固体氧化物燃料电池（SOFCs）是一种高效和环境友好的全固体组件能量转换装置，而电解质是其重要组成部分。8mol.%Y₂O₃-ZrO₂（8YSZ）以其高电导率的优势是目前广泛应用的SOFCs电解质材料，但是其较高的工作温度（1273K）常导致材料老化和材料选择限制，因此开发中低温（873-1073K）条件下综合性能良好的电解质材料成为当务之急。目前，氧基磷灰石型硅酸镧材料在中低温下具有高的离子电导率和低的活化能，且热膨胀系数与阴阳极材料相匹配，是一种最具潜力的新型电解质材料。本文采用低温反应合成/高温烧结法成功制备出氧基磷灰石型La₁₀Si₆O₂₇陶瓷及其La位掺杂体系La_10-xA_xSi₆O₂₇(A=Nd³⁺, Gd³⁺, Yb³⁺)和Si位掺杂体系La₁₀Si_6-xB_xO（27±δ）(B=In³⁺, Nb⁵⁺, W⁶⁺)陶瓷。采用XRD、SEM、Raman和TEM等测试分析手段表征了氧基磷灰石型La₁₀Si₆O₂₇及其掺杂体系的组织结构特征；采用交流阻抗谱测试研究了氧基磷灰石型La₁₀Si₆O₂₇及其掺杂体系在不同温度下的电导率变化规律，同时研究了在不同氧分压下的电导率特征，从微观结构的角度阐明了材料的导电机理；采用高温热膨胀仪研究了掺杂不同种类和不同含量阳离子情况下热膨胀系数的变化规律，从晶体结构的角度阐明了材料的热膨胀行为。低温反应合成/高温烧结法制备氧基磷灰石型La₁₀Si₆O₂₇陶瓷的过程中会产生少量的第二相La₂SiO₅，而本文通过工艺调控最大限度提高了La₁₀Si₆O₂₇陶瓷的纯度，最佳优化工艺参数为T_s=1923K、t_s=10h、T_c=1623K和t_c=10h。在测试温度1073K下，La₁₀Si₆O₂₇陶瓷的总电导率可达1.28×10^-2S·cm^-1。第二相La₂SiO₅含量不利于La₁₀Si₆O₂₇陶瓷电导率的提高，是影响电导率的主要因素；体积密度有利于La₁₀Si₆O₂₇陶瓷电导率的提高，是影响电导率的次要因素。为了研究掺杂不同半径阳离子对氧基磷灰石型La₁₀Si₆O₂₇陶瓷电导率的影响，选择离子价态相同而离子半径不同的Nd³⁺、Gd³⁺和Yb³⁺三种稀土阳离子在La₁₀Si₆O₂₇陶瓷的La位进行掺杂，发现掺杂稀土阳离子能有效减少或消除La_10-xA_xSi₆O₂₇(A=Nd³⁺, Gd³⁺, Yb³⁺)陶瓷中的第二相La₂SiO₅。随着稀土阳离子Nd³⁺、Gd³⁺和Yb³⁺掺杂量的增加，相应晶面的衍射峰逐渐向高角方向偏移，且三种材料的晶格常数和晶胞体积也都随之减小。掺杂过渡金属阳离子能有效促进La₁₀Si_6-xB_xO（27±δ）(B=In³⁺, Nb⁵⁺, W⁶⁺)陶瓷在烧结过程中的致密化，显著减少或消除第二相La₂SiO₅。但是，当Nb⁵⁺和W⁶⁺离子掺杂量过大时，会在晶界处形成相应的La₃NbO₇相和La₆W₂O₁₅相。综合采用Raman光谱和TEM揭示了La₁₀Si_6-xB_xO（27±δ）(B=Nb⁵⁺, W⁶⁺)陶瓷中的氧基磷灰石型La₁₀Si₆O₂₇相及少量第二相的微结构特征，证实在La₁₀Si_6-xNb_xO（27+δ）陶瓷晶界处的杂质相为具有氟铝镁钠石结构的La₃NbO₇相，而La₁₀Si_6-xW_xO（27+δ）陶瓷中晶界处出现了正交结构的La₆W₂O₁₅相。掺杂La_10-xA_xSi₆O₂₇(A=Nd³⁺, Gd³⁺, Yb³⁺)陶瓷都为纯氧离子导体，且电导率都比未掺杂La₁₀Si₆O₂₇陶瓷的电导率有所降低。但是，当A³⁺离子掺杂量从x=0.2增加到x=1.0时，La_10-xA_xSi₆O₂₇陶瓷的电导率都存在一个峰值σmax，且峰值随着稀土阳离子半径的减小逐渐向掺杂量x增大的方向移动，掺杂Nd³⁺离子的σmax出现在x=0.4；掺杂Gd³⁺离子的σmax出现在x=0.6；掺杂Yb³⁺离子的σmax出现在x=0.8。研究表明电导率的变化与晶体结构有关，相同配位数下有效离子半径较小的Nd³⁺、Gd³⁺和Yb³⁺离子取代6h位的La³⁺离子时，使C2孔道的空间增大，有利于自由氧离子O（4）和间隙氧离子O（5）在C2孔道中移动；而极化率的降低又导致6h位的阳离子对O（4）和O（5）的亲和力增大，不利于O（4）和O（5）在C2孔道中移动，两方面的综合作用共同导致了电导率的变化结果。为了研究掺杂不同价态离子对氧基磷灰石型La₁₀Si₆O₂₇陶瓷电导率的影响，选择离子价态不同的In³⁺、Nb⁵⁺和W⁶⁺三种过渡金属阳离子在La₁₀Si₆O₂₇陶瓷的Si位进行掺杂，获得了高电导率的La10Si5.8In0.2O26.90、La10Si5.9Nb0.1O27.05和La10Si5.9W0.1O27.1陶瓷。在测试温度1073K时，三种陶瓷的总电导率分别为3.14×10^-2S·cm^-1、1.74×10^-2S·cm^-1和4.45×10^-2S·cm^-1，所获得的La₁₀Si_6-xB_xO（27±δ）(B=In³⁺, Nb⁵⁺, W⁶⁺)陶瓷都为纯氧离子导体。当掺杂低价In³⁺离子时，氧空位和间隙氧离子共同导电；而当掺杂高价的Nb⁵⁺和W⁶⁺离子时，间隙氧离子导电起主导作用。La₁₀Si_6-xB_xO（27±δ）(B=In³⁺, Nb⁵⁺, W⁶⁺)陶瓷的热膨胀系数与B离子半径有关，而与B离子的掺杂量关系不大。