氮化硅（Si3N4）具有高强度、高导热、优异的力学性能和抗热震性,在功率半导体散热领域受到广泛关注,特别是在新能源汽车的IGBT模块中具有重要应用。目前,工业中Si3N4陶瓷的热导率远低于理论热导率,开展高质量粉体和高性能Si3N4陶瓷的研究具有重要意义。本论文研究采用碳热还原法合成出高品质α-Si3N4粉体,并开发出高强高导热Si3N4陶瓷的烧结技术,研究内容主要包括以下几个方面:（1）研究了碳热还原法中Si3N4形核和长大机理,制备出高质量α-Si3N4粉体。以球形、单分散、无定形态SiO2（D50=0.5μm）为原料,获得碳颗粒完全包裹SiO2的混合料,不仅增加SiO2与碳颗粒之间的接触面积,提高SiO（g）氮化效率,而且有利于α-Si3N4形核,抑制晶粒长大和团聚。当C/SiO2比值为3:1,氮气流量为800 ml/min,反应温度为1400℃时,所制备的Si3N4粉体α相大于99%,平均粒径约0.5 μm,氧含量为0.85 wt%,金属杂质含量小于0.01 wt%,形貌规则,分散性良好。揭示了“气-固”形核机制和“由外向内”氮化的反应过程,通过控制反应温度、氮气流量和“Si3N4晶种”含量可改变形核数量和速率,实现Si3N4粉体形貌可调、粒度可控。其中,添加5 wt%“Si3N4晶种”时,可获得平均粒径为0.3μm,氧含量为0.92wt%,形貌为近球形的粉体;添加10 wt%“Si3N4晶种”时,可获得平均粒径为0.1μm,氧含量为1.21 wt%,形貌为球形的粉体。（2）研究了放电等离子烧结（SPS）与后续热处理相结合制备Si3N4-5 wt%Y2O3-3 wt%MgO复合陶瓷,并研究氧含量对晶粒尺寸、第二相含量和导热性能的影响。在1650℃、40MPa保温4min条件下,制备出相对密度大于99%,平均晶粒尺寸约300nm的陶瓷材料,其第二相为非晶相,热导率为41.8 W·m-1·K-1,强度为735MPa。经过1850℃、5h热处理,长柱状晶粒的数量增加,平均晶粒尺寸为930 nm,第二相由非晶态转变为结晶态Y2Si3O3N4,样品强度和导热性能显著提高,分别达到859 MPa和73.9W·m-1·K-1。通过二次氮化工艺可调控Si3N4颗粒表面氧化层厚度,将粉体初始氧含量由1.21 wt%降至0.73 wt%,烧结样品热处理后的第二相含量由11.3%减少为8.2%,平均晶粒尺寸为960 nm,热导率提高至80.2 W·m-1·K-1,强度为847 MPa。（3）研究了两步气压烧结工艺制备高强高导热Si3N4陶瓷。采用5 wt%Y2O3-3wt%MgO复合烧结助剂,在1400℃进行第一步预处理,MgO与SiO2反应生成低熔点、易挥发相MgSiO3,可降低粉体氧含量。预处理2h后,混合粉体氧含量由3.21 wt%降至2.07 wt%,镁含量由1.81 wt%降至0.57 wt%。再在1850℃、1.2 MPa氮气压力下烧结5h,可制备热导率和强度分别为92.1 W·m-1·K-1和812MPa的高致密Si3N4陶瓷,与一步烧结方法相比,减少了液相中SiO2的含量,样品总氧含量由2.51 wt%降为1.85 wt%,第二相由Y4Si2O7N2变为Y2Si3O3N4,降低了氧杂质的影响,两步烧结制备的高致密度陶瓷抗弯强度提高约28.7%,热导率提高约16.9%,断裂韧性提高约31.6%。延长保温时间可使晶粒继续长大,并使第二相向三角晶界处转移,材料热导率可进一步提高。在1850℃、保温15 h后所得样品的抗弯强度和热导率分别为714 MPa和110.3 W·m-1·K-1。