伴随着航空发动机以及燃气轮机向更高推重比方向发展,燃烧室的燃气温度不断提高,对热障涂层材料的性能要求也越来越高。传统的YSZ热障涂层材料若长时间在大于1200?C的条件下工作容易发生相变,从而产生较大的体积膨胀和裂纹,加速涂层的失效,也正是因此,YSZ已经很难满足未来航空发动机以及燃气轮机的发展需求,探索新型热障涂层材料势在必行。本论文选择潜在的铁弹体热障涂层材料——稀土钽酸盐系统为研究对象,以声子散射理论为指导,通过掺杂的方式对其性能进行优化研究,研究的主要内容包括:采用非等价离子掺杂的方式,在DyTaO₄的晶格中引入Zr⁴⁺离子,形成Dy_1-xTa_1-xZr_2xO₄体系。研究结果表明由于Zr⁴⁺离子的缺陷散射作用,DyTaO₄的热导率随着Zr⁴⁺离子含量的增加呈现下降趋势,不同温度下Zr⁴⁺离子的最优含量为8%.mol-10%.mol。相比于YSZ,Dy_1-xTa_1-xZr_2xO₄的最低热导率下降约30%,且其热膨胀系数与YSZ相当;选择具有同一晶型的YTaO₄和DyTaO₄,通过等价离子掺杂的方式形成(Y_1-xDy_x)TaO₄体系。对(Y_1-xDy_x)TaO₄中热传输研究发现其热导率随着成分的变化不符合声子-点缺陷散射模型,主要由固溶原子对声子的散射以及Y和Dy元素偏聚（因为YTaO₄和DyTaO₄的本征热导率不同）之间的相互竞争作用所致;通过化学键的调控,对具有不同晶型的(Y_1-xYb_x)TaO₄陶瓷的热物理性能进行优化研究,结果表明由于化学键强不同,m’相(Y_1-xYb_x)TaO₄具有比m相低的热导率,且最低热导率相比YSZ而言降低约54%。然而m’相(Y_1-xYb_x)TaO₄的热膨胀系数要比m相的低得多,且m’相(Y_1-xYb_x)TaO₄中未发生铁弹相变,也不存在铁弹畴。进一步研究发现(Y_1-xYb_x)TaO₄中热传输主要与Umklapp散射过程,声子-点缺陷散射以及热辐射等多重机制相关;源自于RE₃TaO₇化合物晶体结构的特殊性与复杂性,选取ZrO₂-Dy₃TaO₇为研究对象。热导率测试结果表明在其晶态材料中出现了非晶态材料的热导率特征即类玻璃热导率,且Zr⁴⁺离子的引入能够有效的降低基底Dy₃TaO₇的热导率,使其更接近于非晶极限值。同时由于Zr⁴⁺离子的引入,造成了Dy₃TaO₇晶格的松弛,致使热膨胀系数出现一定程度的上升,最高值达11×10^-6/K。