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氮化硅（Si3N4）和塞隆（SiAlON）陶瓷具有低密度、高硬度、高韧性、高耐热性、低热膨胀系数等优异的性能,广泛应用于切削刀具、高速轴承等零部件。与普通Si3N4和SiAlON陶瓷相比,基于高温塑性变形制备的织构化Si3N4和SiAlON陶瓷在特定方向具有更优异的性能,有望成为应用于极端环境的理想结构材料。然而,基于高温塑性变形的Si3N4和SiAlON陶瓷织构化存在制备效率低、结构形式单一、应用研究缺乏等问题。针对这些问题,本文采用自由压缩烧结-锻造、向心流动烧结-锻造和中心挤出等手段,并结合放电等离子烧结工艺,快速制备了二维随机织构化、二维向心织构化和一维织构化的Si3N4和SiAlON陶瓷,研究了不同织构化形式Si3N4和SiAlON陶瓷的显微结构和力学性能的各向异性,然后优选了织构化SiAlON陶瓷,制备了织构化SiAlON陶瓷复合片刀具,开展了切削GH4169高温合金的研究,研究了不同织构化形式对SiAlON陶瓷刀具切削性能、磨损形貌和磨损机理的影响。具体研究内容与结果如下:采用自由压缩形式的向外流动烧结-锻造工艺,结合放电等离子烧结,快速制备了二维随机织构化Si3N4和SiAlON陶瓷。结果表明,在向外流动的快速塑性变形下,可实现Si3N4和SiAlON陶瓷的强织构化,其二维织构化程度分别达到0.75和0.78。二维随机织构化Si3N4和SiAlON陶瓷在垂直于锻造压力方向的截面硬度更高,分别达到1744 HV和1841 HV;在断裂方向与锻造压力方向平行时,抗弯强度更高,分别为1350MPa和1393 MPa;在裂纹垂直晶粒长轴的方向,断裂韧性更高,分别为7.01 MPa·m0.5和6.30 MPa·m0.5。采用向心流动烧结-锻造工艺,结合放电等离子烧结,首次制备了新型二维向心织构化Si3N4和SiAlON陶瓷。结果表明,在高温向心塑性流动中,Si3N4和SiAlON陶瓷棒状晶粒向直径方向旋转,形成晶粒长轴指向中心,与径向平行的向心织构化结构,织构化程度分别为0.81和0.79。根据向心流动的三维应变,建立了向心流动烧结-锻造过程晶粒旋转指向中心的物理模型,并获得了该模型的数学解析方程,实验的观测结果与模型计算结果高度吻合。圆柱形向心织构化Si3N4和SiAlON陶瓷的硬度在轴截面最高,分别达到1701 HV和1821 HV;在弦截面最低,分别为1585 HV和1626 HV。向心织构化Si3N4和SiAlON陶瓷的强度在断裂面与径向垂直时最高,分别达到1264 MPa和1351 MPa。向心织构化Si3N4和SiAlON陶瓷的断裂韧性在裂纹垂直晶粒方向时最高,分别为7.53 MPa·m0.5和6.27 MPa·m0.5。首次基于中心挤出,结合放电等离子烧结快速制备了高度一维织构化的Si3N4和SiAlON陶瓷,其长轴趋于与挤出方向平行,形成一维取向,织构化程度分别达到0.77和0.88。一维织构化Si3N4和SiAlON陶瓷的硬度均在平行挤出方向的截面最高,分别为1671 HV和1814 HV,在垂直挤出方向的截面最低,分别为1499 HV和1559 HV;一维织构化Si3N4和SiAlON陶瓷的断裂韧性在裂纹垂直挤出方向时最高,分别为7.67MPa·m0.5和6.37 MPa·m0.5,而在裂纹平行挤出方向时最低,分别为3.82 MPa·m0.5和3.89MPa·m0.5。为了评估Si3N4和SiAlON陶瓷在高速切削高温合金的适用性,采用普通烧结的Si3N4和SiAlON陶瓷刀具,进行了切削GH4169的对比研究。结果表明,SiAlON刀具由于具有更优异的抗高温氧化性和更高的硬度,同时强度和韧性与Si3N4刀具相近,从而具有更好的切削性能。SiAlON刀具的寿命为235 m左右,而Si3N4刀具为108 m左右。Si3N4和SiAlON刀具的磨损形式为后刀面磨损、边界沟槽磨损,微崩刃、刀尖磨损和月牙洼磨损;主要磨损机理为粘结磨损、磨粒磨损、扩散磨损和剥落;其中Si3N4刀具的磨损机理还包括崩刃。基于上述研究可知,相对于Si3N4陶瓷刀具,SiAlON陶瓷刀具更适合切削高温合金。因此,开展了织构化SiAlON陶瓷刀具切削高温合金研究。首先基于晶粒取向、样品尺寸和整体稳定性的要求,制备了织构化刀具复合片,结果表明织构化SiAlON陶瓷复合前后的显微结构和力学性能基本不变。然后研究了织构化SiAlON复合刀片切削GH4169合金的性能和磨损机理,结果表明,晶粒方向对SiAlON陶瓷的切削性能具有重要影响。当晶粒平行切削刃时,切削性能最好;晶粒垂直前刀面时,切削性能最差;晶粒垂直后刀面时,仅稍优于晶粒垂直前刀面的情况;晶粒随机取向时,切削性能居中。边界磨损和刀尖磨损是织构化SiAlON刀具最严重的磨损形式,主要磨损机理为粘结磨损、磨粒磨损、扩散磨损和剥落。晶粒平行切削刃时,由于主要的切削力方向垂直于晶粒方向,而该方向织构化刀具的抗沟槽磨损、剥落的性能最好,其失效形式为缓慢、稳定的前、后刀面磨损。晶粒垂直前刀面或后刀面时,工件运动或切屑流动方向与晶粒方向平行,导致刀具晶粒沿工件或切屑的摩擦方向快速剥落,从而快速失效。