随着高性能航空发动机的不断发展，推重比的不断提高以及各项性能的优化。伴随而来的是涡轮燃气温度的大幅度提高，使得涡轮叶片的工作环境越来越恶劣。在高温、高压和腐蚀等恶劣的工作环境的制约下，仅仅依靠采用冷却技术和改进涡轮叶片制造工艺等常规方法，已经难以保证即安全又可靠的完成工作。因此，热障涂层技术应运而生。但由于热障涂层材料与基体材料之间，热膨胀系数的不匹配，使得在涂层制备的过程中，可能会出现裂纹、气孔等缺陷。这些存在着缺陷的热障涂层将会严重影响着涡轮叶片的质量和使用寿命。本文采用有限元分析软件ABAQUS对热障涂层进行建模分析。建立热障涂层2D模型，模拟与研究热障涂层中超声波的传播特性，并结合水浸聚焦超声脉冲反射实验分析各界面的反射回波，用以观察与分析热障涂层的超声结构状态。通过数值仿真实验，研究超声波在热障涂层中的传播机理。首先，利用有限元仿真软件ABAQUS建立涡轮叶片热障涂层的模型，测量热障涂层陶瓷层、粘结层和基体的声速，并研究超声波在薄层中传播时的各种反射过程。由于陶瓷层、粘结层与基体三种材料之间的声阻抗大小差异不大，导致陶瓷层/粘结层、粘结层/基体界面的反射信号非常微弱。反射回波中包含着大量的结构特征信息，包括声速和频率等。要检测涂层的结构状态，需要将各个界面微弱的反射信号提取出来。并通过对反射信号进行数据分析和处理，提取状态特征信息。对于薄层反射引起的混叠情况，引入波包分解技术对回波混叠信号进行分解，找出涂层在回波信号中所反映出来的结构状态特征信息，并将结果与模型进行对照，确定特征信息的准确性。最后，采用等离子喷涂制备法制作涡轮叶片热障涂层试块，制作一块双层结构的涂层试块。制作涂层的材料由ZrO2和Y2O3组成，涂层厚度范围在0.1mm至0.15mm之间。采用水浸聚焦超声波脉冲反射法对涂层试块进行实验研究，完成实验检测，总结实验研究结果。