热障涂层具有极低的热导率和高温抗氧化、抗腐蚀和耐磨损等性能,为涡轮发动机的高温部件材料提供热绝缘,提高工作效率并延长服役寿命。典型的热障涂层主要由陶瓷层,粘结层,热生长氧化层和高温合金组成。目前,服役过程中热障涂层过早散裂导致的失效是人们关注的主要问题。对于电子束物理气相沉积制备的陶瓷涂层,研究表明：柱状晶间的孔隙为外界氧气的进入和自身氧离子扩散提供通道,陶瓷层和粘结层的热物理参数不匹配以及金属被氧化是导致热障涂层失效的主要原因。隔绝外界氧气的进入是改进涂层性能的有效手段之一,而强流脉冲电子束正是这种有效的表面改性技术。电子束处理后的陶瓷层表面变得光滑致密,能有效隔离外界氧气的进入同时降低热传导率,从而提高热障涂层的物理和化学性能。然而,电子束与陶瓷层表面相互作用是极其复杂的瞬态过程,伴随着温度场和应力场的耦合。为了寻求合理的工艺参数和理解电子束与非金属材料相互作用的物理机制,利用数值模拟进行机理的研究是很有必要的。本文通过数值模拟研究电子束轰击陶瓷层表面引起的温度场和应力场,给出了封装层厚度与能量密度和脉冲时间之间的关系,给出了实验参数选择范围进而为实验提供理论指导。本文主要是温度场的模拟,采用我们自己的模型和程序；应力场模拟采用有限元ANSYS11.0软件。主要研究结果如下：1、验证温度场模型的合理性。采用实验参数,结果显示封装层厚度和形状与实验的观测吻合较好,验证了我们采用的物理模型的合理性和可靠性。对于能量密度15 J/cm2,脉冲持续时间120μs,其熔化深度4.4μm,很好的符合了实验测量值4-5μm。2、不同能量密度和脉冲时间下,强流脉冲电子束轰击陶瓷层表面引起的熔化深度和温度场的分布。模拟结果显示表面封装层厚度达到几个μm。为了预测蒸发现象的影响和寻找最佳的工艺参数,计算了不同的脉冲时间下能量密度对结果的影响。我们的模拟结果表明：对于脉冲时间80μs,理想的能量密度是10-12 J/cm2,封装层厚度约3-4μm；脉冲时间200μs,理想的能量密度是5-13 J/cm2,封装层厚度约2-6μm。对于能量密度12 J/cm2,封装厚度随脉冲时间增加而增加,而蒸发深度没有明显变化；表明较长的脉冲时间是更深层表面改性的最佳选择。这些结果为实验工艺提供理论指导,优化工艺参数。3、有限元模拟应力场分布。我们模拟了陶瓷层表面熔化和汽化两种模式。陶瓷层表面达到熔化和蒸发时,表面温度达到最高,最大热应力分别为977 MPa和1540 MPa。