氮化硅陶瓷是非氧化物陶瓷的典型代表,具有高比强、高比模、高硬度、抗冲击、抗蠕变、抗热震、耐腐蚀、耐磨损等多种优良性能。氮化硅陶瓷的相关理论及应用研究已比较成熟,但是高成本限制了其应用。氮化硅铁（Fe-Si3N4）材料是高温领域中主要组份为氮化硅的一种复相材料,现阶段主要用作耐火材料,但其作为结构材料的研究报道极少。氮化硅铁的低成本和较大的性能挖掘空间,使其在耐高温材料领域具有良好的应用前景。本文开展了氮化硅铁材料的制备工艺及性能研究,主要研究内容及结论如下:以硅铁粉为原料,以氮化硅铁和NH4Cl为添加剂,通过氮化反应制备了氮化硅铁粉。通过热学分析确定了硅铁粉氮化的温度制度等工艺参数,证实了硅铁粉的氮化反应主要在两个温度段进行。通过XRD与微观形貌分析发现NH4Cl有利于α-Si3N4相的生成,产物中α-Si3N4相的含量可达76.6%,但是因为蓬松效应,仅可以在制备氮化硅铁粉的时候引入NH4Cl,而在制备高强度的氮化硅铁块体材料的时候禁止加入NH4Cl。另外以硅铁粉为原料,通过反应烧结制得了氮化硅铁陶瓷,其强度为106 MPa,对批量化生产氮化硅铁陶瓷制品具有实际的指导意义。同时研究了反应烧结氮化硅铁陶瓷中自生氮化硅纤维的形成机制。以微米级氮化硅铁为原料、Al2O3-Y2O3为烧结助剂,采用气压烧结方法制备氮化硅铁陶瓷。通过X射线衍射和扫描电子显微镜对试样的物相组成和显微结构进行了表征,研究了烧结温度对氮化硅铁陶瓷成分、显微结构和力学性能的影响。结果表明:烧结温度对于氮化硅铁陶瓷的显微结构和力学性能具有显著影响。随着烧结温度的升高,样品致密度、抗弯强度、断裂韧性先增大后降低,在1770℃时均达到最大值,密度、抗弯强度、断裂韧性分别达到3.31 g/cm~3、435 MPa和6.97 MPa·m1/2。在1770℃以下时,陶瓷样品中主晶相为长柱状的β-Si3N4,晶粒彼此间结合紧密,陶瓷气孔率较低。温度继续升高,含铁相和氮化硅发生反应,气孔率增大,抗弯强度和断裂韧性开始下降。如果进一步提高硅铁的氮化率,采用游离硅低、铁含量低及纯度较高的氮化硅铁粉末制备氮化硅铁陶瓷,材料的性能有望得到进一步的提高。通过在氮化硅中添加不同比例的氮化硅铁引入Fe3Si相,通过气压烧结得到复合材料。研究了Si3N4-Fe3Si复合材料的微结构和力学性能,随着氮化硅铁含量的增加,Fe3Si含量和颗粒尺寸也随之增大。当氮化硅铁含量高于60 wt%时,Fe3Si异常长大,造成Si3N4-Fe3Si复合材料微观结构不均匀和力学性能变差。研究表明Fe3Si颗粒可以通过拔出、界面脱粘、裂纹偏转、桥接等机制增强复合材料,当氮化硅铁含量为60 wt%时,Si3N4-Fe3Si复合材料得到均匀的微观结构和最佳的力学性能,弯曲强度和断裂韧性分别达到354 MPa和8.4 MPa·m1/2。研究了氮化硅铁在1300～1500℃条件下空气中的氧化行为。结果表明:铁的存在会使氮化硅的氧化速率稍有提高,氮化硅铁的氧化过程符合抛物线规律,氧化活化能为285KJ/mol,但其仍能满足高温下的应用需求。利用气压烧结法制备了氮化硅铁陶瓷,并研究了其在等离子风洞下的烧蚀行为。数据表明:在驻点压力和低热流密度条件下,氮化硅铁受控于原子氧化,不断消失。反之,在驻点压力和高热流密度条件下,烧蚀主要源于氮化硅的分解。氮化硅分解产生的部分硅气化掉,其余的硅则在高温下熔化,并被烧蚀驻点区域的气流冲蚀至四周,产生蘑菇状形貌。