大气等离子喷涂热障涂层已广泛应用于航空发动机和地面燃气轮机,以降低合金部件的温度和提高其服役寿命。热障涂层体系可分为四层结构:陶瓷层、金属粘结层、陶瓷层与粘结层界面上形成的氧化层和高温合金基体。热障涂层失效的驱动力主要来自于因陶瓷和金属热膨胀系数不匹配产生的热应力以及界面氧化层的影响。通过改变陶瓷层的显微结构和粘结层的氧化行为及其结构,都会降低裂纹萌生及扩展的驱动力。本文通过制备具有垂直裂纹结构及采用新型陶瓷粉末制备新型结构的陶瓷层,实现了其残余应力的降低。另外,还通过改变粘结层的结构来控制其氧化行为及陶瓷层的残余应力。全文的主要研究内容及结论如下:（1）通过控制喷涂条件,热障涂层在热循环后形成大量垂直裂纹,降低了热障涂层的残余应力,从而提高其寿命。热障涂层的初始显微结构和初始拉应力状态,有助于垂直裂纹结构的形成。为更准确分析陶瓷层残余应力演变,开发了利用陶瓷层中Al₂O₃杂质的Cr³⁺荧光信号进行应力测试的方法。结果表明,陶瓷层中宏观垂直裂纹形成的主要驱动力来自于喷涂过程产生的拉应力以及热循环测试过程M-T相转变产生的拉应力。陶瓷层残余应力的实测数值与理论估算结果较为相近,也证明利用Cr³⁺荧光信号测量陶瓷层中宏观热应力确实可行。（2）选用新型孔隙结构的陶瓷粉末制备新型结构热障涂层。与传统粉末制备的热障涂层相比,其寿命提高约2-3倍。较高的应变容限（承受应变的能力）是新型热障涂层寿命改善的主要原因,可有效降低其失效驱动力。为直观和高效地探测热障涂层应变容限,开发了利用拉曼光谱探测压痕应力场的方法。通过三点弯曲测试,证明新型粉末制备的热障涂层具有较低的弹性模量。这也较好的验证,利用拉曼光谱测量压痕应力场能有效探测陶瓷层的应变容限。（3）通过设计双粘结层结构来研究氧化过程中界面失效行为,为热障涂层寿命改善机制提供理论依据。采用超音速火焰喷涂制备结构致密的内粘结层;采用超音速火焰和等离子喷涂制备结构相对疏松的外粘结层。在热循环测试过程中,两种外粘结层都出现了较为严重的内氧化现象。等离子喷涂的外粘结层中,层片状分布的内氧化物阻碍了Al元素由内粘结层向界面处的补给速率,从而导致陶瓷层与粘结层界面处及外粘结层内部都形成大量尖晶石相,最终导致热障涂层失效。超音速火焰制备的外粘结层中出现了零散分布内氧化物,但并未阻碍Al元素由内粘结层向外补给,外粘结层及界面处仅出现少量的尖晶石相。内氧化物分布不均匀导致的界面粗糙度增加是该类热障涂层失效的直接诱因。