高超音速飞行器、航空发动机和重型燃气轮机等是关乎我国国防安全的重大核心装备,其工作温度越高,对热障涂层材料的性能要求也越高。传统的氧化钇稳定氧化锆陶瓷层材料在温度大于1200℃容易发生相变,产生5～7%的体积差,加速涂层失效。另外一方面,传统的MCr Al Y粘结层使用温度不超过1100℃,目前尚无服役温度能满足1200～1300℃粘结层材料,寻找具有良好相稳定性和优异综合性能的新型热障涂层势在必行。钽酸钇（YTaO4）具有较低的热导和优异的断裂韧性,且铂铱（Pt-Ir）合金具有良好的抗氧化和耐高温腐蚀能力。因此,本文选取热障涂层体系用YTaO4/Pt-Ir材料,采用第一性原理计算结合先进实验表征方法,研究其力学、热学、表界面及热物理匹配性能等,为筛选陶瓷层和粘结层材料提供部分实验指导,为设计新型热障涂层体系奠定基础。本研究的主要内容与结果如下:（1）采用第一性原理计算结合实验研究了YTaO4相变过程中三种相的力学及热学性质,结果表明,M和M′相YTaO4的杨氏模量计算值分别为176和194GPa,M和M′相YTaO4的硬度分别为7.1和7.8 GPa。探究了YTaO4相转变前后的体积变化、热膨胀系数、杨氏模量及硬度,结果表明相转变前后几乎无体积差,且M和M′相YTaO4的热膨胀系数与实验值基本一致。在1800 K时,高温T相YTaO4的热膨胀系数和硬度分别为11.8×10-6 K-1和2.32 GPa。采用半经验模型预测了YTaO4的断裂韧性,其值在1.25～1.65 MPa·m1/2范围内,并且从M和M′相YTaO4扫描图中观察到铁弹畴,从而使YTaO4具有较高断裂韧性,有利服役于高温苛刻的环境。（2）采用第一性原理结合特殊准随机近似、虚拟晶胞近似和有序建模法构建了Pt-Ir二元固溶体合金模型。通过径向分布函数验证了无序Pt-Ir合金结构的合理性,利用Born-Huang标准和声子谱判断了Pt-Ir合金力学和动力学稳定性。Pt-Ir合金混合吉布斯自由能在1200 K以上都为负值,与相图显示的Pt-Ir二元合金在高温下为无限固溶体相符合。Pt-Ir合金热物理性质计算和实验结果表明,在900℃时,Pt0.75Ir0.25的热膨胀系数计算和实验值分别为10.92×10-6和11.38×10-6 K-1,误差小于4.21%。在1430℃时,Pt0.75Ir0.25的热膨胀系数计算值为11.49×10-6 K-1,且M和T相YTaO4的热膨胀系数计算值分别为11.13×10-6和12.03×10-6 K-1,Pt0.75Ir0.25与M和T相YTaO4的热膨胀系数差值分别为3.13和4.48%,说明YTaO4/Pt0.75Ir0.25具有相匹配的热膨胀系数。（3）YTaO4及Pt-Ir合金表面的第一性原理计算结果表明,M相YTaO4（010）表面能最低,为3.401 J/m2。YTaO4（010）表面吸附H2O的不等价位点中,O-O原子桥位具有最低的吸附能,为0.178 e V/atom;其功函数具有最大值,为6.858 e V。Pt（100）具有最低的表面能,在（100）面吸附O原子的不等价位点中,桥位具有最低吸附能,掺Ir原子之后能降低吸附能提升表面抗氧化性。Pt0.75Ir0.25（100）表面吸附O不等价位点中,桥位（B2）具有最低的吸附能,为-6.401 e V,由表面Pt原子向O原子转移的电荷为0.44|e|。具有不同构型YTaO4（010）/Pt0.75Ir0.25（100）界面模型的最大错配度为4.414%,小于错配度上限值5%。所有模型中最低的界面结合能为-17.552 e V,表明该界面最稳定。Pt0.75Ir0.25（100）表面覆盖H2O的氧化动力学结果显示当温度升至1500 K时,其结构相对于原始结构变化微小,说明其抗水蒸气腐蚀能力较好。（4）采用大气等离子喷涂制备了YTaO4/Pt-Ir热障涂层,涂层厚度约230μm,涂层和基体的硬度分别为6.51和2.60 GPa,表明YTaO4涂层有效提高了Pt-Ir合金的表面硬度。YTaO4涂层在1200℃热冲蚀循环108次的XRD结果表明涂层主要是由M相YTaO4构成,且含有少量T相YTaO4。YTaO4涂层表面无明显变化,涂层未脱落,且界面无明显分离状态,结合较紧密,这与第一性原理界面计算结果相符合。涂层质量变化率仅为0.93%,界面附近无热生长氧化物,说明该热障涂层具有良好的结合力和优异的抗热冲蚀能力。