氧化锆基固体电解质是一类研究最多、应用最广泛的氧离子导体材料，它拥有较高的离子电导率和良好的结构稳定性。但是目前氧化锆基材料普遍存在工作温度高，使用寿命短，灵敏度差等等缺点。为提高氧化锆基固体电解质的氧离子电导性能和材料的力学性能，本文用加热醇水溶液的溶胶．凝胶法制得了具有良好分散性的纳米级氧化锆基粉体，对粉体进行表面处理研究，并用改变升温速率的无压烧结方法制得了高致密细晶ZrO<,2>-HfO<,2>-Y<,2>O<,3>-Sc<,2>O<,3>固体电解质。对四元体系的配比进行调整，确定了具有最优良离子电导率的四元ZrO<,2>基材料。 用醇-水溶液加热溶胶．凝胶法制得的分散性良好的纳米级ZrO<,2>-HfO<,2>-Y<,2>O<,3>-Sc<,2>O<,3>粉体，利用TG-DSC对干燥后粉体的热变化规律进行分析，X-Ray、SEM对最终粉体的形貌、粒径、分散状态进行测试，确定最佳制备工艺为：醇水比为5：1，溶液中金属离子浓度为0.5mol/L，表面活性剂加入量为1wt％，溶液pH=12。制得的ZrO<,2>-HfO<,2>-Y<,2>O<,3>-Sc<,2>O<,3>粉体粒径小，平均粒径为13nm，分散性好，经620℃煅烧后可以得到单一立方相固溶体。这为制备纳米晶固体电解质创造了有利的条件。 采用上述方法制得的粉体为原料，对粉体进行乙醇球磨改性处理，并在此基础上进行调整烧结工艺无压烧结，经1200℃煅烧4h后烧结体致密度可达到99％，晶粒尺寸小于100nm。对粉体进行改性处理可以降低烧结温度，提高烧结体致密度，同时降低了烧结体内晶粒尺寸。在较低温度下对试样进行长期保温并在高温时降低烧结升温速率可使试样中有机物充分挥发并充分排除烧结体中气孔，更有利于试样致密化。 对用上述无压烧结方法制备出的 ZrO<,2>-HfO<,2>-Y<,2>O<,3>-Sc<,2>O<,3>高致密细晶固体电解质进行热震实验，逐渐升高热震温度，材料断裂韧性呈先升缓慢增长后降低趋势，室温下断裂韧性为2.09MPam<1/2>，这高于传统微米材料的断裂韧性。400℃热震处理后达到最高值为2.3MPam<1/2>。热震会使材料中产生大量的微裂纹，热震温差加大，微裂纹数量增多，产生微裂纹增韧效果，随着热震温差的继续增大，裂纹产生失稳扩展，断裂韧性下降。 对不同配比的ZrO<,2>-HfO<,2>-Y<,2>O<,3>-Sc<,2>O<,3>高致密细晶固体电解质进行交流阻抗谱测试，分别研究了该体系电导率随HfO<,2>、Y<,2>O<,3>/Sc<,2>O<,3>的变化规律。得出ZrO<,2>-10HfO<,2>-2Y<,2>O<,3>-6Sc<,2>O<,3>复合电解质具有最高的离子电导率与最低的电导活化能，这是由自由氧空位通道大小和掺杂的金属离子与氧空位之间的缔合两种因素所决定。阻抗谱分析发现，试样的总电导率取决于晶界电导而不是晶粒电导，电导率随温度升高迅速增大，在350～650℃内，电解质材料晶粒电导率．温度关系呈现出明显的非线性行为，而晶界电导率．温度呈现了良好的线性关系。