热障涂层(TBCs)应用在火电厂燃气轮机和航空发动机等设备的高温部件上,起到隔绝热量保护基体的作用。传统热障涂层使用的材料为氧化钇部分稳定的氧化锆(YSZ),具有热膨胀系数高、热导率低和价格低廉等优点,但YSZ涂层在1473K(1200℃)以上的环境中会发生相变和烧结加剧,导致涂层破损失效,因此新材料的选择迫在眉睫。以锆酸镧La2Zr2O7为代表的焦绿石结构材料具有高温热稳定性良好、抗烧结、不透氧、热导率比YSZ更低等特性,由于其良好的研究前景,是新一代热障涂层的候选材料体系。但由于该材料的热膨胀系数低,与基体的差距较大,在涂层的实际应用中限制很大,需要改进其性能。多主元高熵材料的发现为材料的设计提供了新思路,由于高熵材料具有高温稳定和热导率低等特殊性能,因此,本论文针对热障涂层用高熵陶瓷材料的合成及性能进行探索研究。本研究利用高熵材料的设计原理,以焦绿石A2B2O7的结构为基础,设计新型的热障涂层材料。首先根据原子比例设计了 8种A2B2O7(A=La0.5Gd0.5,La0.5Y0.5,Y0.5Gd0.5,La,Gd;B=Zr0.25Hf0.25Ce0.25Ti0.25,Zr0.2Hf0.2Ce0.2Sn0.2Ti0.2)配方,采用固相合成法制备材料,对焦绿石结构高熵材料的形成特点进行研究。并对配方之一的 La2(Zr0.2Hfo.2Ce0.2Sn0.2Ti0.2)2O7 进行了 详细的研究。通过X射线衍射(XRD)实验分析,新材料是以焦绿石结构为主的体系,部分配方中存在少量的杂相。La2(Zr0.2Hf0.2Ce0.2Sn0.2Ti0.2)2O7的衍射峰与焦绿石结构的锆酸镧几乎完全一致,仅存在极小的晶格畸变导致的衍射峰的位置偏离,和强度很低的第二相杂峰。采用扫描电子显微镜(SEM)观察烧结成片后的材料表面形貌,由于烧结工艺的原因,观察到稀疏多孔状的显微结构。片体中无团聚,但提高温度后仍有一定量的孔隙存在。EDS能谱分析证明各阳离子元素呈均匀分布,不存在偏析现象。采用各种方法对其热物理性能进行了研究。通过差示扫描量热法(DSC)测试,新材料在1200℃仍具有稳定性,不存在相变及分解。采用laser-flash(激光闪烁法),对其热导率进行研究,其热导率为0.961 W·m-1·K-1(1000℃),低于焦绿石结构的锆酸镧和YSZ。利用热膨胀仪测出材料的热膨胀系数达到了9.67×10-6K-1,与一般的焦绿石结构锆酸镧相比,其热膨胀系数更大。从热物理性能方面来看,其具备成为热障涂层候选材料的特质。采用纳米压痕法测定力学性能,其结果为:硬度0.856GPa,弹性模量33.694GPa。结果表明,其力学性能远低于一般的致密材料。利用Ansys软件模拟涂层应用时高温的热应力情况,应力最大值产生在陶瓷层-粘结层界面处。