热障涂层(Thermal Barrier Coatings, TBCs)是由陶瓷氧化物面层和起粘结作用的底涂层组成的防热系统。它利用陶瓷材料优异的耐高温、耐冲刷、抗腐蚀和低导热性能,提高金属部件的许用工作温度,增强热端部件的抗高温能力,延长热端部件的使用寿命,提高发动机的工作效率。由于热障涂层带来的隔热效果直接影响发动机的性能和可靠性,因此准确测定TBCs的隔热效果对于发动机设计和探索降低TBCs热导率的途径都非常关键,已经成为热障涂层最重要的性能要求之一。鉴于传统的在发动机装机后实际运行时测试热障涂层隔热效果这一方法存在诸多弊病,如测试周期长、耗资巨大、方法复杂、风险大等,因此,建立一种在装机前进行发动机关键部件热障涂层隔热效果的表征与测定方法已非常必要和迫切。目前广泛使用的热障涂层材料是氧化钇部分稳定的氧化锆(YSZ),该材料的使用温度不能超过1200℃,并且采用电子束物理气相沉积(EB-PVD)时热导率偏高,不能满足未来高性能航空发动机的要求。因此,研究新结构或新材料热障涂层已成为未来高性能航空发动机研制的关键问题。采用激光脉冲法测定涂层热物理性能,结合涂层厚度、冷气流量、使用环境温度等对YSZ热障涂层的隔热效果进行表征和评定,并与隔热温差实测结果进行对比研究;同时研究温度、热历史、尺寸效应和激光穿透性问题对热障涂层热扩散系数等热物理性能的影响,探索解决激光脉冲法中存在的激光穿透性问题的途径。结果表明,采用热物理性能法得到的隔热效果计算结果与实测结果吻合较好,能够满足隔热效果工程评定要求。随测试温度升高,EB-PVD热障涂层的宏观热扩散系数先减小再增大,但在整个测试温度范围内,其幅度不大。热处理使EB-PVD热障涂层中产生了垂直于基体表面的微裂纹,导致涂层热扩散系数高于沉积态。喷Au加胶态石墨复合遮挡处理有效地解决了激光脉冲法测试涂层热扩散系数时的激光穿透性问题。分析了微结构、材料性能对热障涂层隔热性能的影响,采用非连续EB-PVD工艺在DZ125定向凝固高温合金基体上制备了微叠层型YSZ热障涂层,并对其隔热性能和抗氧化剥落性能进行了研究。微叠层涂层的热扩散系数比常规涂层低20%～30%,并且层/厚比适当的微叠层涂层的循环氧化剥落次数与常规涂层相当。实现了既改善涂层隔热性能,又不影响涂层寿命的目的。合成了低热导率材料La2Zr2O7,用EB-PVD技术制备了热障涂层,并对其热物理性能和抗氧化性能进行了研究。涂层的热导率为0.796W/(m·K)～0.985W/(m·K),远低于常规YSZ EB-PVD涂层,涂层的氧化增重率低于常规涂层,并具有优异的抗烧结能力,但热循环氧化寿命有待提高。