随着人类科学技术的进步,低温技术在航空航天、热核聚变以及超导领域得到了广泛的应用。结构陶瓷具有硬度高、耐磨损、电绝缘等特点,可以与金属和高分子材料形成互补,在某些低温应用领域发挥独特的优势。目前关于非氧化物陶瓷低温断裂机理和性能的研究开展的还较少,因此本文从影响结构陶瓷力学性能的因素入手,研究了几种具有典型结构的非氧化物陶瓷低温环境下断裂模式、裂纹扩展、桥接、气孔与材料性能的关系,揭示了材料低温性能变化的规律和原因。研究发现氮化铝陶瓷低温下断裂韧性、抗弯强度和韦伯模数三个力学性能指标均有增加的趋势。出现这一变化的直接原因是低温环境下材料穿晶断裂比例增加,导致材料断裂表面能增加。同时,通过分析氮化硅陶瓷与氮化铝陶瓷低温断裂机理的区别,发现材料中晶界相的性质、体积分数和分布位置影响了陶瓷低温断裂模式的变化规律。当温度从293K降低到77K时,氮化硅陶瓷的稳态断裂韧性从5.19MPa·m1/2增加到6.51MPa·m1/2,增幅为25.4%。利用原位降温拉曼光谱测得某一桥接结构293K下桥接应力的最大值为0.7GPa,而在77K下桥接应力的最大值增加到1.0GPa,这说明桥接应力增加是低温下氮化硅陶瓷韧性改善的主要原因之一。通过对氮化硅陶瓷不同温度(293K、159K和77K)下产生的60条裂纹中4323个裂纹偏转和320个桥接结构进行统计分析,发现虽然低温下残余应力能够影响材料中沿晶断裂的比例,但沿晶断裂时裂纹偏转角度分布以及不同角度裂纹偏转形成桥接的概率由材料显微结构决定,不受温度变化影响。以Si3N4-Y2O3-Al2O3体系为研究对象,发现改变烧结助剂Y2O3和Al2O3质量分数或配比时,氮化硅陶瓷中晶界相体积、热膨胀系数和材料显微结构都会发生变化,进而对材料低温性能产生影响,其中显微结构的影响是主导因素。研究发现低温下碳化硅晶粒弹性模量增加,气孔诱发裂纹扩展阻力增大导致材料的断裂强度增加;低温下残余应力场的存在会降低无压烧结碳化硅陶瓷中气孔诱发裂纹有效尺寸,并导致韦伯模数增加。