热障涂层以其较低的热导率，良好的抗热冲击、热腐蚀性能被广泛应用在燃气轮机高温工作部件的热防护上面。由于热障涂层的主要组成材料（氧化钇部分稳定氧化锆，8YSZ）在可见光、近红外以及中红外较宽的谱段区域内呈现出半透明性，因而关于热障涂层辐射特性的研究引起了广泛关注。特别是随着温度的升高，辐射热流及其在总体热流中的比重会明显增加，因此，开展热障涂层辐射特性的研究对于未来热障涂层设计以及实际工程应用具有重要理论指导意义。　　本文针对热障涂层的辐射特性系统地开展了实验和理论研究。实验研究方面，作者和合作单位制备了目前两类典型应用的热障涂层，即大气等离子喷涂（APS）和电子束物理气相沉积（EB-PVD）热障涂层，并且在不同的特征尺度下，采用扫描电镜（SEM）对这两类热障涂层的微结构进行了详细表征，获取了不同微观尺度下的特征形貌，并且对这些特定的微结构形貌进行了定量参数化分析。为了能深入系统的研究热障涂层辐射特性，本文搭建了热障涂层辐射特性的实验测试平台，采用紫外分光计、傅里叶红外光谱仪以及相应积分球附件等设备在一个较宽光谱区域（0.25～16μm）测量了热障涂层的漫反射率、透射率以及吸收率，实验测量将热障涂层的光谱从红外区域扩展到紫外、可见光以及近红外区域。并且详细研究了热障涂层不同微纳结构对光谱特性的影响，实验测量发现，热障涂层的微纳结构特别是其内部孔隙特征（孔隙的大小，形状和分布）及晶格边界排布方式显著影响着热障涂层的光谱特性。　　理论研究方面，基于热障涂层辐射特性的实验测量结果，本文首先采用辐射模型对热障涂层关键的辐射特性参数（散射系数?s?、吸收系数??）进行了系统研究。基于精确的确定结果，本文改进了耦合导热和辐射传热的多谱带双流模型计算了不同微纳结构涂层内部的辐射热流及其温度分布，并且评估了辐射热流在总体传热中的比重。研究表明，APS热障涂层微结构对其辐射特性影响主要体现在散射方面，由水平裂纹及不同形貌孔隙所导致的各向异性散射效应影响着涂层内部辐射热流的传输。为了揭示APS热障涂层微纳结构对其辐射特性影响的微观机理，本文结合涂层微结构的SEM扫描图，采用电磁波理论构建了椭球气孔散射模型，该模型定量阐释了气孔形貌及位置变化等因素对热辐射传输的影响，模型研究表明，与同体积的球形气孔相比，涂层中出现的水平裂纹会增强对入射辐射的散射效果，降低辐射热流传输的通流截面，通过合理优化APS热障涂层内部的孔隙特征可以降低辐射热流，从而增强其隔热性能。基于模型研究结果，本文设计制备了梯度孔隙率热障涂层，并且对其辐射特性进行了系统研究，实验验证表明，采用梯度孔隙率微结构优化方式可以提高涂层的反射率，降低其透过率及吸收率，理论分析指出，与传统微结构的APS热障涂层相比，采用梯度孔隙率热障涂层可以提高短波段的散射系数，从而降低其内部的辐射热流，验证了热障涂层微结构优化在工程应用中的可行性。为了能全面研究热障涂层微纳结构对辐射特性的影响，本文还对柱状微结构的EB-PVD热障涂层辐射特性进行了实验和理论研究，并且详细阐述了柱状微结构对散射系数及吸收系数的影响，为了能揭示EB-PVD热障涂层内部辐射传输的微观机理，本文采用时域有限差分的方法对其辐射特性进行了数值模拟研究，研究表明，EB-PVD热障涂层辐射特性主要与其狭长的柱间孔隙、柱状晶两侧的羽状微结构以及晶体内部纳米级（20～30 nm）的闭孔球形孔隙有着紧密关联，增加羽状结构中带状条纹倾角以及柱内闭孔孔隙率会增强涂层的散射效应，进而降低涂层中的辐射热流。　　综合研究表明，热障涂层的微纳结构特别是晶格边界的排布方式以及孔隙特征对其辐射特性有着较大影响，通过合理优化热障涂层微结构，强化热障涂层中的容积散射效应，会提高热障涂层的散射系数，进而减小涂层中辐射传输的通流截面积，降低涂层中的总体热流以及合金基底的温度，从而实现对工作部件有效的热防护。