【摘 要】
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航空航天事业蒸蒸日上的发展推动了航天航空飞行器的研发,航空飞行器向大推重比不断前进,其涡轮发动机燃烧室的温度不断升高,涡轮叶片需要承受的温度越来越高,长期服役的恶劣环境对热障涂层材料提出了新的挑战。在高温下,由于辐射传热的影响,热障涂层材料热传导的机制不仅局限于声子传热,光子热传导也占据了很大比重。由于稀土锆酸盐材料拥有高的相稳定性、高熔点、低热导率和较高的红外发射率（吸收率）等优点,成为代替YS
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航空航天事业蒸蒸日上的发展推动了航天航空飞行器的研发,航空飞行器向大推重比不断前进,其涡轮发动机燃烧室的温度不断升高,涡轮叶片需要承受的温度越来越高,长期服役的恶劣环境对热障涂层材料提出了新的挑战。在高温下,由于辐射传热的影响,热障涂层材料热传导的机制不仅局限于声子传热,光子热传导也占据了很大比重。由于稀土锆酸盐材料拥有高的相稳定性、高熔点、低热导率和较高的红外发射率（吸收率）等优点,成为代替YSZ的新型热障涂层材料而被广泛研究,因此研究并改善稀土锆酸盐高温导热性能,探究其高温红外发射率与热导率的关系具有重要意义。本文利用稀土氧化物Er2O3和过渡金属氧化物MnO2对Gd2Zr2O7分别进行掺杂,采用固相合成法高温烧结制备了(Gd1-xErx)2Zr2O7陶瓷材料和Gd2(MnxZr1-x)2O7陶瓷材料,考察了两种不同氧化物及其含量对Gd2Zr2O7材料晶体结构、热导率及高温红外发射率的影响,并对其作用机制进行了讨论。主要研究内容如下:（1）(Gd1-xErx)2Zr2O7陶瓷材料晶胞常数随着Er2O3掺杂量的增加表现为先增加后减小。Er2O3少量掺杂（掺杂量为0.025 mol.%）时,Er3+并未进入Gd2Zr2O7晶胞,而是固溶在间隙中,此时晶体表现为短程有序的烧绿石结构,当掺杂量增加,Er3+进入Gd2Zr2O7晶格,取代Gd3+的位置,转变为缺陷型萤石结构。(Gd1-xErx)2Zr2O7陶瓷材料热导率首先随温度的升高而降低,800℃后,热导率出现拐点随温度升高突然增大,热辐射作用加强。1100℃下红外发射率测试结果表明,(Gd1-xErx)2Zr2O7陶瓷材料3-5μm波长范围内的发射率随Er2O3掺杂量出现先降低后增加的趋势,与热辐射透过率变化呈现相反的趋势,红外发射率（吸收率）对光子热导率产生影响,进而改变其高温热传导性能。而Raman测试结果表明,(Gd1-xErx)2Zr2O7发射率的变化主要是由于Er3+离子引起了晶格畸变以及键合振动的改变,从而红外吸收能力发生了变化,表现出先增大后减小规律。（2）Gd2(MnxZr1-x)2O7陶瓷材料中,晶胞参数随MnO2掺杂量的增加不断减小,Mn4+离子完全固溶进入晶胞,材料表现为完全的烧绿石结构。Gd2(MnxZr1-x)2O7陶瓷材料热导率先随温度的升高而降低,但400℃之后材料的热导率随温度继续升高出现增大现象。1100℃时Gd2(MnxZr1-x)2O7陶瓷材料3-5μm波长红外发射率随掺杂量的增加出现上升的趋势,该变化与辐射透热变化相对应,发射率越大其热透过值（光子热导率）越小。与Er2O3相比,MnO2掺杂引起的Zr（Mn）-O（48f）伸缩振动对陶瓷材料发射率的影响更为显著。
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