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在600-800℃的中温范围,CeO2基固体电解质因比ZrO2基电解质具有更高的氧离子导电率,被认为是极具潜力的中温固体燃料电池中固态电解质材料。但是,Ce02的本征脆性使其在固体燃料电池运行过程中,常因频繁启动、停机而形成的热冲击而发生断裂,极大地降低了固体燃料电池的可靠性及寿命由于机械应力和热应力而破裂等原因,还不能商业化。因此,急需改善CeO2基固体电解质力学性能和热冲击性能。本论文利用氮化硼纳米片(BN nanosheets,BNNPs)优异的力学性能,较高的热传导系数和绝缘性能(不会产生电子导电),用于改善CeO2基电解质的本征脆性,进而提高其在工作状态下的热冲击性能。为此,本论文采用等离子喷技术制备了 Gd2O3掺杂CeO2(GDC)和BNNP/GDC固体电解质薄膜,深入分析并研究了等离子喷涂复合材料薄膜的显微组织、力学性能以及抗热冲击性能。本论文分析了喷雾造粒的微米团聚体等离子喷涂喂料的球形度、颗粒的尺寸和分布对等离子喷涂固体电解质薄膜的影响,并优化出等离子喷涂制备的GDC固体电解质的工艺参数。采用X-射线衍射分析了 GDC固体电解质材料的物相组成,发现等离子喷涂薄膜均具有立方萤石结构,没有发生相变。拉曼光谱分析结果表明,BNNP具有的二维结构特征在等离子喷涂过程中保存了下来。通过扫描电镜(SEM)图片可以发现,BNNP可均匀的分布于基体材料中,有利于发挥BNNP优异的力学性能和高导热性能,为改善GDC材料整体的力学性能和抗热冲击性能奠定了基础。本论文采用仪器化微米压入和显微硬度等方法研究等离子喷涂GDC及BNNP/GDC固体电解质材料的力学性能,并分析其强韧化机制。研究结果表明,相比于未添加BNNP的GDC固体电解质材料,1.0wt.%BNNP/GDC复合材料的显微硬度、弹性模量、断裂韧性和压入屈服强度分别提高了～15.7%、～41.7%、～45.7%、～58.4%。同时,利用等离子喷涂“扁平粒子滑移”模型,发现等离子喷涂扁平粒子间的界面结合得到了有效强化,1.0wt.%BNNP/GDC中扁平粒子间的滑移阻力提高了～10.1%。试验结果显示,添加BNNP后使GDC复合材料的屈服强度和断裂韧性同时得到提升。进一步分析表明,BNNP拔出、BNNP和晶粒的桥接是BNNP/GDC材料的主要增韧机制;在扁平粒子内部,由添加BNNP而导致的Orowan增强机制起到了强化作用。通过对所制备的GDC及BNNP/GDC材料在400℃、500℃和600℃的热冲击性能测试,结果表明,0.5wt.%BNNP/GDC和1.0wt.%BNNP/GDC的临界温差与GDC相比提升了～4.5%和～10.4%,热冲击后的强度保持率也得到了提升。本文用抗热冲击因子RⅠ,RⅡ和RⅡ分别表征材料的抗热冲击性能,发现GDC复合材料的抗热冲击性能随着BNNP添加含量的增加提高。例如,600℃热冲击后,含量为1.0wt.%BNNP复合材料的性能提升是最高的。与GDC相比,1.0wt.%BNNP/GDC的显微硬度、弹性模量和断裂韧性分别提高了～11.1%、～48.1%和～54.2%。这主要源于BNNP在有效改善复合材料力学性能的同时,可提高复合材料的热传导系数,降低中温温度条件下复合材料内部的温度梯度,进而改善其热冲击性能。