世界上每年由于创伤、感染、肿瘤等引起的关节置换手术约有400万次,自体骨移植移植量有限,不能满足需求。氮化硅具有良好的生物相容性、抗菌性、稳定性及机械性能,有望成为长寿命骨替代材料。致密氮化硅与主体骨间弹性模量差异巨大,导致植入体界面处产生应力集中,植入体失效。氮化硅陶瓷的多孔化可解决上述问题,使得氮化硅移植材料的力学性能与主体骨相匹配。本文通过ABAQUS软件建模,研究了具有定向孔结构的多孔氮化硅陶瓷孔隙率及孔径大小对弹性模量与压缩强度的影响,并通过冷冻浇注法制备了具有不同孔结构的多孔氮化硅陶瓷,研究了其相关力学性能,并结合模拟结果进行了比较分析。基于骨结构特点——具有定向的连通孔结构的特点建立多孔材料模型,采用有限元方法系统的研究了孔径大小及孔隙率对该模型压缩行为的影响,结果表明随着孔径及孔隙率的增大,多孔氮化硅的弹性模量及压缩强度降低。通过有限元分析表明,在氮化硅中引入定向孔结构,有望实现多孔氮化硅的弹性模量与自然骨弹性模量的匹配,同时满足植入骨的强度要求。冷冻干燥法可制备孔隙率宽、定向通孔的多孔结构材料,其可通过研究浆料制备、定向冷冻工艺及烧结工艺对多孔氮化硅孔结构的影响规律实现多孔氮化硅的孔结构控制。冷冻干燥法制备多孔氮化硅材料,需制备稳定、分散性好的悬浮液,研究p H值、分散剂含量、固相含量及球磨时间对氮化硅浆料的流变性及悬浮液稳定性的影响规律,选择最佳制备工艺。结果表明四甲基氢氧化铵可改善悬浮液的分散性,p H为13且分散剂含量为1.8wt%时分散效果最佳,浆料粘度随固相含量的增加而增加,球磨时间以24h为宜。采用上述工艺制备多孔氮化硅材料,研究制备过程中各项因素对多孔氮化硅孔结构的影响。结果表明明胶影响溶液在低温冷冻过程的冰晶的生长,使得孔结构分布更加集中;随着固相含量的增加,孔壁逐渐变厚,孔径逐渐变小,线收缩率、孔隙率减少,密度增大。冷冻温度的降低,孔径逐渐减小,且孔径分布更加集中,压缩强度从31.8 MPa升高至47.1Mpa;烧结温度应选择1850℃为宜;随着烧结助剂含量的增加,玻璃相Y10Al2Si3O18N4增多,玻璃相使得陶瓷坯体内部部分小孔孔隙消失,孔径分布变窄,较为集中,孔隙率降低,密度和线收缩率增大。对比有限元分析与实验测试,有限元结果远优于实验测试,分析原因,改进有限元模型后其力学性能大幅下降,表明孔径不均、孔缺陷影响其力学性能。