氮化硅（Si₃N₄）陶瓷具有较高的硬度、强度、韧性和耐磨性及良好的热稳定性,广泛应用于高速切削刀具、高精密轴承球等零部件。Si₃N₄陶瓷的物相主要为α-Si₃N₄和β-Si₃N₄,其中α-Si₃N₄晶粒呈等轴状,具有高硬度和低断裂韧性,而β-Si₃N₄晶粒呈等轴和长棒状形貌,具有较高的断裂韧性和较低的硬度。因此,α-/β-Si₃N₄相的比例和晶粒形貌显著影响Si₃N₄陶瓷的力学性能,进而可能影响切削性能。为了揭示Si₃N₄陶瓷物相和显微结构与切削性能的关系,本文通过烧结工艺、烧结助剂和第二增强相等手段,调控Si₃N₄陶瓷的物相组成和显微结构,系统研究其对力学性能和切削性能的影响,为Si₃N₄基刀具物相和显微结构的优化提供理论基础和指导。主要研究内容及研究结论如下:首先,通过气压烧结工艺以及结合第二相的引入,在高温（1930?C）制备具有典型物相组成（β-Si₃N₄相）和典型双峰显微结构（等轴晶粒与长棒状晶粒共存）的Si₃N₄陶瓷刀具材料。结果表明,经高温气压烧结后,Si₃N₄物相为β相,显微结构为等轴晶粒与长棒状晶粒共存的粗晶双峰显微结构;引入第二相后,通过原位形成Ti N细化显微结构,硬度从～16.8 GPa提高到～17.2 GPa,断裂韧性从～6.4 MPa?m^1/2降低到～5.8 MPa?m^1/2,而切削寿命从1760 m增加到2130 m。因此,在连续切削铸铁过程中,细晶显微结构和高硬度有助于提升Si₃N₄陶瓷刀具的切削性能。然后,为了细化Si₃N₄陶瓷的显微结构和提高硬度,通过放电等离子烧结（SPS）并控制保温时间,制备α-Si₃N₄和β-Si₃N₄共存的具有等轴细晶显微结构的Si₃N₄陶瓷刀具材料。结果表明,在1800?C当SPS保温时间从10 min缩短到0 min时,α-Si₃N₄相的含量从4.9 wt.%增加到49.7 wt.%,显微结构从等轴晶粒与大尺寸长棒状晶粒共存的双峰结构转变为超细等轴结构,维氏硬度从～17.5 GPa增加至～20.1 GPa,断裂韧性从～5.3 MPa?m^1/2降低至～3.9 MPa?m^1/2,切削寿命从1200 m增加至2400 m,但是由于断裂韧性较低,出现刀尖崩刃。因此,在保持高硬度的前提下,提高Si₃N₄陶瓷的断裂韧性有望进一步提升刀具的切削性能。最后,为了获得兼具高硬度和高韧性的Si₃N₄陶瓷,利用低温（1500?C）热压烧结工艺并结合第二相和,制备出以α-Si₃N₄相为主并具有细晶双峰显微结构的Si₃N₄陶瓷刀具材料。结果表明,与未引入第二相的Si₃N₄陶瓷相比,和的引入均可促进α-Si₃N₄到β-Si₃N₄的相变及长柱状β-Si₃N₄晶粒的形成,获得细晶双峰显微结构。引入的Si₃N₄陶瓷兼具了高硬度（～21.1 GPa）和高韧性(～4.7MPa?m^1/2),切削寿命从1780 m提高到2480 m,并且没有出现刀尖崩刃。因此,通过调控物相组成和显微结构,获得高α-Si₃N₄相含量、细晶双峰结构的Si₃N₄陶瓷,可以同步提升硬度和韧性,改善其切削性能。