本文深入、系统地研究了水基注模凝胶法制备固体氧化物燃料电池用氧化锆基电解质薄片的工艺过程,利用XRD、SEM、TEM等技术对材料的相结构和微观组织进行了分析。系统研究了ZrO₂-Y₂O₃和ZrO₂-Y₂O₃-Al₂O₃体系的力学性能和电性能,从而展示了这一材料的良好工业化应用前景。系统研究了注模凝胶成型用ZrO₂水基料浆的制备及其稳定性和流变性,确定了pH值、分散剂、固含量及球磨时间对ZrO₂水基料浆的稳定性和流变性的影响规律,最终优化出本材料体系的最佳实验参数,即pH=8～10,分散剂含量为2vol%,球磨时间为20～24h。首次配制出高固含量（56vol%）、低粘度（0.5Pa·s）的ZrO₂水基料浆。并首次用水基注模凝胶法制备出100mm×100mm,厚度仅为0.2mm的光滑、平整,致密度高达98.1%的ZrO₂固体电解质薄片,为进一步工业化批量生产奠定了基础。研究了加热凝胶、催化剂凝胶和氧化还原凝胶三种凝胶方式中各参数对ZrO₂水基料浆凝胶化成型的影响,以及温度、湿度和厚度对水基注模凝胶坯体的干燥过程的影响规律;研究了排胶前后坯体中颗粒的结合及分布状态,并与干压坯体进行比较,发现水基注模凝胶坯体的断口较平整,颗粒分布均匀,没有大的团聚体存在;此外通过对烧结工艺的研究表明,烧结温度、保温时间、升温速率、坯体密度等均对烧结过程有很大影响。1600℃×4h烧结时,瓷体晶界平直,晶粒发育较好。本文系统研究了水基注模凝胶法制备的Al₂O₃-Y₂O₃-ZrO₂体系氧化锆基固体电解质的综合力学性能和电性能,并与Y₂O₃-ZrO₂体系进行对比。结果表明,Al₂O₃/YSZ的σ和K_1c均随Al₂O₃含量的增加而增大。Y₂O₃-ZrO₂陶瓷随Y₂O₃含量的增加,σ是先增加后减小,而K_1c是一直降低的;3mol%的Y₂O₃-ZrO₂陶瓷的抗弯强度最高,可达891Mpa,其断裂韧性可达9.2MPa·m^1/2,综合力学性能最佳。随着Y₂O₃含量的增加,Y₂O₃-ZrO₂体系材料的电导率呈现出了先增加后减小的趋势。离子电导率随着温度的升高而增大,1nσ-1/T曲线基本上是呈线性关系。Al₂O₃-Y₂O₃-ZrO₂体系的电导率则随Al₂O₃增加呈现先增大后减小的趋势,1wt%Al₂O₃-YSZ材料电导率最大,此时电导率高于YSZ电解质材料的电导率。本文对此现象进行了认真的分析研究,并首次制得在1000℃时的电导率可以达到0.15S/cm的Al₂O₃-YSZ大面积固体电解质薄片,其电导激活能为0.821eV,这为实用化提供了可能。