掺杂氧化锆广泛用作固体氧化物燃料电池（SOFC）、氧传感器、氧泵的固体电解质。高性能的电解质，不仅要有高的电导率及其稳定性，还要有良好的力学性能和抗热震性能。目前普遍使用的YSZ电解质，存在着电导率不高、高温老化、低温时效退化、价格较昂贵等缺点，从而影响了SOFC的商业化进程。 论文的研究内容包括：氧化锆粉体材料的制备、四方氧化锆电性能的改善及其高温老化、CaO和Y₂O₃共掺杂氧化锆的烧结过程的交流阻抗谱研究及其高温老化、应用晶界导电模型研究Y₂O₃-ZrO₂的晶界导电特性。 采用聚合配合法制备12mol％CaO-ZrO₂和CaO、Y₂O₃共掺杂的混合氧化物（ZrO₂）_1-x-y（Y₂O₃）_x（CaO）_y（x=0.06、0.04、0.02；y=0.03、0.06、0.09，分别标识为3CYZ、6CYZ、9CYZ）的超细粉体材料。探讨柠檬酸（CA）、乙二醇（EG）与金属离子的摩尔比例和中间物的煅烧温度对氧化锆晶体结构的演变、晶粒大小和形貌的影响。当柠檬酸（CA）与金属（M）的摩尔比：CA：M=4：1，柠檬酸与乙二醇的摩尔比：CA：EG=1：5时，800℃下煅烧得到弱团聚的12CSZ和6CYZ粉末，粒子大小均在100nm左右。800℃下煅烧的6CYZ粉末具有好的烧结性，在1550℃下烧结4h，烧结密度可达到96.2％TD。确定计算（CaO／Y₂O₃）-ZrO₂晶胞参数的经验公式，计算的晶胞参数与XRD实测的晶胞参数比较一致，并符合维加定律（Vegard Rule）。 采用非线性加热模式煅烧锆、钇的草酸盐混合前驱体制备了8YSZ超细粉末。研究金属离子与草酸的摩尔比R及热处理方法对8YSZ的晶体结构、晶粒大小、形貌、比表面积、粒子团聚的影响。确定了最佳实验参数：R=1.2、煅烧温度600—700℃和前驱体分解的非线性加热模式。研究煅烧过程晶粒生长动力学。当煅烧温度＞700℃时，晶粒生长的质量传输受晶粒扩散过程控制；＜700℃时，晶粒生长的质量传输遵循表面扩散控制机理。在600-700℃，采用非线性加热模式煅烧的粉末为等轴晶形，粒子大小在90-100nm之间，粒子间仅有较弱的软团聚。在1550℃下烧结4h，烧结密度达96.3％TD，具有好的烧结性。该法具有工艺简单，无水洗过程的特点，可用于实际生产。 比较研究添加氧化铝（1mol％Al₂O₃）法、前驱体“清除”方法对四方氧化锆的电性能的影响。添加1mol％Al₂O₃可适当增大烧结体的密度、提高烧结性能、晶界电阻明显降低，然而Al₂O₃自ZrO₂晶界进入其晶格，铝离子与氧离子空位发生缔合，减少了氧离子空位浓度，增大了晶粒电阻。前驱体“清除”方法不仅有着同添加氧化铝（1mol％Al₂O₃）法一样的晶界电导改善作用，而且晶粒电阻没有受到影响。四方氧化锆的高温老化实验表明，3YTZ和3YA样品有着相同的高温老化现象。高温老化前经低温时效处理，3YA样品的电导率降低率较3YTZ的要小，表明氧化铝具有抑止低温时效的能力，减小了体内的单斜相的数量。3YTZ在高、低温区的晶界电导活化能的不同反映了有效氧离子空位浓度的差异。 用交流阻抗谱研究6CYZ烧结过程，得出与烧结过程有关的参数，即频率、电阻阻塞因子的乘积α_fα_R，该参数有着同烧结体孔隙率相似的温度变化关系。烧结样品6CYZ的交流阻抗谱的晶界圆弧大小和形状，反映了烧结体的孔隙率和致密化程度，因此有可能用交流阻抗谱间接测定晶粒生长的动力学机制。高温老化时，6CYZ的电导率变化与 XRD的 （）面峰左侧的隆起大小的变化相关。1000’C时高温老化，其电导率的降低率达430。但在1200C下高温老化时，开始时电导率升高，200h后又下降。氧离子空位从无序到短程有序转变引起了氧离子的迁移活化能增加，从而降低了6CYZ的电导率。 在较宽的温度范围(250—700OC人用交流阻抗谱研究了3、8m＊％YZO3－ZrOZ和 3、smol％YZOs－ZrO。＋0．smol％A12Os（标识为 3YTZ、3YA、SYSZ、SYZA）的晶界导电特性。常见的YzosZ 的晶界杂质相是引起晶界电阻的主要原因，而纯净YZO3－ZrOZ的晶界电阻取决于空间电荷层对氧离于空位的阻塞作用。根据空间电荷层模型，低浓度的载流子氧离子空位通过晶界时须克服空间电荷势垒的作用。在450C时，3YTZ和 SYSZ的晶界空间电荷势垒为 130mV、260mV，由此计算得出的晶界电阻与晶粒电阻之比与实验测定结果相符。在较低温度下，空间电荷层不存在氧离子空位和掺杂剂Y的缔合，氧离子空位是自由移动的。 少量A12O3的加入，对纯净氧化钻和常见氧化错电性能的影响不一样。AI。O3的晶体结构和离子半径与ZrO。差别很大，二者只能形成有限的固溶体。部分A12O3作为非导电相在晶界偏析，阻塞了氧离子传输的通道、增大了晶界厚度、引起晶界电阻增大。