随着工业的发展,燃气轮机和飞机发动机的工作温度不断提高,这对高温合金部件的热防护提出了越来越严苛的要求。具有极低热导率的热障涂层可以有效的降低合金部件表面的温度,从而延长其使用寿命,提高热机工作效率。目前,应用最为广泛的热障涂层材料是具有t′相结构的6-8%氧化钇稳定氧化锆（YSZ）。本文以YSZ等稀土氧化物和氧化锆组成的二元固溶体为基础,通过掺杂构造多元固溶体材料体系,系统研究了缺陷对材料晶格结构以及热物理性能的影响,并对氧化锆基多元氧化物固溶体作为热障涂层新材料的潜力进行了初步的评估。具体研究内容包括:首先,我们分别采用Ti⁴⁺、Sn⁴⁺和Th⁴⁺取代8YSZ中的Zr⁴⁺,构造三元固溶体材料体系,研究了四价离子半径对8YSZ晶格结构以及t′相稳定性的影响。此外,我们还测试了材料的硬度、弹性模量、断裂韧性、热导率以及热膨胀系数这些对热障涂层性能有重要影响的热物理性能,并深入研究了晶格缺陷与晶格畸变对材料热导率的影响。基于晶格结构的稳定性以及热物理性能,我们对四价离子掺杂8YSZ固溶体作为热障涂层新材料的潜力进行了初步的评估。其次,我们在8YSZ中增加稀土元素含量,以Ln₂Zr₂O₇型稀土锆酸盐为基础,在晶格Ln位和Zr位同时引入掺杂,构造（Ca₂Nb₂O₇）_x（Gd₂Zr₂O₇）_1-x、（Nd₂Sn₂O₇）_x（Yb₂Zr₂O₇）_1-x和（Sm₂Sn₂O₇）_x（Yb₂Zr₂O₇）_1-x三个四元固溶体材料体系。我们研究了掺杂对焦绿石结构和萤石结构之间有序无序相变的影响,并在相变临界点附近观察到材料硬度、弹性模量和断裂韧性的特殊变化。此外,我们还分别讨论了晶格结构对材料声子热导和辐射热导的影响,提出了在整个温度范围内获得低热导率材料的设计原则。最后,我们在Ln₂Zr₂O₇型稀土锆酸盐中进一步增加稀土元素含量,构造Zr₃Ln₄O₁₂型固溶体（Ln=Gd、Y、Er、Yb）,研究了稀土离子半径对材料晶格结构以及显微形貌的影响。同时,我们还测试了材料的硬度、弹性模量、断裂韧性以及热导率和热膨胀系数,并对Zr₃Ln₄O₁₂型固溶体与8YSZ构造多层或梯度热障涂层的潜力进行了初步的评估。