随着冶金技术的进步，冶金耐火材料已经从传统氧化物、硅酸盐材料向非氧化物材料如碳复合、碳化物、氮化物和氮氧化物耐火材料的方向发展。SiAlON氮氧化物材料作为一类重要的结构和功能材料在冶金和材料工程等领域有广阔的应用前景，SiAlON氮氧化物包括α-SiAlON、β-SiAlON、O-SiAlON、X-SiAlON和SiAlON多型体等多种晶型，具有优异的使用性能。其中，β-SiAlON因其固溶区域大、性能优异，成为最受关注的SiAlON氮氧化物材料。近期研究还发现，β-SiAlON还可以制备成晶须相作为复合材料增韧相应用于高温苛刻的环境中。但是，由于SiAlON材料的相组成复杂，结构变化范围大，而且许多SiAlON相的热力学数据缺乏，因此对于SiAlON和SiAlON晶须的可控合成研究多处于初始状态，制约了SiAlON研究的进展。因此，本文对SiAlON材料和SiAlON晶须的可控合成、性能和显微结构进行了系统研究，取得了如下研究成果．　　 在Si3N4-Si02-Al203-AlN体系中，利用拟抛物线规则评估了系列SiAlON物相的热力学数据，在此基础上，研究了β-SiAlON的合成的热力学条件，得出了如下结论：一定温度条件下，需要控制严格的气氛才能使β-SiAlON稳定存在，其相稳定区域与气氛的关系可通过气氛参数Y=1g(PO2/Pθ)-2/31g(PN2/Pθ)确定；热力学分析表明不同的SiAlON相可以在合适的气氛参数Y下合成，较低的Y值有利于β-SiAlON相的合成。根据热力学分析，以煤矸石为主要原料，加入适量碳黑作为还原剂在不同气氛(空气或不同纯度的氮气)下合成纯相β-SiAlON。实验结果表明热力学分析得到的合适初始参数可以实现高纯β-SiAlON的可控合成。　　 在热力学分析基础上，以Si粉、Al粉和Al203为原料制备β-SiAlON晶须，以Al粉、Al203为原料制备了AlN晶须，研究了β-SiAlON和AlN晶须的可控合成。研究表明：β-SiAlON晶须可以在Si3N4坩埚通氮条件下制备，AlN晶须可以在石墨坩埚通氮条件下制备．研究了AlN晶须和β-SiAlON晶须的恒温和变温氧化及不同温度氧化后的显微形貌，并采用新型氧化动力学模型研究了晶须的氧化行为，结果表明新型氧化动力学模型与实验结果具有较好的吻合性，AlN晶须和β-SiAlON晶须具有较好的抗氧化性。显微结构观测表明AlN晶须和β-SiAlON晶须在1423K和1373K以下都具有良好抗氧化性能。　　 以煤矸石细粉为原料，加入不同还原剂C、Al或Si等制备0-SiAlON、15R-SiAlON多型体、12H-SiAlON多型体和X-SiAlON，研究了三种气氛(空气埋碳：AC；氮气；NA；氮气埋碳；NC)对材料制备的影响，并分析产物相合成的途径。研究表明： O-SiAlON、15R-SiAlON多型体、12H-SiAlON多型体和X-SiAlON合适的合成气氛分别为NA气氛、NA气氛、AC气氛和NA气氛。　　 以通过煤矸石碳热还原氮化的β-SiAlON粉以及Si粉、Al粉、Al2O3微粉和SiC为原料，制备了β-SiAlON陶瓷和β-SiAlON晶须增韧SiC复合材料，研究了原料配比、合成温度和材料微观结构、性能之间的关系。研究表明：提高温度和增加Si粉、Al粉加入量时将可以提高β-SiAlON陶瓷的强度；复合材料中生成的β-SiAlON晶须直径为0.2-0.3um，有效提高了复合材料的力学性能，当在SiC粉中加配入30％β-SiAlON粉以及20％的Si粉、Al粉和Al2O3粉时，β-SiAlON增韧SiC复合材料的性能最好，其抗折强度可达62.1Mpa。　　 在实验室β-SiAlON可控合成研究基础上，进行了半工业规模化(200kg)的可控合成，结果表明：工业化合成与实验室合成结果吻合很好，在埋碳通氮条件下制备了高纯度的β-SiAlON球，为β-SiAlON的大规模工业合成和应用提供基础。