氧化铪（HfO₂）凭借其独特的性能，成为备受瞩目的热防护陶瓷涂层材料。它具有高熔点（约2900℃）和高沸点（约5400℃），同时强度高、耐磨性好以及抗腐蚀性能优良 。在大气压下，氧化铪存在三个热力学稳定的结晶相：单斜晶相（25-1650℃）、四方晶相（1650-2600℃）和立方晶相（≥2600℃）。与传统氧化锆材料相比，氧化铪的相变温度更高，其中立方相氧化铪能存在于更高的温度下。通过用稀土氧化物作为稳定剂掺杂改性氧化铪，可有效抑制氧化铪陶瓷在使用过程中因晶型转变造成的体积变化。将共沉淀法与水热法相结合，引入低浓度的稀土氧化物，可实现稳定立方相氧化铪的合成，避免陶瓷在高温下产生不可逆相变。
纳米氧化铪在热障涂层中的应用方式
作为主要涂层材料
在热障涂层的顶层热障层中，铪通常以被氧化钇（或其他稀土氧化物）完全或部分稳定的HfO₂形式存在 。一些研究致力于直接使用氧化铪基材料作为热障涂层的主体。例如，Yttria stabilized hafnia（YSH）涂层的研究备受关注。通过磁控溅射等方法将 YSH 涂层沉积在各种基体上，研究发现，随着涂层成分和生长温度的变化，其晶体结构、表面形态、热稳定性、热导率和机械性能也会发生改变。XRD 分析表明，所有涂层中均稳定存在氧化铪立方相 。扫描电镜（SEM）显示涂层呈现柱状生长且结构致密。高温XRD结合SEM进行的热稳定性评估表明，这些涂层在1300℃下仍能保持稳定。通过光声技术和时域热反射（TDTR）方法进行的热测量表明，与纯氧化铪和氧化钇稳定氧化锆（YSZ）相比，YSH 涂层的热导率有效降低。利用XRD研究机械性能发现，涂层内部存在非常高的压缩残余应力。使用实验室规模的燃烧器装置进行的耐久性测试证明，该涂层在实际热气体环境中的稳定性增强。
作为掺杂添加剂
另一种应用方式是将二氧化铪作为添加剂添加到传统的部分或完全稳定的 ZrO₂涂层中 。通过掺杂多种稳定剂对ZrO₂和HfO₂进行改性被证明是一种很有前景的方法。具体来说，掺杂一种比Y³⁺大的三价离子和另一种比Y³⁺小的三价离子的混合物，能够保持t′相的亚稳结构。这种掺杂方式有助于改善涂层的性能，提高其在高温环境下的稳定性和可靠性。
应用案例
