热障涂层应用于航空发动机、燃气轮机等高温部件的热防护,需具备高隔热性能和良好的力学性能。大气等离子喷涂制备的热障涂层中难以避免出现孔隙,封闭的孔隙是不良的热导体,可以显著降热导率,提高隔热性能。小孔隙可以缓解热障涂层的应力,从而减小应力集中。大孔隙会在一定程度上降低其抗变形能力。因此,本文拟通过在热障涂层中引入微/纳米多尺度分布的孔隙结构（纳米、微米、数十微米）,在保证高隔热性能的同时提高其抵抗变形的协调能力。同时,根据两机实际工况,研究涂层在1000℃、1050℃、1100℃下服役不同时间后组织性能变化,阐明多尺度孔隙结构热障涂层长期高温下组织和热力学性能的演变机制。取得以下重要结果:（1）通过在8YSZ中加入5 wt.%的Yb2O3和5 wt.%、10 wt.%、15 wt.%的Gd2O3,探究复合陶瓷的热物理性能。优化确定了5 wt.%Yb2O3和10 wt.%Gd2O3加入量的复合陶瓷综合性能最佳。因此,选择其作为陶瓷粉末制备热障涂层。（2）利用Ansys workbench有限元软件,模拟微/纳米多尺度孔隙的热障涂层在不同温度下服役不同时间后热导率的演变机制以及不同载荷下的压入特性。结果表明涂层的热导率随着测试温度的升高呈现下降趋势,随着孔隙率的增加而降低,随着服役时间的延长而升高,直到服役时间为60天后性能趋于稳定。在涂层中引入不同尺度孔隙后,尽管硬度、弹性模量会下降,但是断裂韧性有所提高。（3）通过陶瓷粉末和聚丙烯造孔剂的混合,喷涂具有微/纳米多尺度孔隙结构的热障涂层。研究表明孔隙呈现微/纳米多尺度分布,并且随着服役时间的增加微小封闭孔隙逐渐消失,较大孔隙联结,当服役时间到达60天后趋于稳定,Gd2O3和Yb2O3的加入可以提高8YSZ的稳定性。（4）利用激光闪光法,研究多尺度孔隙结构热障涂层高温下长期服役后热导率的演变机制。研究发现热障涂层的热导率随着温度的升高而下降,随着聚丙烯粉末含量的增加而降低。热障涂层的热导率随着服役时间的增加而增加,直到服役时间到达60天后趋于稳定。实验测试的热导率演变机制与有限元模拟一致。Gd2O3和Yb2O3的加入可以降低热导率,并且提高热障涂层的抗烧结性。（5）利用纳米压痕方法,研究多尺度孔隙结构热障涂层高温下长期服役后力学性能的演变机制。研究发现随着造孔剂含量的增加,硬度、弹性模量呈现下降趋势,断裂韧性呈现上升趋势。随着高温服役时间的延长,硬度、弹性模量增大,断裂韧性下降。当服役时间到达60天后趋于稳定。