伴随超大规模大功率集成电路的发展,器件的热耗散问题亟待解决,因而具有高强度与高热导率的陶瓷材料已成为理想的电子器件封装材料。由长棒状β-Si₃N₄晶粒形成的特殊互锁微观结构,可使氮化硅陶瓷呈现出高强韧性与高热导率,其理论热导率可高达200W·m^-1·K^-1,因而氮化硅作为电子封装的候选材料被广泛研究。迄今为止,提高氮化硅陶瓷热导率的主要方法为在超过1850℃的高温下长时间烧结,通过溶解-再沉淀机制获得纯净的大尺寸β-Si₃N₄晶粒。高热导率氮化硅的制备工艺复杂,超大尺寸β-Si₃N₄晶粒构成的较为粗大的微观结构不可避免地降低了氮化硅陶瓷的力学性能,此外采用放电等离子烧结（SPS）等快速烧结工艺方法制备氮化硅陶瓷材料,囿于低α→β相变率,导致了材料力学性能与热性能的降低。针对上述问题,本文从以下三方面开展了相关的研究工作:以混合稀土氧化物（CeO₂+Yb₂O₃）为烧结助剂,热压烧结（HP）制备了高致密度氮化硅陶瓷材料,通过调节CeO₂与Yb₂O₃含量控制了晶界相组成与β-Si₃N₄晶粒尺寸。本文以CeO₂+Yb₂O₃为烧结助剂热压制备Si₃N₄试样的弯曲强度为630.78MPa⁷86.30MPa;断裂韧性为7.61MPa·m1/2⁸.89MPa·m1/2,Si₃N₄试样的断裂韧性随着平均晶粒直径的增加而升高。当烧结助剂CeO₂的含量为7mol%时,Si₃N₄陶瓷兼备较高的力学性能与热扩散率,其弯曲强度、断裂韧性与热导率分别为718.16MPa、8.29MPa·m1/2与80.12W·m^-1·K^-1;烧结助剂为5mol%CeO₂+2mol%Yb₂O₃的Si₃N₄试样弯曲强度、断裂韧性以及热导率分别为766.09MPa、8.30MPa·m1/2与78.91 W·m^-1·K^-1。在氮化硅SPS过程中,导电第二相Cu与Mo可有效促进α→β相变。前者的作用机制为焦耳加热对溶解-再沉淀阶段的影响;后者为Mo与α-Si₃N₄原位反应形成β-Si₃N₄晶种。Cu对氮化硅α→β相变的促进作用随着含量增加而降低;与单一Si₃N₄陶瓷材料相比（β:α比率为52.6:47.4）,Cu/Si₃N₄复合材料具有明显较高的α→β转化率;Cu含量为3wt%时,氮化硅α→β相变率最高为84.3:15.7。而Mo可将氮化硅α→β相变提升至完全,且Mo含量的变化对氮化硅的相变率没有影响。SPS制备Si₃N₄过程中,α→β相变有效地促进了β-Si₃N₄晶粒的异常生长,Mo与α-Si₃N₄原位反应形成了β-Si₃N₄晶种,提高了α→β的相变,促进了长棒状β-Si₃N₄晶粒的生长。Si₃N₄试样中大尺寸长棒状β-Si₃N₄晶粒数目随着Mo颗粒尺寸的减小而降低,随着添加的Mo粉纯度上升;且在SPS过程中,多阶烧结对提高β-Si₃N₄晶粒尺寸作用明显,其主要原因为溶解-再沉淀过程的延长使得α→β相变完全,促进了β-Si₃N₄晶粒的各向异性生长。添加6wt%的Mo,经二阶SPS烧结与多阶SPS烧结制备的Si₃N₄试样,其弯曲强度分别为710.02MPa与683.27MPa;断裂韧性分别为8.29MPa·m1/2与7.94MPa·m1/2;热导率分别为83.95W·m^-1·K^-1与92.55W·m^-1·K^-1。采用SPS工艺制备的Si₃N₄试样,其热导率均高于用8倍时间热压制备的Si₃N₄试样。