热障涂层(thermal barrier coatings,TBCs)是一种喷涂在高温作业的合金部件上的高性能隔热涂层,它被广泛应用于燃气轮机,尤其是航空发动机叶片的隔热。传统热障涂层是由陶瓷顶层和合金粘结层组成的双层涂层,陶瓷顶层使其具有良好的隔热性能,粘结层则使涂层不会剥落,然而在长期高温服役中,陶瓷层和粘结层热膨胀系数(coefficient of thermal expansion,CTE)的不匹配会使传统热障涂层发生剥落等失效行为。为解决上述问题并获得更好的机械性能,人们设计出了功能梯度热障涂层(functionally graded thermal barrier coatings,FGTBCs)。另一方面,机械性能和传热机理是热障涂层研究的核心,对于传统热障涂层的机械性能,传统热障涂层内的传热机理、功能梯度热障涂层的机械性能,众多学者已做了深入透彻的研究,但功能梯度热障涂层内的传热机理却没有人研究过。为此本文通过大气等离子喷涂(air plasma spraying,APS)制备了超过50件不同的传统热障涂层和YSZ/NiCoCrAlY功能梯度热障涂层样品并对样品进行了微结构表征分析,由于功能梯度热障涂层内的微观结构(两种物质颗粒的混合、孔隙、晶粒大小、折射因子梯度等)与常规涂层有很大差异,其对热辐射及热传导特性的影响也明显区别于传统热障涂层。本文对功能梯度热障涂层内的微尺度热辐射输运和热传导特性进行深入透彻的理论和实验研究,从实验和理论建模反演两个方面研究了不同成分的功能梯度材料(functionally graded materials,FGMs)的热辐射及热传导特性,揭示了功能梯度热障涂层逐层成分和微结构对热辐射和热传导特性的影响机理。论文最终建立了功能梯度热障涂层内辐射-导热耦合的传热模型,进而预测了涂层内的温度分布,对其隔热性能进行了评估。论文的研究结果为高性能功能梯度热障涂层的热设计和研发提供了有价值的参考和指导。