钕参杂的钇铝石榴石(Nd:YAG)激光透明陶瓷是一种新型的激光增益介质,与单晶有相同的光学性质,在大尺寸制备和复合结构设计方面具有独特的优势,是高功率激光武器和聚变点火激光器的关键材料。但是激光透明陶瓷中的微观缺陷,如气孔、晶界偏析、杂质和杂相等在高能激光的应用过程中容易形成散射中心,直接导致陶瓷的激光损伤阈值降低。所以研究Nd:YAG激光透明陶瓷微观缺陷形成机理,在此基础上掌握其微观结构调控技术,是获得“完美”光学均匀性和显微结构的激光透明陶瓷的先决条件,也是陶瓷作为高能激光增益介质必须突破的技术瓶颈。本论文在分析Nd：YAG透明陶瓷制备过程中可能导致陶瓷中产生微观缺陷因素的基础上,通过原料粉体的微观结构调控和(NH4)2SO4分散剂的分散作用机理研究,提高了粉体的分散性和烧结活性；引入新型的高分子分散剂到陶瓷浆料中,利用分散剂的空间位阻和静电稳定作用,解决了注浆成型过程中浆料高固相含量和粘度间相制约的技术难题,实现了对陶瓷坯体的微观结构调控；通过调节烧结温度、烧结时间和烧结助剂来控制晶界和气孔的移动速度,抑制了晶粒的异常长大和促进了气孔的排除,实现了对陶瓷烧结体微观结构的调控。原料粉体颗粒是陶瓷微观结构调控的基本单元,其分散性、粒度、纯度和烧结活性对陶瓷烧结后的微观结构有重要的影响。论文中采用化学共沉淀法来制备Nd:YAG原料粉体。通过调节合成过程中的反应温度、沉淀剂浓度、盐溶液浓度、添加剂含量和煅烧温度,对合成原料粉体的微观结构进行调控。当盐溶液浓度降低到0.08 mol/L, pH调节到8.0时,A13+首先沉淀析出,Y3+以Al3+的析出物为核在其的外层析出,使前驱体形成了特殊的包覆结构,各组分离子和掺杂离子达到分子水平的均匀混合,降低了粉体合成的煅烧温度,提高了粉体的烧结活性。(NH4)2SO4作为分散剂添加到溶液中,SO42-能够在沉淀的表面上发生化学吸附,其高温分解可以阻碍粒子表面扩散的进行,解决了煅烧过程中纳米粒子的团聚问题,提高了煅烧后粉体的分散性能。粉体原料经过成型工艺形成素坯,素坯中原料颗粒无团聚、高固含量、颗粒间的气孔为通孔是减少Nd:YAG激光透明陶瓷中气孔缺陷的有效途径。论文中采用注浆成型制备陶瓷坯体,研究了pH值、分散剂和固相含量对浆料性能的影响。在pH=10,浆料中粉体颗粒间具有较大的排斥力。高分子分散剂(NPAADA)的加入能够在颗粒间形成空间位阻和产生静电稳定作用,降低了浆料中水的含量,在提高陶瓷浆料固相含量的同时,保证浆料具备较低的粘度和高稳定性,突破了制备高固相、低粘度浆料的技术瓶颈。烧结过程中晶界和气孔的移动速度决定了烧结后Nd:YAG激光透明陶瓷微观结构状态,而晶界和气孔的移动速度可通过烧结温度,烧结时间和烧结助剂来调节。通过研究不同烧结温度下晶粒尺寸随保温时间的变化规律,获得了烧结助剂TEOS和MgO的助烧结机理。当不添加烧结助剂时,1650℃烧结后陶瓷的晶界上存在较多的气孔。随着烧结温度提高到1700℃,晶粒进一步长大,晶粒之间的气孔数目逐渐变少,陶瓷烧结体逐渐变得致密。随着烧结温度进一步增大到1760℃,陶瓷中存在明显的异常长大晶粒,部分气孔被包入晶粒内部。MgO在1760℃和1800℃助烧结作用明显,它的加入能够抑制Nd：YAG晶粒在高温下的异常长大,但是烧结后的晶粒形状和尺寸差异较大。0.5%TEOS的加入对Nd:YAG陶瓷存在明显的助烧结作用,在1650℃烧结的后的陶瓷中气孔显著降低,气孔主要存在于晶界上。随着烧结温度增加,晶粒尺寸长大,晶粒之间没有明显第二相的物质,气孔很少,且晶粒的大小相对比较均匀。在烧结后期,硅原子富集于晶界,降低晶界的迁移速度,防止晶粒的异常长大。最终通过调节烧结参数和引入烧结助剂,实现了对烧结后Nd：YAG激光透明陶瓷微观结构状态的调控。论文中通过对Nd：YAG原料粉体、素坯和烧结体微观结构与性能关系的研究,突破了制备“完美”光学均匀性和显微结构的激光透明陶瓷的技术瓶颈,获得了透光率大于83%的高质量Nd：YAG激光透明陶瓷。表面抛光镀膜的Φ17×4mm Nd:YAG激光透明陶瓷成功实现1.4瓦的激光输出。