氮化硅陶瓷是一种具有高强度、高硬度、耐高温、耐磨损、耐腐蚀及良好的抗热震性的结构陶瓷,因此被广泛应用于机械、冶金、化学、航空航天、电子电力等领域。然而氮化硅的断裂韧性一直是制约其进一步发展的主要因素,选择合适的烧结工艺及烧结助剂体系能够有效提高氮化硅的强度和韧性,使其获得良好的综合性能本文选用高纯α-Si3N4粉末为原料,选择MgO、Al2O3和Y2O3三种氧化物作为复合烧结助剂,采用气压烧结的方法制备氮化硅陶瓷。通过对氮化硅陶瓷显微组织和成分分析,研究烧结温度和烧结助剂含量对氮化硅陶瓷晶粒尺寸、物相组成及晶界相构成的作用机理。通过对氮化硅陶瓷性能的测试,研究不同烧结温度和烧结助剂含量对氮化硅陶瓷力学性能的影响及不同摩擦条件下氮化硅的摩擦磨损性能。主要结论如下:采用MgO、Al2O3和Y2O3三种复合烧结助剂制备的氮化硅陶瓷烧结时α-Si3N4→)β-Si3N4相变均能完全转变且相对密度均可达到98%以上。随着烧结温度的增加,氮化硅晶粒逐渐长大,β-Si3N4长柱状晶粒的晶粒直径也增加;随着Y2O3含量的增加,氮化硅的晶粒尺寸有增加的趋势,同时长柱状晶粒的含量和长径比也有所增加;当Y2O3含量为8%时,长柱状晶粒尺寸最大数量也较多。氮化硅陶瓷的晶界相主要有Si02、Y2O3和Y2Si3N4O3,并且晶界相的组成随着温度和烧结助剂含量的改变而发生变化。烧结温度和烧结助剂通过影响氮化硅陶瓷显微结构和晶界相结构进一步影响氮化硅的力学性能。氮化硅陶瓷的密度、维氏硬度、弯曲强度均随着烧结温度的升高先增加后降低,并在1760 ℃时达到了最大值,而断裂韧性则随着温度的升高而逐渐增加。随着烧结助剂含量的增加,氮化硅陶瓷密度、维氏硬度和弯曲强度均呈现先减小后增加的趋势,而断裂韧性则呈现先增加后减小的趋势。氮化硅陶瓷自配对摩擦时表现出良好的耐磨性和低的摩擦系数,其磨损机理主要是轻微塑性变形、表面裂纹的产生及扩展、脱层磨损及晶粒脱落的过程。氮化硅陶瓷在水润滑条件下摩擦时,摩擦表面形成具有润滑性的氢氧化硅膜,降低摩擦系数,且随着摩擦转数的增加,摩擦系数会进一步降低。