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。