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氮化硅（Si3N4）陶瓷具有优良的综合性能,已被应用于汽车、航空航天、电子电路等领域。随着科技的快速发展,对Si3N4陶瓷复杂结构与使用性能的要求日愈提高。目前有多种制备复杂形状Si3N4陶瓷素坯的方法,但仍需经过烧结才能获得高性能的Si3N4陶瓷。在无压烧结的过程中伴随着巨大的体积收缩变化,存在烧结收缩大、烧结易变形等问题。因此,本文采用陶瓷粉末压制工艺结合无压烧结技术,系统研究烧结助剂种类、含量、分布与坯体密度对Si3N4陶瓷致密度、收缩的影响;同时对实验使用设备真空气氛烧结炉进行温度场仿真,为制备高致密度、均匀收缩的Si3N4陶瓷提供可行方法。主要研究结论如下:为方便表征陶瓷试样烧结变形,引入收缩各向异性因子的概念。即AXY=X方向收缩率-Y方向收缩率。研究了三种助剂:氧化钇（Y2O3）-氧化铝（Al2O3）、二硅酸钇（Y2Si2O7）、Y2Si2O7-莫来石（MUL）对Si3N4陶瓷烧结致密度与收缩的影响。发现试样致密度均随温度的升高而增大;不同助剂试样对Si3N4陶瓷致密度的影响不同,但均能在液相共熔点附近快速致密化,最终在1800℃条件下制备的Y2O3-Al2O3-Si3N4、Y2Si2O7-MUL-Si3N4陶瓷致密度分别为97%、99.25%。此外,试样的线收缩率、体积收缩率均随温度的升高而增大;在不同温度段收缩量不同,但均在液相形成温度发生快速收缩。试样在长度与宽度方向收缩基本一致,均小于高度方向收缩,表现出收缩各向异性;且收缩各向异性因子AHL、AHD随温度的升高而增大。在同一烧结温度下,不同烧结助剂试样收缩各向异性因子AHL、AHD不同;1700℃制备的Y2Si2O7-MUL-Si3N4陶瓷收缩因子AHL为0.53%。为获得高致密度、低收缩各向异性的Si3N4陶瓷,应选择低液相共熔点温度的烧结助剂。研究了助剂Y2SM（自制）含量对Si3N4陶瓷烧结致密度与收缩的影响。发现不添加烧结助剂时,试样无明显的致密度与收缩变化。同一含量助剂的试样,温度越高致密度越高;高含量的烧结助剂在低温阶段可获得较高致密度,但在高温阶段烧结助剂含量对致密度影响较小,且助剂含量在10wt%时获得最高致密度。添加烧结助剂的试样存在烧结收缩各向异性;相同含量助剂的试样烧结温度越高收缩与各向异性因子AHL、AHD越大;相同温度下,烧结助剂含量越高,试样收缩各向异性因子AHL、AHD越大。为获得高致密度、低收缩各向异性的Si3N4陶瓷,烧结助剂的最佳含量为10wt%。研究了坯体密度与助剂分布对Y2O3-Al2O3-Si3N4陶瓷烧结致密度与收缩的影响。发现1600℃之前,试样坯体密度越高、致密度越高;而在1600℃之后,坯体密度对最终的致密度影响较小,试样最终致密度均达到97%。相同坯体密度的试样,线收缩、体积收缩均随温度升高而增大;相同温度下,坯体密度越高的试样,收缩越小,且在坯体密度最大时试样各向异性因子AHL最小为0.2%。通过共沉淀与球磨方式引入烧结助剂的Si3N4陶瓷致密度、收缩率与各向异性均随温度的升高而增大,且1800℃时致密度均为97%。在同一温度下,球磨试样的收缩小于共沉淀试样;但共沉淀粉体分布更为均匀,烧结收缩各向异性因子AHL最大0.3%,小于球磨试样1.38%。为获得高致密度、低收缩各向异性的Si3N4陶瓷,应选择组分分布均匀、高体积密度的素坯。采用模拟仿真方法研究了气氛烧结炉温度场分布。发现烧结过程中存在显著的温度分布不均的现象,四分之一模型在壁面的相交处温度最低,越靠近发热体处温度越高。长时间的保温可以改善温度场分布情况,增大均温区面积。在壁面处,均温区沿壁面呈环形分布;在中心截面处,在加热过程中中心截面温度最低,随着长时间保温中心截面处温度升高、中心截面处均温区逐渐减小,且越靠近发热体温度越高、均温区面积越大。