保证其材料性能满足制备灌水器的要求。
基于大数据分析、理论推导和试验验证，以研发高孔隙率、高强度、低成本的灌水器为目标，提出：以黏土为骨架材料，以小麦秸秆(含量10%-15%)为造孔剂，以硅溶胶作为性能改良剂，模压压力12MPa，采用两步烧结法(先升温至950℃，快速降温至900℃，保温两小时)制备黏土基微孔陶瓷材料；以球磨石英砂(粒径50μm，含量45%)为骨架材料，以糊精(含量10%)为造孔剂，以硅溶胶作为性能改良剂，以滑石粉、钠长石、氧化铝(比例为2∶1∶2)为粘结剂，模压压力14MPa，烧结温度1200℃，制备砂基微孔陶瓷材料。
(3)揭示了微孔陶瓷灌水器水力性能对原料配方和制备工艺的响应规律，构建了微孔陶瓷灌水器理论和经验出流模型。
依据试验数据，通过方差分析，得出原料配方和制备工艺对微孔陶瓷灌水器水力性能的影响顺序为：造孔剂含量最大，模压压力次之，粘结剂含量较小，烧结温度最小；并基于统计分析，建立了微孔陶瓷灌水器流量与造孔剂含量、粘接剂含量、模压压力、烧结温度和结构参数之间的数学关系。假定陶瓷灌水器的微孔为一组毛细管，依据Carman-Kozeny理论，结合Hagen-Poisseuille定律，构建了微孔陶瓷灌水器出流理论模型，为微孔陶瓷灌水器流量精确控制提供了科学依据。
(4)明确了微孔陶瓷灌水器制备过程中干燥及搅拌参数，提出微孔陶瓷灌水器规范化制备方法。
分析了搅拌工艺(投料顺序、搅拌时间和搅拌速度)、干燥工艺(干燥温度和时间)对微孔陶瓷灌水器材料性能(孔隙率和抗弯强度)与水力性能(流量和流量偏差)的影响，结果表明：搅拌过程中，采用先干料混合，再加入硅溶胶的二次投料方式，可避免同类原材料团聚，提高孔隙分布均匀性；搅拌时间15分钟，孔隙均匀性和抗弯强度最优；干燥过程中，随着干燥时间增加，坯体强度和流量偏差呈先增大后减小趋势，9小时可达到最优；干燥温度为80℃-90℃时，可避免水分快速蒸发对坯体微结构的破坏。
综合考虑灌水器成本、流量和强度要求，提出了一套微孔陶瓷灌水器规范化制备工艺流程，即：①原材料：应根据情况进行预处理，包括过筛(325目)、去杂、预烧等；②混料：根据原料配方进行称重混合，采用先干料混合，再加入硅溶胶的二次投料顺序，低速搅拌15分钟后取出；③模压制坯：模压压力适宜采用12~14MPa；④坯体干燥：在箱式烘干箱中对坯体进行干燥，干燥时间为9小时，干燥温度为80℃-90℃；⑤坯体烧结：干燥结束完全冷却后，置入隧道炉或箱式炉在设定温度下(黏土基950℃，砂基1200℃)烧结成微孔陶瓷灌水器。