高温烧结是先进陶瓷材料制造过程中的重要工艺环节,直接决定了产品的显微结构与理化性能。然而,陶瓷烧结过程大多耗时耗能,如何在提升产品性能的同时降低烧结温度、缩短烧结时间,是“双碳”战略目标带给陶瓷制造业的重要发展机遇及技术挑战。尤其是在增材制造技术高速发展的今天,积极研发适用于具有复杂宏观3D构形陶瓷产品的快速烧结技术,显得尤为必要。在此背景下,本课题以非氧化物陶瓷氮化硅（Si3N4）为模型材料,开展了面向先进陶瓷绿色制造的无压快速烧结新方法研究。通过系统分析微波烧结（MWS）与超快速高温烧结（UHS）对Si3N4陶瓷致密化、扩散相变、显微结构演变等过程,以及结构均匀性、力学等性能的影响效果与作用机制,从基础及应用层面获得对快速制造复杂3D结构Si3N4的更深入认识。本研究首先利用微波烧结以及常规无压气氛烧结（CS）两种烧结方式针对不同液相烧结助剂引入方式（机械球磨、化学混合、共沉淀包覆）的Si3N4陶瓷进行烧结。研究发现,相比于CS烧结方式,MWS的热效应与非热效应可以有效促进Si3N4液相形成、颗粒重排等过程,加速Si3N4的致密化。同时,通过MWS可以得到区别于CS的显微结构以及性能更优异的Si3N4陶瓷,但对扩散相变的促进作用会因液相烧结助剂相对于Si3N4的空间分布状态产生差异。因此,在MWS过程中,微波电磁场能够对Si3N4陶瓷的加热升温起促进作用,缩短烧结时间,但微波电磁场与材料的耦合作用会出现“选择性”,并不具有普遍适用性。其次,为了进一步实现Si3N4陶瓷的快速烧结与绿色制造,改用UHS技术进行高温制备,着重分析对比超快速升温与超短高温处理时间对Si3N4陶瓷液相烧结的作用效果与影响机制。结果表明,随着液相烧结助剂含量的增加,UHS得到的Si3N4陶瓷致密度不断提高,在20 wt%液相烧结助剂含量时达到最大值（91.62%）;随着保温时间的延长,Si3N4的致密化、相变程度也不断提高,并且UHS保温时间为30-120 s的Si3N4微观结构表明,通过UHS技术可以获得宏观结构完整,微观结构均匀的Si3N4样品;最终在平均加热速率875℃/min的UHS下,实现仅需300 s的烧结时间内得到相对密度大于96%、α-β转化率大于80%并具有区别于常规低速烧结显微结构的块状Si3N4陶瓷;因此,UHS除了大幅度缩短加工时间外,还是设计具有由长棒状β-Si3N4互锁双峰显微结构的有效方法。最后,本课题从实际应用角度出发,将增材制造与快速烧结技术相结合,对不同尺度下的3D打印Si3N4陶瓷进行无压快速烧结与制备。结果表明,UHS能够在极短时间（几分钟）内成功制备得到直径10 mm且具有较高致密度和结构完整性的复杂形状3D打印Si3N4陶瓷,但结构效应会导致复杂结构的Si3N4陶瓷致密化程度低于实心结构样品;而尺寸效应则会导致3D打印Si3N4陶瓷在超快速升温速率下产生形变,并且形变程度随着尺寸增大而提高,其中,直径20 mm的3D打印Si3N4样品弯曲形变程度最高;另外,UHS制备工艺也会对复杂3D结构Si3N4的烧结过程造成影响,3D成型方式的初始密度降低会增大烧结难度,高速升温和高碳烧结环境则被认为是导致3D打印Si3N4陶瓷产生双峰分布显微结构以及碳扩散现象的直接原因。因此,通过对多尺度复杂构型3D打印样品的无压快速烧结研究,将为实现陶瓷材料结构功能一体快速制造提供崭新的理论基础。本课题创新性地运用绿色高效外场辅助加热技术,将陶瓷增材制造与无压快速高温烧结巧妙结合,既立足于先进陶瓷3D制造的技术前沿,又着眼于制造业“碳达峰、碳中和”的战略愿景。本课题的开展,将为陶瓷材料的“先进制造、绿色制造”提供新的设计思路与实现方法,推动增材制造和陶瓷行业的创新发展与绿色升级。