上海矽酸鹽所在氮氧化鋁（AlON）透明陶瓷領域取得系列進展

氮氧化鋁（Al_（64+x）/3O_32-xN_x通稱AlON）透明陶瓷在可見和中紅外波段擁有良好的透過率，且具有高强度、高硬度的顯著優點，可應用於紅外光學視窗、安防裝備、深水潛望鏡等領域，還有望用作電子消費品的視窗。自本世紀初以來，中國科學院上海矽酸鹽研究所持續致力於AlON透明陶瓷的研究，近年來取得了系列原創性成果。近日，上海矽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、緻密化機理、光學視窗研製以及應用考核等方面取得系列進展。

團隊發展了高純度AlON粉體的兩步合成科技，提出了流態化合成方法及裝置，解决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。基於此，團隊合成了不同N/O比的AlON粉體，並研究了AlON陶瓷效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緻密化和透明化的作用及其機理，發現通過控制Y₂O₃添加量，能够在AlON晶粒內形成（111）孿晶界的插層結構，這種孿晶界能够封锁位錯的遷移，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透明陶瓷的緻密化是以氣相傳輸主導的燒結機制。基於上述發現，提出了氣-固轉變的熱等靜壓緻密化新機制【J. Euro.Ceram.Soc.41（2021）4327】，研製的AlON透明陶瓷光學質量得到顯著提升。

團隊開展了AlON透明陶瓷視窗和頭罩樣件的研製工作，解决了大尺寸透明陶瓷成型、燒結等關鍵技術問題，通過了有關抗彈效能和高溫紅外效能的初步驗證試驗，為後期應用奠定了基礎。

不同N/O比AlON的（a）XRD圖譜及（b）透明陶瓷樣品

AlON的孿晶界、裂紋擴展及位錯遷移

AlON透明陶瓷頭罩和安防裝備部件