Yb3+–Ce4+掺杂调控La2Zr2O7陶瓷的力学-热物理-CMAS腐蚀协同防护性能研究

研究人员通过系统调控La2?xYbxZr2?xCexO7陶瓷中Yb3+–Ce4+掺杂浓度（x=0.00-1.00），显著提升了材料综合性能。最优组分LaYbZrCeO7展现出10.10 GPa维氏硬度、2.14 MPa·m1/2断裂韧性，热导率低至1.285 W/(m·K)（1200℃），热膨胀系数达10.554×10?6/K，CMAS腐蚀层厚度仅5.1 μm（1300℃/30min），为高温防护涂层开发提供新思路。

　　

这项突破性研究揭示了稀土元素掺杂对陶瓷材料的魔法改造。当科研团队往La₂Zr₂O₇晶格中塞入Yb³⁺和Ce⁴⁺这对黄金搭档时，材料性能开始华丽变身——随着掺杂量x从0飙升到1，维氏硬度(H_V)和断裂韧性(K_IC)像坐了火箭般蹿升，最高达到10.10 GPa和2.14 MPa·m^1/2，把未掺杂的对照组（8.20 GPa, 1.77 MPa·m^1/2）远远甩在身后。

更有趣的是热学性能的"冰火两重天"现象：在1200℃高温下，材料热导率像溜滑梯一样降到1.285 W/(m·K)，而热膨胀系数却欢快地蹦到10.554×10^?6/K。当遭遇1300℃的CMAS（钙镁铝硅酸盐）熔体腐蚀时，完全掺杂的LaYbZrCeO₇展现出"金刚不坏之身"，仅形成5.1 μm的超薄反应层，相当于给材料穿了件纳米级防弹衣。

这些性能提升源于稀土离子对晶格结构的精妙调控：Yb³⁺和Ce⁴⁺的协同掺杂既增强了原子间结合力，又通过引入晶格畸变大幅提升了声子散射。该研究为下一代航空发动机热障涂层(TBCs)的设计提供了性能爆表的候选材料。