随着我国航空航天、汽车等制造行业高速发展,铸铁、高温合金等难切削材料的使用量急剧增加。无切削液加工要求的提出,导致切削过程中刀具表面温度超过800℃,使用寿命迅速降低。这就迫切需要开发可以承受更高切削温度的刀具材料。氮化硅陶瓷具有高的力学性能、耐磨性、高温性能及经济性,满足作为刀具材料的要求。本课题以氮化硅陶瓷刀具为应用背景,采用热压烧结法,围绕着粉体特征—烧结助剂—微观结构—力学性能这一主线,研究氮化硅陶瓷的耐磨性能。通过添加三元烧结助剂,制备出高强度高韧性氮化硅陶瓷刀具,并进行切削测试。同时对氮化硅陶瓷的织构化做出尝试性研究,提出一种新的织构化方法。研究氮化硅粉体特征对烧结性能、微观结构和力学性能的影响。本文采用市场上现有的5种典型氮化硅粉体(二酰亚胺合成法、直接氮化法、自蔓延法和化学气相沉积法制备),检测分析其特征。利用热压烧结法对比无烧结助剂和含烧结助剂MgO-Yb2O3-La2O3两种情况的烧结性能。不含烧结.助剂：高含量的金属杂质,能提高致密度,并促进晶粒的生长。初始粉体中的氮化硅晶须,会抑制烧结过程,同时a相晶须在高温下不稳定,相变为B相颗粒。其他粉体特征对致密化和微观结构影响不明显。含有烧结助剂：杂质含量对致密度和微观结构的影响不明显。初始粉体粒径越细,氮化硅晶粒尺寸越小。高a相含量有助于晶粒的异向生长,获得双峰结构,从而提高力学性能。研究含有复合稀土的三元烧结助剂MgO-Yb2O3-La2O3和MgO-Yb2O3-La2O3对热压氮化硅陶瓷的致密行为、微观结构、第二相结晶和力学性能的影响。利用高分辨透射电镜(HR-TEM)对氮化硅晶界相进行分析,检测复合稀土离子在晶界的结晶行为和对晶界膜厚的影响。含有复合稀土的三元烧结助剂都能促进氮化硅陶瓷致密化,致密度达到97%以上。在MgO-Lu2O3-Re2O3体系中,Sm203和Er203能促进Lu203稀土离子在氮化硅中形成Lu4Si2N2O7相。在MgO-Yb2O3-Re2O3体系中,Gd203能促进Yb203稀土离子在氮化硅中形成Yb4Si2N2O7相。 当添加MgO-Lu2O3一Re2O3(La2O3,Gd2O3,Er2O3)三元烧结助剂的氮化硅中,其抗弯强度均在900 MPa以上, 断裂韧性高于9 MPa·m1/2.在添加MgO-Yb2O3-La2O3三元烧结助剂的氮化硅,抗弯强度达到852 MPa,断裂韧性达到11.84 MPa·m1/2。含有MgO-Yb2O3-Lu2O3,抗弯强度为905 MPa,断裂韧性为9.44 MPa·m1/2,Weibull模数为8.28。在MgO-Lu2O3-Re2O3体系中,复合稀土离子影响氮化硅晶间玻璃相的厚度,厚度范围为0.8-5.5 nm,并存在无晶间玻璃相的现象利用横向断裂模型,研究含有三元烧结助剂氮化硅陶瓷的摩擦磨损性能和切削性能’,以及第二结晶相对切削性能的影响。含MgO-Lu2O3-Re2O3三元烧结助剂氮化硅陶瓷中,随着第二稀土离子Re3+半径的增加,摩擦系数降低。氮化硅的硬度和压痕韧性将共同影响单位磨损率,利用横向断裂模型,可以发现单位磨损率随着硬度—韧性因子的增加而增加。含有第二相Lu4Si2N207的样品SN-LuSm和SN-LuEr表现出比线性关系更好的抗磨损性。氮化硅陶瓷刀具的切削寿命随着硬度—韧性因子的降低而增加。氮化硅陶瓷刀具经热处理后,产生第二相结晶Lu4Si2N207,切削寿命提高1.37倍。提出一种新的织构化方法—热压流动烧结法。采用三元烧结助剂MgO-Yb2O3-La2O3,在烧结初期,等轴状的a-氮化硅颗粒相变成B氮化硅晶核。素坯在受载过程中,B氮化硅沿着垂直于热压方向的平面流动。最后获得致密的高度二维织构化的氮化硅陶瓷,Lotgering指数为0.9975。织构化后的氮化硅晶粒,位阻作用较低,晶粒动态生长,晶粒直径和长径比都要大于常规热压法制备的氮化硅陶瓷。