镁橄榄石（Mg₂SiO₄）具有高温相稳定、较低的烧结速率和热导率、良好的机械性能等优点,是一种有潜力的热障涂层（Thermal Barrier Coatings）新材料。本论文以Mg₂SiO₄为研究对象,通过XRD、TG-DSC、EDS等表征方法系统研究了其作为TBC材料的各项性能,通过APS技术制备了Mg₂SiO₄-TBCs,研究了涂层的热循环性能、失效机制等。采用高温固相反应法在1873 K下合成Mg₂SiO₄。Mg₂SiO₄具有良好的高温相稳定性、低导热系数（1.8 W/m·K,1273 K）和较高的热膨胀系数(8.6×10^-6K^-111.3×10^-6 K^-1,473 K¹623 K)。此外,还拥有良好的力学性能:Mg₂SiO₄的硬度值和断裂韧性分别为10 GPa和2.8MPa·m^1/2。Mg₂SiO₄在高温下的抗烧结性能优于先进热障涂层材料8YSZ、La₂Zr₂O₇和SrCeO₃等。在1573 K下,对烧结后的Mg₂SiO₄和8YSZ陶瓷试样进行了水淬对比试验,结果表明,Mg₂SiO₄的热循环寿命为16次,约为8YSZ寿命的两倍。利用APS技术成功制备无成分偏析的Mg₂SiO₄-TBCs。在1273 K下,Mg₂SiO₄涂层的热循环寿命达830次,具有良好的抗热震性能。较长热循环寿命的主要原因是Mg₂SiO₄较好的断裂韧性、抗烧结性能以及高温暴露下Mg₂SiO₄涂层的特殊组织演化,而涂层失效的主要原因是重结晶、热膨胀失配以及TGO与Mg₂SiO₄化学反应层的形成和增厚。采用APS技术制备了基于Mg₂SiO₄/8YSZ的双陶瓷层（DCL）热障涂层体系的热障涂层。研究了三种TBCs在1373 K下的热循环性能,结果表明:DCL涂层的寿命是单层Mg₂SiO₄涂层寿命的43倍。顶层Mg₂SiO₄陶瓷层具有良好的烧结能力和较低的导热系数,底层YSZ陶瓷层起到很好的应力缓冲效果,能够很大程度地延长涂层的热循环寿命。涂层失效模式主要是裂纹的萌生、扩展、粘结层的异常氧化和涂层的重结晶等。研究了Mg₂SiO₄材料在700¹050°C的高温熔盐腐蚀行为,结果表明,Mg₂SiO₄与V₂O₅发生腐蚀反应生成Mg₂V₂O₇和SiO₂,且温度对腐蚀产物的类型无影响,腐蚀深度随着腐蚀温度的升高而增加。腐蚀后的形貌分析表明,腐蚀后的截面出现PRZ区和MIRZ区,腐蚀主要沿着晶界进行,形成连续疏松多孔的腐蚀层。Mg₂SiO₄材料的抗CMAS性能的研究结果表明,在1250°C下,Mg₂SiO₄与熔融的CMAS发生反应,沉淀并结晶出透辉石相CaMgSi₂O₆,形成连续致密的腐蚀层。随着腐蚀时间的增长,腐蚀层的厚度没有明显增加,原因是腐蚀反应后使CMAS的玻璃态成分由原来的“难结晶”转变为可结晶的化合物,使Al和Ca在反应层中富集,并成封闭层,阻止了多孔陶瓷本来允许熔融渗透的开放性特征,从而抑制了CMAS的进一步渗透。