AlON透明陶瓷具有优异的光学和机械性能,可用于制作中红外窗口、头罩以及透明装甲。美国Surmet公司已成功制备出610mm×914mm的AlON大尺寸板材及各种共形窗口,并开展AlON透明陶瓷在航空航天以及防弹透明装甲等领域的应用研究。国内AlON的研究处于起步阶段,在尺寸、光学性能（透过率和光学均匀性）及力学性能等方面差距较大,造成这些差距的主要原因是对材料微观结构的认识不够深入。首先在粉体方面,对AlON粉体在低温阶段分解再合成认识不足;其次,对于AlON陶瓷中的微观结构如孪晶、晶粒尺寸等认识不够深入。针对以上的问题,本论文深入地研究了AlON粉体在低温阶段的分解再合成过程,以及该过程对陶瓷光学性能的影响;探索了新型烧结助剂Y₂O₃-La₂O₃-CaO和Y₂O₃-La₂O₃-MnO对AlON烧结性能及显微结构的影响;深入研究了AlON透明陶瓷中孪晶的演变规律及其力学强化机制;成功制备出氮化铝多形体增强的AlON复合陶瓷,力学性能提高20%。主要开展的研究工作如下:（一）AlON低温分解当温度低于1640°C时,AlON首先分解成为Al₂O₃相和AlN相,而当温度高于1640°C时,已分解的Al₂O₃和AlN又重新固溶成为AlON相。在这个烧结过程中,升温制度会对相分解又合成的程度产生显著的影响,慢速升温会使得AlON分解程度高,分解产生的Al₂O₃和AlN晶粒发育完善,当温度高于1640°C,重新固溶成为AlON的难度便加大;相反,快速升温会使得AlON分解程度低,分解产生的Al₂O₃和AlN颗粒细小且混合均匀,当温度高于1640°C,能较容易地重新固溶为AlON相。且Al₂O₃和AlN重新固溶为AlON的过程中,Al₂O₃和AlN的转化效率也不一致。AlON在升温过程中相分解及再合成的过程致使最终烧结而成的陶瓷晶粒中氮氧含量不均匀,在微观结构上就是形成高密度的纳米微畴,不同的微畴结构的折射率有差异,致使其在正交偏光显微镜下呈现消光现象,在宏观上便表现为水波纹的现象。控制合适的升温速率对于制备高光学质量的AlON具有十分重要的指导意义。（二）新型烧结助剂的探索针对Y₂O₃-La₂O₃烧结助剂体系制备的AlON陶瓷晶粒尺寸不均匀、烧结温度高等问题,分别初步探索了新型烧结助剂体系Y₂O₃-La₂O₃-CaO和Y₂O₃-La₂O₃-MnO对AlON透明陶瓷烧结性能的影响。Y₂O₃-La₂O₃-CaO烧结助剂体系能够有效地将晶粒尺寸减小到80μm左右,晶粒尺寸均匀细小,水波纹现象明显减弱;Y₂O₃-La₂O₃-MnO烧结助剂体系能够有效地将烧结温度降低100°C,晶粒尺寸尺寸均匀,在110μm左右。（三）AlON孪晶强化机制利用扫描电镜电子背散射衍射（EBSD）、扫描显微镜（SEM）和高分辨率透射电镜（HRTEM）等研究了AlON透明陶瓷中孪晶结构的生长规律及其对力学性能的强化机制。发现提高烧结温度和延长保温时间能够有效地提高材料中孪晶的含量。同时,揭示了孪晶的力学强化机制:从宏观角度看,孪晶界能够改变裂纹的扩展方向,引起裂纹的偏转,消耗裂纹扩展的驱动力;从微观角度看,孪晶界能够有效地阻碍位错运动,引起位错塞积,增加位错运动的阻力,从而最终提高AlON透明陶瓷的强度和硬度。（四）AlON复相陶瓷根据Al₂O₃-AlN相图,通过在AlON中添加AlN粉,在陶瓷基体内部形成AlN多形体,成功研制出自增强的AlON/AlN复相陶瓷。该AlN多形体呈棒状穿插在晶粒内部或是晶粒间,在陶瓷断裂过程中,起到拔出增韧、桥联与引起裂纹偏转的作用,同时对该棒状多形体的微观结构也进行了深入的研究,发现该棒状体是由AlN多形体和非晶基体组成的。