氮化硅陶瓷具有硬度高、抗氧化性好、耐磨、耐腐蚀、化学性能稳定和高温性能优异等优点,是一种发展潜力巨大的新型陶瓷材料。高强度、高韧性的氮化硅陶瓷材料制备的陶瓷刀具在高速切削领域应用广泛。本文以α-Si₃N₄粉末为基体材料,以TiC晶须和颗粒为增韧补强相,以稀土氧化物Y₂O₃、Al₂O₃和TiO₂为烧结助剂,采用热压烧结工艺成功制备了综合性能优异的Si₃N₄基陶瓷刀具材料。研究了烧结助剂对Si₃N₄基陶瓷刀具材料微观结构和力学性能的影响。研究发现,烧结助剂Y₂O₃、Al₂O₃和TiO₂组合使用时,通过调整复合烧结助剂Y₂O₃-Al₂O₃-TiO₂中各组分的配比,可以进一步的降低烧结助剂产生的负面影响,提高材料的性能,Y₂O₃、Al₂O₃和TiO₂的配比为55.0vol.%:39.2vol.%:5.8vol.%时,材料的抗弯强度和断裂韧性提升较大。而复合烧结助剂的总添加量同样对复合材料的性能和微观结构有显著影响,当复合烧结助剂的总添加量为9wt%时,材料性能较好,此时,TiC颗粒增韧Si₃N₄基陶瓷刀具材料的抗弯强度为743.9MPa,断裂韧性为7.4MPa.m1/2。优化了Si₃N₄基陶瓷刀具材料的烧结温度和保温时间。在不同工艺条件下,对含有64.5vol.%Si₃N₄、27.7vol.%TiC、4.3vol.%Y₂O₃、3.0vol.%Al₂O₃、0.5vol.%TiO₂ 的复合粉末进行热压烧结。实验结果表明,烧结温度1700℃,保温时间30min,烧结压力30MPa,为TiC增韧Si₃N₄基陶瓷刀具材料的最佳烧结工艺。在此烧结工艺条件下,TiC颗粒对材料强度和硬度的提升要优于TiC晶须,而TiC晶须对材料韧性的提升更加占有优势。TiC颗粒增韧Si₃N₄基陶瓷刀具材料的抗弯强度和维氏硬度高达743.9 MPa和17.9 GPa,断裂韧性为7.4MPa-m1/2,TiC晶须增韧Si₃N₄基陶瓷刀具材料的断裂韧性高达7.9 MPa.m1/2,抗弯强度和维氏硬度分别为690.6 MPa和17.4 GPa。研究了TiC增韧Si₃N₄基陶瓷刀具材料的增韧补强机理。研究发现,TiC晶须/颗粒在裂纹扩展过程中不仅能发生拔出效应,还能使裂纹发生偏转和桥联,使裂纹难以继续扩展,提高材料的强度和韧性,影响TiC增韧Si₃N₄基陶瓷刀具材料的因素有晶粒形状、粒径大小与气孔率、界面特性等。