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尖晶石型氧氮化铝(AlON)具有密度低、热膨胀系数小、硬度高、耐高温、耐腐蚀、耐磨损和化学稳定性好等优异的力学、化学和光学性能,已在高温结构陶瓷、耐火材料和高温窗口材料等领域成为一种颇具潜力的陶瓷材料。本文首先采用热压烧结工艺制备了致密度高、性能优异的AlON陶瓷材料；然后,为了进一步提高AlON陶瓷材料的力学性能,本实验向AlON材料中分别引入碳化硅(SiC)和氮化锆(ZrN)相,制备了新型的SiC-AlON口ZrN-AlON陶瓷复合材料。深入研究了AlON及其陶瓷复合材料的烧结行为、物相组成、微观结构、力学性能、抗氧化性能、抗热震性能和抗钢液侵蚀性能。本研究对开发新型的AlON基陶瓷复合材料和拓宽其应用范围等具有重要的理论意义和实际应用价值。实验使用A12O3和AlN为主要原料,先通过高温固相反应合成AlON粉体,然后通过热压烧结法制备高纯度的AlON陶瓷材料。其相对密度、维氏硬度、杨氏模量、抗弯强度和断裂韧性分别为97.6%、13.8GPa、237GPa、296MPa1.5MPa.m1/2。实验采用热压烧结成功制备了性能优异的SiC-AlON陶瓷复合材料。SiC颗粒主要分布于AlON基体的晶界位置,在烧结过程中由于SiC钉扎晶界,起到了细化晶粒的作用。随着SiC含量的增加,陶瓷复合材料的维氏硬度、杨氏模量、抗弯强度和断裂韧性都呈现先升高后降低的变化趋势。当SiC的添加量为8wt%时,陶瓷复合材料的力学性能达到最佳,其抗弯强度和断裂韧性分别为399MPa和1.9MPa·m1/2,较纯AlON陶瓷分别提高了35%和23%,其强韧化机制主要包括细晶强化和热膨胀系数失配。通过对AlON和SiC-AlON陶瓷材料的抗氧化性能进行研究,结果表明：A1ON和SiC的氧化产物分别为Al2O3和SiO2,由于氧化温度较低,在700℃-1200℃温度下没有莫来石相生成；其氧化产物在不同阶段分别呈现出针状、片状和层状等不同微观形貌；纯A1ON的起始氧化温度为1000℃；SiC的引入使AlON陶瓷材料的起始氧化温度降低至700℃,但是,当温度达到1100℃以上时,由于氧化后形成的SiO2与A12O3的共同作用,在试样的表面形成了比较致密的氧化层,显著提高了AlON陶瓷材料的高温氧化性能。本文通过热压烧结还制备了ZrN-AlON陶瓷复合材料。利用X射线衍射仪(XRD)分析后所得结果表明,经过在1850℃的热压烧结后,加入的ZrO2由于与AlON基体发生反应完全转变成为ZrN相。当ZrN含量小于2.7%时,ZrN-AlON陶瓷复合的相对密度、维氏硬度、杨氏模量、抗弯强度和断裂韧性都得到了显著提高。当ZrN含量为2.7%时,复合材料的抗弯强度和断裂韧性均达到最大值,分别为555MPa和2.5MPa.m1/2,比纯AlON陶瓷材料分别提高了88%和60%。然而,继续增加ZrN含量至4.1%时,由于ZrN相出现了局部团聚现象,陶瓷复合材料的力学性能少许降低。ZrN颗粒主要分布在AlON的晶界,起到细化晶粒的作用,另外还有少量ZrN分布于AlON晶内,具有钉扎位错的作用。ZrN颗粒能够在裂纹扩展的过程中消耗和吸收部分应力,使裂纹发生偏转、分叉或转弯,从而提高陶瓷复合材料的力学性能。ZrN颗粒对陶瓷复合材料的强韧化机制主要包括细晶强化、裂纹偏转增韧和裂纹分叉增韧。本文还对AlON及其陶瓷复合材料的抗热震性能和抗钢液侵蚀性能进行了研究。结果表明：AlON陶瓷材料的临界热震温差为200°C; SiC口ZrN的引入有利于改善AlON陶瓷材料的热震性能,SiC-AlON和ZrN-AlC)N陶瓷复合材料的临界热震温差都为225℃；AlON陶瓷具有较优异的抗钢液侵蚀性能,经过钢液侵蚀后侵蚀层的厚度约为150μm；由于在钢液侵蚀过程中SiC会与钢液发生化学反应,降低了AlON陶瓷材料的抗钢液侵蚀性能；ZrN对AlON陶瓷材料的抗钢液侵蚀性能没有明显影响。