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混合导体透氧膜是一类致密的、同时具有氧离子导电性能和电子导电性能的陶瓷膜。透氧膜在700℃以上温度时对氧的绝对选择特性使其在氧分离、富氧燃烧和涉氧化工过程等领域具有广阔的应用前景。然而传统膜成型-烧结制备方法存在膜脆性大、机械强度低、高温下不易连接密封等缺点,导致透氧膜难以进入工业应用。为解决这些问题,研究者提出制备由致密膜层和多孔金属支撑体组成的具有复合结构的担载型透氧膜,但由于多孔金属支撑体与膜材料无法共烧结,采用传统方法则很难制备金属担载型膜。新发展的超低压等离子物理气相沉积技术（PS-PVD）为制备担载型膜提供了有效手段,但由于PS-PVD制备时需要较高真空度,导致其制备成本大幅增加,因此本文拟采用更为廉价的超音速等离子喷涂技术（SAPS）来进行膜层制备。本论文选取了一种具有典型钙钛矿结构的La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ材料作为研究对象,并利用SAPS和PS-PVD技术制备了相关具有致密结构的膜层,之后比较了两膜在微观结构、组织成分、高温稳定性、透氧性能和氧离子电子传导性能等方面的差异,进而考察了SAPS制备透氧膜的可行性。两膜层结构成分对比结果表明,SAPS制备膜内部存在较多纳米晶粒,而PS-PVD膜则多为大尺寸晶粒,选区电子衍射花样结果显示SAPS膜晶格常数约为0.265nm,PS-PVD膜约为0.245nm,表明SAPS膜关口尺寸高于PS-PVD膜,使膜层中氧离子更易于在晶格中跳跃。两膜高温稳定性对比结果反映,PS-PVD膜经历热过程后会形成许多纵向贯穿性裂纹,而SAPS膜内部存在的大量纵向纳米裂纹避免了贯穿性裂纹的形成,使SAPS膜层在850℃下,加热25h后仍保持较为致密的结构。SAPS膜中纳米晶粒在热过程中会优先长大,延缓其在高温空气气氛和低氧分压气氛下相分解,使其在上述气氛下的化学稳定性要优于PS-PVD膜。两膜在还原性、CO2和水蒸气等反应气氛下稳定性均一般。但相比而言,PS-PVD膜由于较小的晶格常数和制备过程中所形成CoO相,使其对上述反应气氛的耐受能力稍强于SAPS膜。本工作首次制备出一种高强度、大尺寸的多孔金属支撑型管式透氧膜,并研制出一种可进行冷端密封的管式膜透氧反应器用于进行SAPS和PS-PVD膜层透氧测试。测试结果反映,两膜层均具备透氧功能,其中SAPS膜可将吹扫空气中氧气/氮气体积比由1/4.6提高至1/2.3,其透氧通量（JO2）最高为0.34×10-4ml/cm2·min;而PS-PVD膜则能提高至1.2/1,最高透氧通量则为6.1×10-4ml/cm2·min。进一步研究表明多孔金属的氧化导致膜层的透氧通量显著偏低。为反映两膜的透氧能力,本文利用氧程序升温脱附（O2-TPD）技术和四电极法测电导率等方法,对比了两膜层中氧离子和电子传导性能。结果表明,常温下SAPS膜电导率为0.21（Ω·cm）-1,PS-PVD膜电导率远低于SAPS膜,最高仅为6.0×10-3（Ω·cm）-1;而SAPS膜的物理吸附氧脱附量、化学吸附氧脱附量和晶格氧脱附量分别超过PS-PVD膜的2倍、3倍和6倍,显示SAPS膜对氧具有更好的吸附及解离能力、更多的本征氧空位及更高的晶格氧迁移能力。上述两点证明SAPS膜透氧能力要优于PS-PVD膜。进一步研究表明,PV-PVD膜中带状分布的CoO相阻碍了氧离子和电子的迁移,是导致其氧离子电子传导性能不佳的最主要原因。