随着燃气轮机向着高温高效方向的不断发展,使其燃烧系统中的工作环境更加严峻苛刻,许多金属零部件将经受更严酷的高温、热冲击、热腐蚀以及粒子冲蚀作用。因此需要采用陶瓷热障涂层材料对合金叶片提供更好的热防护,热障涂层材料要求具有较低的热导率和稳定的化学结构。本论文的主要研究思路是针对SmTa/NbO₄陶瓷材料,通过掺杂不同的离子来获得热导率更低、化学性质更稳定的热障涂层材料,并研究出潜在可适用于高温热燃机的新型热障涂层材料。具体内容有以下:通过分析XRD、Raman发现掺杂离子并没有改变Sm TaO₄陶瓷的晶体结构,其相结构仍然是单一的单斜相。结合SEM图发现粒子尺寸在1¹0μm,大小均匀,且没有出现气孔,有助于提高材料的致密性和保持材料的稳定性。同时,通过分析SmNb_1-XTa_XO₄的Raman、XRD发现掺杂Ta₂O₅的含量低于0.2%与高于0.4%时存在两种不同的物相,从SEM图可以观察到明显的铁弹畴。选用半径相差较小、相对原子质量差较大的Zr⁴⁺、Ti⁴⁺、Ce⁴⁺四价离子掺杂SmTaO₄,当温度在800℃下,掺杂2%mol的ZrO₂的Sm TaO₄陶瓷材料其热导率的可达1.2W/m·K,掺杂2%mol的CeO₂的SmTaO₄陶瓷材料其热导率的低达0.9W/m·K,除了Ti⁴⁺掺杂效果不佳以外,在SmTaO₄陶瓷材料中分别掺杂CeO₂、ZrO₂都能较大范围地减少其热导率。在SmNbO₄中掺杂4%的Ta₂O₅后,SmNb_1-XTa_XO₄热膨胀系数在1200℃下可以达到12.2×10^-66 K^-1,和Ni-Cr合金接近,掺杂Ta₂O₅可以极大的改善它的热膨胀性能。研究发现未掺杂的SmNbO₄陶瓷具有良好的光学性质。在Sm位填充的4f电子轨道层中,由于Sm壳中的内部存在4f⁵电子跃迁将降低SmNb_1-XTa _XO₄陶瓷的反射率,其带隙宽度为4.3到5.0ev。在SmNbO₄中掺杂Ta可以有效地降低其热导系数通过测试其热导率发现900℃下掺杂0%的Ta₂O₅热导率值最低,最低值是1.33 W.m^-1.K^-1。由此我们认为SmNb_1-XTa_XO₄陶瓷由于独特的铁弹性和突出的热学性能是很有希望作为新的TBC材料使用。