热障涂层在诸如航空发动机和地面燃气轮机等许多涉及高热通或者高温的环境中显示出了非常广阔的应用前景。从根本上说,热障涂层的寿命由陶瓷层/金属粘结层界面的温度决定。因此,精确测量发动机操作环境下陶瓷层/金属粘结层界面的温度对预测热障涂层寿命、研究涂层失效机理以及设计理想的冷却系统至关重要。热像荧光温度测量技术已经被证明即使在恶劣环境下也能够非常有效地进行无接触、原位温度测量。热像荧光物质主要由镧系稀土元素掺杂陶瓷主材料组成,其中稀土元素为荧光中心。当这种技术应用于热障涂层中,且热像荧光物质为稀土元素改性热障涂层陶瓷层的成分时,荧光层可以被称为“传感层”,而热障涂层也可以被称为“传感热障涂层”。在脉冲光源的激发下,荧光物质的荧光信号显示出指数衰减的特征,并且衰减寿命随着温度的增加而缩短。通过测量衰减寿命,便可以获得荧光物质所在位置的温度信息。本文的目标是制备等离子喷涂传感热障涂层,并建立荧光测温系统,从而实现热障涂层陶瓷层/粘结层界面处温度的非接触测量。由于Eu与其它稀土元素相比具有更优异的温度性能,因此本文的主要研究对象为Eu掺杂氧化钇稳定氧化锆（YSZ）荧光层,荧光层位于未掺杂YSZ首层的底部。为了能够排除YSZ首层荧光信号对荧光层荧光信号的影响,本文首先研究了等离子喷涂未掺杂的YSZ首层的荧光性能,然后再进行以下三个方面的研究:i)研究YSZ:Eu荧光层的荧光性能,包括荧光光谱、温度相关的荧光强度和荧光寿命,并将其与Dy掺杂的YSZ荧光层的荧光性能进行比较。与此同时,采用荧光信号与背景热辐射信号的比值（信背比）作为度量评价这两种荧光物质在等离子喷涂传感热障涂层内部的荧光测温性能。其中传感热障涂层的YSZ首层具有不同的厚度。由此又探讨了YSZ首层厚度对荧光测温性能的影响。结果显示温度测量上限主要受信背比的控制。YSZ首层的光衰减因子随着厚度的增加而显著增加。有趣的是,YSZ首层的光衰减因子随着温度的增加而逐渐减小,这有利于传感热障涂层内部温度的高温测量。ii)由于Eu³⁺的荧光过程对主材料YSZ的晶体结构敏感,并且YSZ在高温长时间热处理后往往伴随有相变的发生。因此,本文系统地研究了不同晶体结构对YSZ:Eu荧光性能（荧光光谱和温度相关的荧光寿命）的影响,其中被研究的四种不同YSZ:Eu荧光物质分别具有单斜、四方、立方和δ晶体结构。结果发现,四种不同晶体结构的YSZ:Eu荧光物质的荧光光谱显示出了明显不同特征（峰的数量、峰的强度比及峰的位置）,这种不同反映了Eu³⁺的位置对称性。从光谱的特征可以得到,这四种荧光物质的Eu³⁺位置对称性按照如下的顺序逐渐增加:单斜相的0YSZ:Eu、δ相的Zr₃Y₄O₁₂:Eu、四方相的8YSZ:Eu和立方相的12YSZ:Eu。与此同时,荧光寿命也表现出了Eu³⁺的位置对称性的相关性:随着Eu³⁺位置对称性的增加,低温下（即温度低于热淬灭温度时）的荧光寿命和热淬灭温度都随之增加。iii)在燃气轮机、内燃机、发动机或者生成器等许多应用的服役过程中,热像荧光物质非常有可能处于一种氧气浓度变化的环境。要实现可靠的温度测量,荧光性能必须不受这一变化的影响。假若不能,这些荧光物质就无法用于温度测量,但却因此能够用于氧气浓度或者表面压力的测量。因此,本文最后研究了周围氧气浓度对YSZ:Eu荧光性能（荧光光谱、温度相关的荧光寿命和荧光强度）的影响。同样地,单斜、四方、立方和δ这四种不同晶体结构的YSZ:Eu荧光物质也被用于此项研究中。结果发现,这四种荧光物质的荧光寿命和荧光强度对氧气浓度敏感,而参考荧光物质Y₂SiO₅:Eu不受氧气浓度的影响。随着氧气浓度的增加,荧光寿命减短、强度减弱,显示出“氧气淬灭”的现象。Eu基荧光物质的“氧气淬灭”现象主要是由于主晶格中氧空位的存在。另外,这四种YSZ:Eu荧光物质的氧气浓度敏感性随着Eu³⁺位置对称性的增加而减小,与预存的氧空位浓度关系不大。这些发现可以为将来应用于高温环境的氧气浓度/压力传感器的荧光物质选择和传感器设计提供非常有意义的指导。