本文利用阴极等离子体电解沉积（Cathodic Plasma Electrolytic Deposition, CPED）技术分别在ZrO₂溶胶、ZrO₂纳米颗粒及溶胶协同纳米颗粒诱导阴极放电的基础上于Al-Si合金表面制备纳米ZrO₂-Y₂O₃陶瓷层。研究ZrO₂溶胶、纳米颗粒及协同作用下对CPED陶瓷层组织形貌、生长速率和隔热性能、热冲击性能的影响,探究组织及性能演变规律,并探讨其参与CPED过程的成膜机理。通过扫描电子显微镜（SEM）和X射线衍射仪（XRD）分别对陶瓷层的形貌特征及物相组成进行表征；利用透射电子显微镜（TEM）进行陶瓷层组织的晶体结构分析,及物相主要生长晶面测定；并采用涡流测厚仪、自制隔热测试装置及热冲击设备分别测量陶瓷层的厚度、隔热性能和抗热冲击性能。与传统电解液相比,ZrO₂溶胶或ZrO₂纳米颗粒的加入促进了阴极等离子体微弧放电,使陶瓷层表面放电通道数量增多,进而提高陶瓷层的生长速率,并且ZrO₂溶胶体系陶瓷层生长速率明显高于ZrO₂纳米颗粒体系陶瓷层。ZrO₂溶胶粒子主要依靠在陶瓷层表面形成凝胶层诱发微弧放电的方式参与成膜,而ZrO₂纳米颗粒则是在微弧放电时流入放电通道内参与成膜过程。两种体系陶瓷层主要物相为α-Al2O3、SiO₂、t-ZrO₂及高温相δ-Zr3Y4O12。其中,在ZrO₂溶胶体系中,随ZrO₂溶胶浓度的增大,XRD衍射峰显示SiO₂和高温相Zr3Y4O12的晶化程度逐渐减弱；而ZrO₂纳米颗粒体系陶瓷层的XRD衍射图谱则表现为Zr3Y4O12衍射峰随ZrO₂纳米颗粒浓度的增加而增强。可见,两种体系的微区反应温度均是随ZrO₂溶胶/纳米颗粒浓度的增大而升高。TEM分析结果表明,1.2g/L ZrO₂溶胶体系陶瓷层形成了5nm～25nm的纳米晶粒,经XRD计算平均粒径为20.7nm,选区电子衍射花样显示陶瓷层结晶度较高,存在极少量非晶成分；而3g/L ZrO₂溶胶体系陶瓷层则结晶度不高,具有定非晶相含量。ZrO₂纳米颗粒体系陶瓷层可看到平均粒径为24.3nm的纳米晶粒,选区电子衍射花样显示陶瓷层结晶度较高,存在少量非晶相。ZrO₂溶胶协同纳米颗粒诱导CPED研究结果显示：当ZrO₂纳米颗粒的浓度高于ZrO₂溶胶浓度时,陶瓷层厚度较单一ZrO₂溶胶或ZrO₂纳米颗粒诱导的CPED陶瓷层厚。该体系涂层的主要物相除了包含以上两种体系陶瓷层所含物相外,还生成了另一种高温稳定固溶体相δ—Y6ZrO11,为涂层提供了更多的氧空位,说明二者协同作用使得CPED微区反应温度得到进一步提高。同时,TEM结果显示：ZrO₂溶胶协同纳米颗粒体系陶瓷层由平均粒径是22.2nm的纳米晶粒组成,选区电子衍射环显示陶瓷层结晶度很好。二者协同作用使得CPED陶瓷层的生长速率又高于ZrO₂溶胶体系陶瓷层,并且缓慢生长阶段有所提前,说明二者协同作用对于成膜速率也具有一定帮助。各体系陶瓷层均具有较好的隔热效果,相同浓度条件下,ZrO₂溶胶协同纳米颗粒体系陶瓷层隔热效果最好,其次是ZrO₂纳米颗粒体系陶瓷层。500次、800次和1000次热冲击性能测试表明陶瓷层结合性能良好,只是随热冲击测试的次数增加陶瓷表面微裂纹稍有增加,但总体而言,陶瓷层具备较好的热冲击性能。