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热障涂层是一种广泛应用于发动机燃烧室和涡轮叶片等热端部件表面的隔热性功能涂层,旨在提高发动机的工作效率和寿命。在无外界机械破坏的情况下,热障涂层通常在氧化层与陶瓷层界面处或界面附近产生裂纹。随着裂纹的进一步扩展和合并,最终形成大尺度裂纹,导致整个涂层发生脱落失效。氧化层的化学组成、生长速度和微观结构极大地影响界面裂纹的萌生与扩展,从而影响热障涂层的高温服役寿命,而氧化层的物理化学性质又决定于粘结层的微观结构、成分和界面结构。因此本论文研究的主要问题为:如何通过界面调控来阻挡界面裂纹的合并与扩展;如何调控粘结层的微观结构提高氧化层的抗氧化和抗剥落性能。全文的主要内容及结论如下:通过激光粉末沉积（Laser powder deposition,LPD）方法在大气等离子喷涂（Air plasma spray,APS）热障涂层体系界面制备三维网格结构,研究了界面网格结构对热障涂层高温稳定性的影响。热循环结果表明网格涂层的脱落率（510%）明显低于传统无网格涂层的脱落率（大于40%）。网格结构能有效的阻碍界面裂纹的扩展和合并,从而提高热障涂层的高温稳定性。同时网格参数如高度和间距等影响涂层的寿命和失效行为。通过LPD方法制备出具有不同网格参数（间距和高度）的热障涂层,系统地研究网格参数对热障涂层寿命及失效行为的影响,并提出最优化的网格参数。实验结果表明网格涂层的失效行为可归纳为:（1）界面裂纹在网格顶端和网格间界面处萌生;（2）横向裂纹的扩展和网格间涂层的鼓起;（3）界面裂纹在网格底端进行偏转并形成大尺寸裂纹,导致涂层失效。网格高度决定网格顶端涂层的稳定性和界面裂纹的偏转角。网格间距决定网格间的涂层是否发生鼓起。根据实验结果和理论分析,对于典型的APS热障涂层（陶瓷层厚度约200μm,粘结层厚度为150μm）,当网格宽度为480μm时,最优化的网格高度110μm,最优化的网格间距7 mm。通过LPD方法制备结构致密、缺陷少、b相分布均匀的NiCoCrAlY粘结层,并研究粘结层结构和缺陷对氧化层生长和稳定性的影响。1150°C的等温实验结果表明,相比于APS和超音速火焰喷涂（High velocity air-fuel,HVAF）方法制备的粘结层,LPD粘结层具有更低的氧化层生长速率和更好的高温寿命。这是因为,APS和HVAF粘结层中有较多的孔洞和裂纹等缺陷,在该缺陷处易形成大量的尖晶石并诱发裂纹和氧化层脱落。而LPD粘结层结构致密缺陷少,其氧化层连续且致密,主要组成为a-Al2O3,从而表现出更优异的抗氧化和抗剥落性能。实验及理论分析表明粘结层的结构及缺陷对氧化层的生长、高温稳定及失效方式具有关键影响。通过LPD和HVAF方法制备具有不同b相尺寸和形状的NiCoCrAlY粘结层,并研究b相尺寸、形状和分布对氧化层形核、生长、应力及高温稳定性的影响。1150°C热循环实验结果表明氧化层中a-Al2O3的形核主要依赖于b相的大小和形状。b相的尺寸越小、纵长比越偏离1,越有利于致密氧化铝层的形成,同时氧化层具有更小的生长速率和残余应力。具有纳米柱状b相及致密结构的LPD粘结的高温热循环寿命几乎是HVAF粘结层寿命的两倍。