本文采用等离子体喷涂工艺制备Gd2Zr2O7复合3mol%Y2O3部分稳定的ZrO2(GZ-3YSZ)热障涂层，表征了复合涂层的力学性能、热物理性能、相组成及微结构。通过热震试验测试了复合涂层的抗热震性能，初步分析了涂层的失效机制，并利用有限元方法模拟了涂层的失效模式。采用GZ-3YSZ作为表面陶瓷层和4.5YSZ作为底层陶瓷层，组合成双陶瓷层(DCL)热障涂层，提高了涂层抗热震性能。研制了用以考核TBC材料性能的高温强热流密度循环热考核设备。获得以下主要结果：　　 1．采用高温固相法合成了烧绿石结构GZ粉体，并利用喷雾造粒技术制备了球形度高、流动性好的GZ-3YSZ复合粉体，采用等离子体喷涂工艺在合适的工艺参数下制备了GZ-3YSZ复合涂层，其晶相由烧绿石结构GZ和四方相ZrO2构成。GZ-3YSZ涂层的断裂韧性较GZ涂层提高60%左右，涂层硬度和抗折强度较GZ涂层分别提高～5%和～14%，600℃以上时GZ-3YSZ涂层的热膨胀系数和热导率与GZ涂层接近。　　 2．GZ-3YSZ涂层的热震循环寿命较GZ涂层提高，这与GZ-3YSZ涂层断裂韧性较高相关。但寿命提高幅度较小，可能是由于GZ-3YSZ涂层的断裂韧性仍较低。GZ和GZ-3YSZ涂层失效的主要原因是陶瓷层与基体/粘结层之间热膨胀失配及陶瓷层材料较低的韧性。　　 3．有限元模拟计算结果得出，无热生长氧化物(TGO)生成或TGO厚度较薄(≤1μm)时，陶瓷层(TC)在粘结层-陶瓷层(BC-TC)界面的波峰和波峰两侧区域产生的张应力诱发微裂纹产生，在波谷区域产生的压应力抑制微裂纹扩展。随着TGO增厚，BC-TC界面波谷处压应力逐渐向张应力过渡，且波峰两侧区域张应力范围逐渐扩大，成为波谷区域内微裂纹萌生和扩展的驱动力。微裂纹不断扩展、联接，最终导致涂层剥落失效。模拟计算结果还表明，粘结层氧化也是GZ-3YSZ涂层失效的原因之一。有限元模拟计算结果与GZ-3YSZ涂层的实际热震失效方式相符。　　 4．GZ-3YSZ/4.5YSZ DCL涂层具有较长的热震循环寿命，分别达到GZ、GZ-3YSZ涂层的3.1倍、2.3倍，这是由于4.5YSZ底层具有较高热膨胀系数和断裂韧性所致，增强了DCL涂层体系的应变容限，进而提高了涂层体系的抗热震性能。GZ-3YSZ/4.5YSZ DCL涂层热震失效的主要原因为：GZ-3YSZ面层陶瓷层与粘结层/基体之间的热膨胀失配；GZ-3YSZ面层陶瓷层的韧性较低。　　 5．设计并研制了多工位、大束斑高温强热流密度循环热考核设备，为TBC材料的试验研究和性能考核提供了有效手段。