氮氧化鋁（Al(64+x)/3O32-xNx通稱AlON）透明陶瓷在可見和中紅外波段擁有良好的透過率，且具有高強度、高硬度的顯著優點，可應用于紅外光學窗口、安防裝備、深水潛望鏡等領域，還有望用作電子消費品的窗口。自本世紀初以來，中國科學院上海硅酸鹽研究所持續致力于AlON透明陶瓷的研究，近年來取得了系列原創性成果。近日，上海硅酸鹽所王士維研究員帶領的研究團隊在?AlON透明陶瓷的粉體合成、微結構調控、致密化機理、光學窗口研制以及應用考核等方面取得系列進展。

AlON透明陶瓷頭罩和安防裝備部件

團隊發展了高純度AlON粉體的兩步合成技術，提出了流態化合成方法及裝置，解決了碳熱還原反應波動、產物組分偏差的關鍵問題，有力保障了透明陶瓷研究所需的高純AlON粉體。基于此，團隊合成了不同N/O比的AlON粉體，并研究了AlON陶瓷性能隨組分的變化規律，獲得不同特性的系列化AlON透明陶瓷【Ceram. Int.?46 (2020) 16677】。在AlON透明陶瓷微結構調控方面，團隊研究了組合燒結助劑對致密化和透明化的作用及其機理，發現通過控制Y2O3添加量，能夠在AlON晶粒內形成(111)孿晶界的插層結構，這種孿晶界能夠阻止位錯的遷移，進而改變裂紋擴展方向，提高了AlON透明陶瓷的力學性能【J. Euro. Ceram. Soc.?38 (2018) 3235】。在AlON透明陶瓷光學性能優化方面，團隊發現AlON透明陶瓷特有的晶粒內雙折射現象，證實了AlON透明陶瓷的致密化是以氣相傳輸主導的燒結機制。基于上述發現，提出了氣-固轉變的熱等靜壓致密化新機制【J. Euro. Ceram. Soc.?41 (2021) 4327】，研制的AlON透明陶瓷光學質量得到顯著提升。

不同N/O比AlON的(a)XRD圖譜及(b)透明陶瓷樣品

團隊開展了AlON透明陶瓷窗口和頭罩樣件的研制工作，解決了大尺寸透明陶瓷成型、燒結等關鍵技術問題，通過了有關抗彈性能和高溫紅外性能的初步驗證試驗，為后期應用奠定了基礎。

AlON的孿晶界、裂紋擴展及位錯遷移