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热障涂层(Thermal barrier coatings,简称TBCs)由于具有抗腐蚀、高隔热的特性,作为一种高温防护涂层材料被广泛应用于航空发动机涡轮叶片上。然而,随着发动机推重比的提高,热端部件燃气温度不断升高,CMAS高温腐蚀失效成为制约热障涂层使用寿命的又一大关键问题。但是,CMAS高温腐蚀热障涂层失效的力学机制还很不清楚。因此,本文根据CMAS腐蚀EB-PVD热障涂层的实验现象,把CMAS腐蚀影响机制分为三部分作用:热失配、渗流、扩散-反应,分别建立各个影响机制下的理论模型,分析各应力场分布,主要研究如下:1、CMAS腐蚀热障涂层的热失配应力场分析:建立了CMAS腐蚀EB-PVD热障涂层热失配的圆筒几何模型,基于弹性力学理论与基本假设,将涂层与CMAS之间的热失配应力作为边界条件,根据涂层/CMAS界面连续性条件,计算得出了界面热失配应力,进一步计算得出了由于热失配引起的热障涂层应力场分布。结果显示,CMAS与热障涂层的热失配作用导致涂层内部很大的应力,其中,涂层径向受压,环向受拉,应力随着涂层半径的增大而减小,环向的拉应力导致热障涂层内的I型裂纹产生。2、CMAS腐蚀热障涂层的渗流应力场分析:建立了CMAS腐蚀EB-PVD热障涂层渗流过程的圆筒几何模型,基于弹性力学理论与基本假设,参考达西定律建立了CMAS在热障涂层内的渗流方程,通过平衡方程将CMAS渗透力转化为额外体积力作用,再联合其他基本力学方程,建立CMAS在热障涂层中渗流的理论模型,得出了由CMAS渗流引起的热障涂层应力场分布。结果显示CMAS渗流引起涂层应力的量级很小,只有几十帕,相对于热失配和反应的作用,CMAS渗流的影响可以忽略不计。3、CMAS腐蚀热障涂层的扩散-反应应力场分析:建立了CMAS腐蚀EB-PVD热障涂层扩散反应的平板几何模型,引进相场理论研究CMAS与热障涂层发生反应引起的涂层应力场分布,通过Cahn-Hilliard方程建立了描述CMAS浓度分布的扩散演化方程,通过弹性力学方程预测了化学反应引起的应力大小。相场方程耦合了浓度场和应力场,利用有限元分析了CMAS在涂层内的扩散-反应应力场,借助COMSOL Multiphysics软件模拟CMAS腐蚀化学场演变规律,结果显示CMAS化学反应引起的X方向的最大压应力达-500 MPa,这是导致涂层表面发生屈曲和褶皱现象的主要原因,还发现CMAS与热障涂层的化学反应引起了涂层的膨胀变形,预测了CMAS化学反应引起的涂层体应变约2.6%。