传统YSZ（Y₂O₃稳定的ZrO₂）热障涂层材料长期工作温度不能超过1200℃,在更高温度下将会发生相转变以及严重的烧结。为了适应燃气轮机更高的工作温度需求,研发抗高温烧结、低热导率、抗热震性能更好以及耐腐蚀性能更强的新型热障涂层材料有着重要意义。Sm₂(Zr_0.7Ce_0.3)₂O₇（SZ7C3）与Gd₂(Zr_0.7Ce_0.3)₂O₇（GZ7C3）稀土氧化物热障涂层材料因其表现出非常低的热导率以及高温抗烧结特点,是一种具有应用前景的新型TBC（Thermal Barrier Coating）材料。本文研究了APS（atmospheric plasma spraying）制备稀土氧化物SZ7C3与GZ7C3热障涂层的方法和性能,并对涂层在高温循环和CMAS（CaO-MgO-Al₂O₃-SiO₂）腐蚀环境下涂层的失效机理以及腐蚀现象进行研究,探索了稀土氧化物热障涂层在涡轮叶片上的实际应用。采用固相合成法制备了SZ7C3与GZ7C3陶瓷粉末,GZ7C3与SZ7C3相比于8YSZ具有较好的高温抗烧结性能。GZ7C3(0.41-0.57 W·m^-1·K^-1)涂层与SZ7C3(0.59-0.70 W·m^-1·K^-1)涂层均具有非常低的热导率以及热膨胀系数与8YSZ相近。1050℃热循环试验表明,GZ7C3/8YSZ涂层的热循环寿命（650次）要长于SZ7C3/8YSZ涂层（325次）以及LZ7C3/8YSZ涂层（50次）,且GZ7C3/8YSZ TBC与SZ7C3/8YSZ TBC失效模式类似于双陶瓷涂层LZ7C3/8YSZ,失效均出现在表层的RZ7C3涂层的内部,这可能是由于涂层材料低的断裂韧性以及低的热膨胀系数造成的。其中因GZ7C3具有更低的热导率以及相对较高的热膨胀系数(9.90×10^-6 K^-1),使得GZ7C3/8YSZ热循环寿命更长。研究了SZ7C3与GZ7C3陶瓷体材料的CMAS高温腐蚀行为,结果发现,SZ7C3与GZ7C3陶瓷体材料在1250℃以上与熔融CMAS能够迅速反应生成一层由针状磷灰石相和球状萤石相组成的较为致密的反应层,防止CMAS更深入的渗入腐蚀陶瓷体。且发现稀土元素离子半径越小,在高温下与CMAS反应的越迅速,抵抗CMAS进一步腐蚀的性能相对越好,因Gd³⁺离子半径相对于La³⁺和Sm³⁺较小,使得GZ7C3相比于LZ7C3与SZ7C3具有更好的抗CMAS腐蚀能力。为解决稀土氧化物热障涂层制备过程中对叶片气膜孔堵塞的难题,详细研究了气膜孔冷却气流量对TBC制备过程和性能的影响。气膜孔冷却气流量的引入为解决这一难题奠定了基础。文中先对应用最为广泛的8YSZ进行了研究,结果表明,通入一定量的背部冷却气体可以很好地改善涂层堵塞气膜孔的现象,延长涂层的热循环寿命,使得热障涂层在涡轮叶片上的使用得到了巨大的突破。为研究SZ7C3与GZ7C3新型热障涂层材料对涡轮叶片气膜孔的堵塞以及背部冷却气对涂层性能和热循环寿命的影响做了坚实的基础。