Si₃N₄陶瓷材料是常用的高温结构材料。然而，在高温使用时的氧化问题，直接影响了Si₂N₄陶瓷材料的使用寿命和性能。本文首先从热力学、动力学和整体控速过程探讨了氮化硅陶瓷材料高温氧化理论和氧化性质，综述Si₃N₄陶瓷材料抗氧化性能的研究现状。Si₃N₄氧化主要受氧化温度和氧分压的影响，氧化温度高、氧分压大，就容易发生“活化氧化”；氧化温度低、氧分压小，易发生“钝化氧化”。氧化控速过程为“界面反应和扩散混合控制过程”。 离子束表面改性技术在材料改性方面独有的优点，使得该项技术的研究越来越受到人们的重视。本文采用金属蒸发真空电弧（MEVVA）离子源将金属铝、钇离子注入到Si₃N₄陶瓷材料，注入能量为40keV，剂量分别为5×10¹⁵ion/cm²和2×10¹⁷ion/cm²。在1200℃空气中，对注入和未注入Si₃N₄试样进行循环氧化实验。利用扫描电镜（SEM）、X射线衍射议（XRD）、电子探针显微分析（EPMA）、X射线能谱仪（EDX）等方法对注入与未注入Si₃N₄试样表面和截面形貌的变化，相组成的变化等进行研究，分析了离子注入提高Si₃N₄陶瓷材料抗氧化性能的原因和机制。 研究结果表明，注入与未注入Si₃N₄试样的氧化质量增量均服从抛物线规律，属“钝化氧化”；注入2×10¹⁷ion/cm²剂量铝和钇后的Si₃N₄试样氧化质量增量比未注入Si₄N₄试样氧化增量分别减少15.5％和12.4％。EPMA分析表明，铝离子注入Si₃N₄试样氧化后表层相组成为SiO₂和Al₂O₃。差热分析表明，注入的钇离子1200℃不会与SiO₂发生反应，因此表层的钇离子还是以Y₂O₃的形式存在。氧化形成的Al₂O₃和Y₂O₃，能有效的阻止氧和氮的扩散，是提高Si₃N₄抗氧化性能主要原因。 本文还采用氧化-注入-高温反应复合离子束技术，对Si₃N₄试样进行表面处理。研究结果表明，复合处理后的Si₃N₄试样的氧化质量增量同样均服从抛物线规律；其质量增量比原始Si₃N₄试样减少22％。XRD分析表明，在1400℃高温下，SiO₂和Y₂O₃反应最终生成Y₂Si₂O₇，有效的阻止氧和氮的扩散，提高Si₃N₄抗氧化性能。 本文研究了SiO₂和Y₂O₃的相变过程，发现SiO₂和Y₂O₃在1200℃时没有发生相变；在1300℃发生相变，生成Y₂SiO₅和Y₂Si₂O₇相，但其中还有SiO₂和Y₂O₃相；到1500℃时，SiO₂和Y₂O₃完全转变为Y₂SiO₅和Y₂Si₂O₇相。这与差热分析的结果相一致。 经过上述的研究看出，离子注入技术能很好的提高Si₃N₄陶瓷材料的抗氧化性能。采用复合离子束技术更能有效地提高Si₃N₄陶瓷材料的抗氧化性能。