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陶瓷窗口是一类起到空间隔离，信息或能量传输作用的陶瓷介质。根据应用的波段，有光学窗口和微波窗口两大类。作为窗口应用的陶瓷除了应满足基本的力学性能要求之外，还应在相应的波段具有尽可能高的透过率。对于光学窗口，要求陶瓷具有极低的气孔率，减少对入射光的散射作用以实现足够高的透光率;对于微波窗口则要求陶瓷具有尽可能低的介电损耗，减少对微波的吸收以保证足够的微波透过率。随着现代装备的不断升级，对窗口材料的性能提出了更高的要求。氧化铝具有高硬度，良好的热机械性能，极低的本征介电损耗以及原料来源广泛、廉价等优势，是窗口陶瓷的最佳候选材料之一。 为实现高性能氧化铝陶瓷窗口的快速、可靠生产，本论文从先进陶瓷材料的整套制备流程入手，瞄准氧化铝陶瓷制备过程中粉体合成、组分设计、工艺调控等关键问题，结合微波煅烧、放电等离子体烧结两种新式快速加热、烧结手段，研究了制备过程中影响氧化铝陶瓷窗口性能的基本规律和控制因素。并在对基本规律的理解基础上，通过组分设计和烧结工艺调控，制备了具有优异窗口性能的氧化铝陶瓷。具体如下: 1，采用沉淀法制备氧化铝粉体。以氨水作为沉淀剂，硝酸铝作为铝源制备氧化铝粉体，发现沉淀反应的pH条件对前驱体的结晶状态有重要影响，随着pH上升，前驱体从非晶态向晶态转变。随着前驱体结晶程度的提高，煅烧过程中氧化铝由前驱体向α相转变所需的温度提高。采用pH=5条件下制备的非晶氢氧化铝前驱体，在500℃煅烧后即可出现α氧化铝。采用低pH条件制备的前驱体结合微波煅烧是低温快速制备α氧化铝粉体的新型工艺策略。 2，研究了粉体煅烧方式对陶瓷光学性能的影响研究。采用微波煅烧制得的α氧化铝粉体经放电等离子体烧结后，样品透光率低于采用常规马弗炉煅烧所制粉体。经正电子湮没寿命谱对粉体内缺陷含量的分析以及XRD对粉体衍射峰位的验证，发现微波煅烧所得α氧化铝粉体内部含有较高浓度的晶格缺陷，这些缺陷可能是煅烧过程中非晶相氧化铝中晶格缺陷与微波电磁场耦合并保留到煅烧结束后所致。微波煅烧虽然具有快速、均匀的特点，但由于粉体中具有较高浓度的晶格缺陷，并不适合在制备窗口陶瓷中应用。 3，采用阴离子掺杂制备透明氧化铝陶瓷。以AlF3作为阴离子掺杂助剂，在合适掺杂含量下(0.1 wt％)，仅需施加中等压力(73 MPa)，在保持快升温速率(100℃/min)的条件下即可制备出透明陶瓷(45％@650 nm)。对烧结制度与微结构演化的研究发现， AlF3是扩散抑制剂，采用两段法加压烧结工艺，充分开动晶粒转动、晶界滑移等致密化机制，是制备高致密陶瓷的新型策略。空气退火和高分辨透射电镜表征发现该AlF3掺杂Al2O3体系为亚稳态，具有分相行为。电子辐照下，纳米Al颗粒从Al2O3晶粒表面析出并伴随着晶粒内部缺陷的消失，提出了位错辅助的间隙型固溶机制解释这一现象。 4，研究了异价Ti离子掺杂对氧化铝陶瓷烧结及介电性能影响。采用TiO和TiO2对氧化铝进行同素异价掺杂，发现Ti离子的价态对氧化铝陶瓷SPS烧结的致密化过程影响不大，但晶粒尺寸分布有较大差异。两种样品具有大致相同的起始介电损耗(Q～5000，Q为介电损耗tanδ的倒数)，但经1000℃退火后，TiO掺杂样品的Q值急剧上升(Q～15000)，而TiO2掺杂的样品仅略有上升，后续1200℃退火后，二者Q值均有小幅下降。推断退火过程中，Ti离子在Ti2+、Ti3+和Ti4+之间的氧化是导致Q值产生相应变化的原因，这一现象说明异价离子所引发的补偿缺陷浓度是影响样品介电损耗的关键。 5，采用Ti-Mg共掺杂制备了低损耗氧化铝陶瓷。对高纯氧化铝的研究发现，随着致密度的提高，Q值提高，但晶粒尺寸对Q值的影响不显著。经过Ti-Mg共掺杂后，Q值对样品致密度的敏感程度下降。通过对成分及烧结温度进行筛选，发现Ti含量为0.2 mol％，Mg含量在0.025-0.1 mol％之间时，1450℃烧结后的样品具有最高的Q值。基于实验结果及文献研究，开发了低损耗氧化铝陶瓷的配方和工艺:Mg含量在100-400 ppm之间，Ti含量在1600-3000 ppm，烧结温度在1450℃以上保证Al2TiO5相的形成。并提出了，Ti-Mg共掺杂对其他杂质离子的补偿，{MgAl:Ti(.)Al}×型中性缺陷对界面的“钝化”以及Al2TiO5相作为离子“缺陷阱”是该体系具有低介电损耗可能的作用机理。