ZrO2热障涂层具有较低的导热系数，可以有效降低金属基体的表面温度，已广泛应用于航空航天涡轮发动机的热端部件。大气等离子喷涂以其经济高效等特点是目前制备ZrO2涂层的主要方法之一。受到等离子喷涂过程的影响，涂层呈极为复杂的层状结构，其中存在大量的不同形貌的气孔以及裂纹等缺陷，同时这种独特的显微结构特征又直接决定了涂层的性能表现。因此关于等离子喷涂ZrO2涂层工艺参数-显微结构-热学性能之间的关系一直是研究的热点和难点问题。本论文采用商用的氧化钇稳定的氧化锆粉末(ZrO2-7wt%Y2O3)，全面研究了大气等离子喷涂ZrO2涂层喷涂工艺参数与涂层显微结构参数之间，以及显微结构和涂层热导率之间的量化关系，以实现通过剪裁涂层显微结构来达到预期的性能和可靠性要求。获得的主要结果有：　　 1.采用Spray Watch2i热喷涂在线监测设备完成九组不同参数下飞行颗粒的温度和速度分布的测量，并建立了其与喷涂工艺参数如电流、氢气流量和氩气流量等的关系。利用水为基体在线收集飞行颗粒，通过形貌分析，统计颗粒的圆度分布结合高斯分析计算得到了颗粒熔融因子，同时建立了仅基于可直接测量的飞行颗粒参数(温度和速度)的熔融因子计算模型，从而实现了熔融因子的实验测量和计算，简化了等离子喷涂复杂的工艺参数。　　 2.选择熔融状态较好的参数制备了厚涂层试样。采用扫描电子显微镜SEM对涂层抛光断面进行了形貌分析，结合图像处理软件将涂层内气孔按其最大直径和最小直径的比进行分类量化表征，分为球形气孔率和层间气孔率以及总气孔率，并建立了这些显微结构参数与熔融因子之间的关系。分析得出当熔融因子较低时，颗粒内的未熔融部分会降低其飞行动能，影响颗粒撞击基体后的铺展，同时未熔融部分在撞击基体后会产生反弹或引起飞溅，这些都导致了涂层内大的球形气孔的形成，以及总气孔率增加。　　 3.利用数字图像处理技术与有限元网格生成相结合的方法，生成了与涂层真实显微结构相一致的有限元模型。采用稳态热分析结合傅立叶定律模拟了涂层内的热量传递并计算了涂层的热导率。对比有限元计算结果与实验测量热导率之间存在较大差异，研究表明主要原因是在图像分析处理过程中由于分辨率的限制对涂层内大量存在的微裂纹的低估，因此定义两者之间的误差为微裂纹对涂层热导率的作用系数，从而实现了对涂层内微裂纹的量化表征。　　 4.综合考虑涂层内各种气孔如球形气孔和层间气孔的体积分数、分布、形状因子等参数，以及微裂纹的作用系数，建立了基于可测量的显微结构参数的热导率计算模型，较实验测量值其计算误差小于10%。　　 5.通过熔融因子的测量以及显微结构参数的量化表征，全面建立了大气等离子喷涂ZrO2涂层喷涂过程工艺参数-显微结构-热导率之间的量化关系。