蓝宝石晶体是一种优异的光学窗口候选材料，目前被广泛应用于航空航天和军事领域。本文在改进的泡生法晶体生长工艺基础上，通过检测和分析蓝宝石晶体生长过程中常见的缺陷、分布特点及其成因，成功制备了大尺寸、高质量蓝宝石晶体；并为了适应目前红外导弹的高马赫速、精确复合制导的发展趋势，研究了蓝宝石晶体在高温、砂粒侵蚀和宇宙射线及粒子辐照几种环境下的服役行为；最后针对其中高温服役强度急剧下降的突出问题，提出了在蓝宝石基体上生长镁系列薄膜，再进行高温扩散、淬火和时效处理，从而在基体中析出增强颗粒的措施。　　研究结果表明，生长的大尺寸蓝宝石晶坯容易出现歪晶、裂纹及开裂、变色、非等径生长等现象；在晶坯的引晶和收尾区域形成丝状及圆形的空腔，并且存在氧空位(F心、F+心)以及少量Mn4+、Cr3+、Ti4+等杂质离子。这主要与相关的晶体生长的物质条件和工艺因素相关。其中物质条件主要表现在原料的纯度、籽晶的取向及加工精度和晶体生长设备精度等方面；而工艺条件主要表现在引晶工艺、生长及冷却速度、炉体温场分布等方面。　　实验结果表明，优化工艺后最终生长的大晶体在中心处有着较高的结晶完整性，其半峰宽FWHM=11″。晶体的位错密度ρ=7.6×101～8.0×102cm-2，在晶坯中心部位仅存在有少量的<1120?>(0001)刃型位错，而在结晶尾部出?现了b=<1120>的螺线位错。其中切取的Ф150mm×30mm光学窗口用C面大尺寸蓝宝石片，其光学均匀性Δn<1×10-7，内应力σ<1.0MPa。　　高温服役行为的分析表明，蓝宝石晶体有着良好的透波率，并且随着温度的升高，在波长大于4μm的接近吸收带区，由于多声子吸收，透波率急剧下降；蓝宝石晶体的介电性能存在各向异性，对于光学窗口常用的C向蓝宝石晶体(E∥C)，随着温度的升高，介电常数及损耗角正切值显著增大(30～1300℃，8～16.5GHz:ε=9.4～12.5，tanδ=4.9×10-5～3.7×10-4)，使其微波反射及吸收显著增强，透波性能下降；而频率对其的影响较小(<4％)；高温双轴强度在600℃急剧下降(仅为20％左右)，这与在中温区域(400～800℃)蓝宝石晶体的孪晶变形机制相关；而蓝宝石晶体的高温硬度大小(20～1000℃，4.3～19.8GPa)，与加载的载荷大小、加载时间及方向有关。　　抗砂蚀行为的分析表明，砂砾入射角度越大，粒径越大，速度越大，对蓝宝石晶体的损伤也就越大。但即使经过速度为138m/s的石英砂时间为36s的冲蚀后，蓝宝石晶体也并无明显的失重；波长为3μm处红外透过率的降低也不超过1%，能很好满足目前红外制导导弹的实际服役要求。　　辐照效应的研究表明，蓝宝石晶体光学窗口经各种手段辐照后在可见光及红外区域的光学透波率无明显变化，而在紫外波段，即使经吸收剂量为5×106rad的γ射线、注量为5.5×1015e/cm2的电子流和辐照剂量为7.5×1015n/cm2的中子束辐照后，紫外吸收也很小，说明蓝宝石晶体有着很好的抗辐照性能。随着γ射线吸收剂量、电子注量、中子辐照剂量的增大，在蓝宝石晶体中未发现杂质型色心，而主要显示了多种辐照电子型色心：γ射线和电子辐照以后的蓝宝石，在紫外可见光波段更多表现出F及F+型的紫外吸收带，强度也随剂量随之增大。但是在γ射线吸收剂量超过1.0×107rad后，会出现色心饱和现象，并且在吸收剂量超过5.0×108rad后，出现明显的局域退火效应，这是由于生长的蓝宝石晶体中氧空位缺陷较小以及γ射线的辐照作用主要以电荷激发为主，而电子辐照则会产生氧位移损伤效应，但一般多为孤立型点缺陷。热中子辐照源有不同于γ射线和电子更大的辐照效应：蓝宝石晶体经7.0×1016/cm2的中子辐照后，开始显浅黄色，随剂量增大，颜色加深。吸收光谱上出现F2、F2+及F3+等聚集型色心，这是由于中子的电荷中性，虽然能量较小，没有直接的电子作用和晶格移位过程，但可以与原子核产生俘获反应，产生相应的辐照激发和原子移位的效应。　　溶胶-凝胶法在蓝宝石基体生长薄膜的实验表明，采用旋涂法制备的薄膜经过适当的缓慢退火处理，能够形成均匀、致密的MgO薄膜。对镀膜的样品经过高温(1600℃)热处理后，均可发现在蓝宝石表面形成择优取向的Spinel薄膜，并且在薄膜表面形成了具有正三角形的层状纹路。　　利用直流磁控溅射法，在蓝宝石基体上生长了镁薄膜，其在沉积过程中有着一定的结晶取向性。高温退火的实验表明，随着退火温度的升高以及退火时间的延长，制备的镁薄膜会首先转变为MgO多晶薄膜，再演化成MgO择优取向薄膜，然后最终生长成Spinel择优取向薄膜。快速淬火和随后时效处理的实验表明，在蓝宝石基体中会析出有着优先取向的Spinel颗粒；颗粒分布的均匀性与蓝宝石晶体中的缺陷和后期热处理工艺相关：淬火速率越大，时效处理时间越长，颗粒也随之增大。改性测试的结果表明，Spinel颗粒的析出由于阻碍加载裂纹的进一步延展，应能有效防止蓝宝石晶体的高温孪晶变形，从而增强蓝宝石的高温强度，而对其光学透波率的影响较小。