热障涂层作为一种耐高温、耐腐蚀的陶瓷防护材料,被广泛应用到航空发动机的高温部件,用来改善发动机的耐高温性能进而提高发动机的使用效率和使用寿命。剥落失效是制约热障涂层在高性能航空发动机安全应用的重要瓶颈,在极端恶劣的服役环境中,受到热、力、化等多重载荷的作用,界面氧化容易诱发热障涂层的剥落失效,界面氧化被认为是诱导热障涂层剥落失效的第一大关键因素。许多研究都集中在热障涂层体系中热生长氧化物（TGO）的生长规律上,但对TGO在外应力作用下的生长行为还没有很好的了解。热障涂层的真实服役环境受到复杂的外界应力的作用,高温氧化过程中由外部载荷引起的应力是决定最终应力状态的重要因素。本文的研究目的是从高温界面氧化出发,对外加应力对TGO生长的影响进行深入的研究。基于此,本文的创新性成果如下:1、搭建热-力-化耦合实验设备。目前已经对热障涂层界面氧化的理论研究展开了深入的研究,但是并没有建立有效的实验手段表征热障涂层的热力化耦合效应。因此,需要我们通过模拟热障涂层受到外加载荷的作用下服役环境,理解热障涂层在外加载荷的作用下的破坏机制。在已经明确目标和思路的前提下,研究热-力-化耦合实验表征方法,设计了一个热障涂层持久加载实验夹具,为理解外加应力场对TGO生长的影响提供平台基础。2、分析热障涂层在不施加外加应力作用下高温界面氧化及微观结构演变。在研究界面氧化的过程中,TGO的厚度是影响TBCs失效机制的一个关键因素。以扫描电镜（SEM）为主要研究方法,结合X射线衍射（XRD）和电子能量散射谱（EDS）等分析手段,通过分析TGO的厚度和化学成分来表征TGO的失效机制。由于粘结层的选择性氧化,首先形成由α-Al₂O₃组成的致密氧化物。当粘结层经历严重的铝损耗时,由于形成一些α-Al₂O₃以外的混合氧化物,如NiO、Cr₂O₃和NiCr（Cr,Al）₂O₄等尖晶石混合物。因此,TGO在热力学上变得不稳定,从而导致TBC的发生严重的化学失效。3、实际服役过程中外加载荷引起的应力是复杂的,为了简化研究,我们把外加载荷分为外加拉应力、外加压应力以及外加弯曲应力。高温氧化过程中由外部载荷引起的应力会使得氧化物在界面处的氧化速率发生变化,而且产生的较大的局部应力是决定最终应力状态的重要因素。通过搭建热-力-化耦合实验设备分析热障涂层在外加载荷作用下高温界面氧化及微观结构演变,发现外加应力会影响Al³⁺在粘结层的扩散速率促进,得到在热障涂层在热-力-化耦合作用下TGO的生长规律。