氧化鉿（HfO?）憑借其獨特的性能，成為備受矚目的熱防護陶瓷涂層材料。它具有高熔點（約2900℃）和高沸點（約5400℃），同時強度高、耐磨性好以及抗腐蝕性能優良 。在大氣壓下，氧化鉿存在三個熱力學穩定的結晶相：單斜晶相（25-1650℃）、四方晶相（1650-2600℃）和立方晶相（≥2600℃）。與傳統氧化鋯材料相比，氧化鉿的相變溫度更高，其中立方相氧化鉿能存在于更高的溫度下。通過用稀土氧化物作為穩定劑摻雜改性氧化鉿，可有效抑制氧化鉿陶瓷在使用過程中因晶型轉變造成的體積變化。將共沉淀法與水熱法相結合，引入低濃度的稀土氧化物，可實現穩定立方相氧化鉿的合成，避免陶瓷在高溫下產生不可逆相變。
納米氧化鉿在熱障涂層中的應用方式
作為主要涂層材料
在熱障涂層的頂層熱障層中，鉿通常以被氧化釔（或其他稀土氧化物）完全或部分穩定的HfO?形式存在 。一些研究致力于直接使用氧化鉿基材料作為熱障涂層的主體。例如，Yttria stabilized hafnia（YSH）涂層的研究備受關注。通過磁控濺射等方法將 YSH 涂層沉積在各種基體上，研究發現，隨著涂層成分和生長溫度的變化，其晶體結構、表面形態、熱穩定性、熱導率和機械性能也會發生改變。XRD 分析表明，所有涂層中均穩定存在氧化鉿立方相 。掃描電鏡（SEM）顯示涂層呈現柱狀生長且結構致密。高溫XRD結合SEM進行的熱穩定性評估表明，這些涂層在1300℃下仍能保持穩定。通過光聲技術和時域熱反射（TDTR）方法進行的熱測量表明，與純氧化鉿和氧化釔穩定氧化鋯（YSZ）相比，YSH 涂層的熱導率有效降低。利用XRD研究機械性能發現，涂層內部存在非常高的壓縮殘余應力。使用實驗室規模的燃燒器裝置進行的耐久性測試證明，該涂層在實際熱氣體環境中的穩定性增強。
作為摻雜添加劑
另一種應用方式是將二氧化鉿作為添加劑添加到傳統的部分或完全穩定的 ZrO?涂層中 。通過摻雜多種穩定劑對ZrO?和HfO?進行改性被證明是一種很有前景的方法。具體來說，摻雜一種比Y3?大的三價離子和另一種比Y3?小的三價離子的混合物，能夠保持t′相的亞穩結構。這種摻雜方式有助于改善涂層的性能，提高其在高溫環境下的穩定性和可靠性。
應用案例
