发动机热端部件的温度不断提高,而大多数合金无法直接在超高温环境下服役,热障涂层（TBC）可以保护发动机高温合金部件,提高发动机效率和使用寿命。通过实验测量热障涂层的隔热能力、制备应力、服役应力非常困难。本文根据传热理论和热应力理论建立了热障涂层的有限元模型,包括陶瓷层（YTaO4或YSZ）、粘结层（Ni Co Cr Al Y）、氧化层（Al2O3）和基底层（镍基高温合金）。通过有限元、实验等方法研究了热障涂层的隔热性能、制备应力、服役应力。本文讨论了热导率、对流传热系数、孔隙率和涂层厚度对热障涂层隔热性能的影响,研究涂层厚度、制备温度对热障涂层制备应力的影响。计算服役温度高于相变温度时的YTaO4热障涂层体系的应力,研究涂层厚度、氧化层厚度、服役温度对热障涂层服役应力的影响。隔热性能计算结果表明,涂层的热导率从2.5 W·m-1·K-1降至0.3W·m-1·K-1时,涂层隔热能力从143 K增加到520 K。热导率降低,涂层的隔热能力增强。若继续降低热导率,隔热能力的增强的速率更快。热障涂层隔热能力的提高与孔隙率的增加呈线性关系,当孔隙率为30%时,隔热能力达到390 K。增加涂层厚度和提高基底冷却的对流传热系数都可以提高涂层的隔热能力,但当涂层厚度大于0.5 mm或者对流传热系数大于1900 W·m-2·K-1之后,隔热能力增加的速率更慢,因此增加涂层厚度和提高对流传热系数来提高涂层隔热能力的方法具有局限性。在更高温度下服役,YTaO4涂层比YSZ涂层的隔热能力更好,在1573 K下服役时,YSZ涂层隔热能力为205 K,而YTaO4涂层隔热能力达到392K。制备应力计算结果表明,热障涂层在制备过程中产生的残余应力受到涂层厚度、制备温度等因素影响,粘结层和基底层中产生拉应力,陶瓷层和氧化层中产生压应力。在制备冷却至室温的过程中,基底层中间发生向上弯曲。制备过程中氧化层应力最大,当陶瓷层厚度为0.1 mm时氧化层中残余应力相对较大,为1100 MPa的压应力。当制备温度为1473K时陶瓷层和氧化层的制备的残余应力最大,其最大值为-1.43×10~9 P a。服役应力计算结果表明:热障涂层服役应力的大小受到涂层厚度、服役温度等因素影响。陶瓷层和氧化层的应力为拉应力,粘接层和基底层的残余应力为压应力。随着热障涂层厚度增加,热障涂层体系中各层的应力也会随之发生变化。在热障涂层体系中,氧化层受到极大的拉应力,易发生失效。氧化层内的服役应力最大,氧化层服役应力最大值达到2100 MPa。以往的有限元模拟将材料参数设为定值,本文中将有限元与实验、第一性原理计算的数据相结合,并通过拟合外延的方式得到了材料在高温下的力学性能参数。本文研究了稀土钽酸盐涂层服役时的隔热性能、制备应力、服役应力,为钽酸盐热障涂层的工程应用提供理论支持。