氮氧化铝（AlON）透明陶瓷是近几十年发展起来的新型透射窗口材料，具有光学各向同性、力学性能与蓝宝石相近的特点，且制造成本比蓝宝石低、也更容易进行大尺寸制造。目前国内外普遍采用热等静压烧结方法制备AlON透明陶瓷，该方法虽然烧结驱动力强，容易实现高透明AlON透明陶瓷烧结，但热等静压设备及其使用、维护成本极高，是推高AlON透明陶瓷成本的重要因素。常压烧结是实现AlON低成本制备的有效方法，但常压烧结驱动力弱，制备高透明AlON透明陶瓷难度大，制备的AlON透明陶瓷性能还需进一步提高。针对上述问题，本论文从AlON透明陶瓷制备三大环节粉体、成型、烧结入手，综合优化基于常压烧结的AlON透明陶瓷制备工艺体系。系统研究了高纯高活性AlON透明陶瓷粉体低温快速合成方法；分析了喷雾造粒结合冷等静压成型工艺参数对AlON素坯和陶瓷的微观结构和性能的影响规律，同时对比了冷等静压、流延和注浆工艺在成型AlON素坯时各自的特点与优势；探讨了烧结工艺参数和烧结助剂对AlON陶瓷的微观结构和性能的影响，分析了AlON陶瓷烧结时微观结构的演化规律；系统测试分析了AlON透明陶瓷的光学性能和力、热学性能。主要开展的研究工作如下：

1）采用两步球磨法混合Al₂O₃和AlN原料粉，提高AlN原料粉的反应活性，实现Al₂O₃和AlN原料粉在亚微米尺度范围的均匀混合，同时避免了AlN原料粉的水解。煅烧温度制度为1700℃保温2h时，AlON单相区对应的AlN摩尔含量为26%~28%，为寻找更适合低温快速合成的组分提供了参考。当AlN摩尔含量为27%时，在1660℃及以上煅烧2h可得到纯相AlON粉。当煅烧温度为1680℃时，保温20min及以上可制得纯相AlON粉。250rpm转速下球磨24h中位粒径为410nm。

2）对AlON粉体进行喷雾造粒球化处理，在30~50wt%范围内，随着固相含量升高，AlON喷雾造粒球直径和致密程度得到明显改善。对喷雾造粒后的粉体进行冷等静压成型，在一定范围内随着成型压力增大，素坯的密度、均匀性得到提高，素坯平均孔径减小；当成型压力大于200MPa时，素坯的密度与平均孔径变化不大，对AlON透明陶瓷的密度和透过率影响不明显。对比发现注浆成型的AlON素坯微观结构致密性和均匀性较差，孔径分布宽，平均孔径大。冷等静压和流延成型的AlON素坯微观结构更致密均匀，孔径分布更窄，平均孔径更小。

3）随着烧结温度升高，AlON坯体的收缩率和密度不断提高。烧结温度达到1800℃及以上时，坯体基本收缩到位，相对密度基本达到98%以上。当烧结温度为1700℃时，AlON坯体处于烧结中期；当烧结温度为1750℃及以上时，AlON烧结进入末期。结合AlON坯体在烧结后期的微观形貌的变化规律，分析了烧结后期气孔的排出方式：1.气孔在晶界迁移过程中被排出；2.气孔通过晶格扩散逐步迁移至晶界上排出。随着温度升高晶粒尺寸逐步增大，气孔的扩散路程延长，不利于气孔的消除，需控制烧结温度和烧结时间控制晶粒的过度生长。烧结助剂方面，需合理控制氧化镧和氧化钇的添加量，氧化镧的最佳添加量为0.03wt%，氧化钇的最佳添加量为0.4wt%。

4）研究了粉体粒径对AlON透明陶瓷性能的影响规律，结果表明粉体的粒径要与烧结制度相匹配，使烧结致密化过程中晶界迁移速率与气孔扩散速率相适应，以避免晶粒内部气孔的形成。采用冷等静压成型和流延成型制得的AlON素坯烧结时气孔更容易排出，制得AlON透明陶瓷透过率均超过80%。素坯气孔尺寸对AlON透明陶瓷高致密化烧结影响相对较弱，气孔尺寸分布的均匀性影响更为明显。

5）基于常压烧结工艺，制备出Φ170mm口径AlON透明陶瓷平板和Φ110mm口径球罩。在可见光波段AlON透明陶瓷平均透过率＞82%，在中红外波段平均透过率＞84%，均接近理论透过率。分析测试了AlON透明陶瓷的透过率、折射率、雾度等光学性能指标；同时测试了AlON透明陶瓷的力、热学性能。