热障涂层技术是发展高性能航空发动机的关键技术,使用热障涂层能够提高航空发动机的推重比,降低基体高温合金的表面温度,减小发动机中冷却气体用量。热障涂层的发展目标是制备具有更高使用温度,更大的隔热效果,更长的使用寿命的涂层。而热障涂层的结构对热障涂层的性能有着重要影响,通过改变热障涂层结构来提高热障涂层性能是一条非常有效的途径。本论文研究通过结构纳米化来充分挖掘YSZ热障涂层的潜能。采用纳米靶材,利用纳米材料高比表面积效应带来的易于蒸发的特性,在较低的电子束流下快速蒸发靶材,获得内能相对较低的气相原子。气相原子在相对较低的基体温度下高速沉积,同时沉积原子的扩散被抑制,用电子束物理气相沉积(EB-PVD)方法制备了具有纳米结构的热障涂层。用SEM方法和TEM方法对所制备涂层的结构进行了表征。所得涂层整体呈精细的柱状晶结构,在柱状晶内有纳米晶粒及纳米层状结构,在柱状晶间分布有较多的羽毛状的纳米孔隙。在沉积态的热障涂层金属底涂层和陶瓷面层之间有一层厚度为20nm的均匀致密的热生长氧化物膜层(TGO)。在同样的边界条件下,对同样厚度的纳米结构热障涂层和常规热障涂层的隔热性能进行了比较,结果表明纳米结构热障涂层的隔热效果好于常规热障涂层。在模拟航空发动机工作环境下,当热端温度为1100℃,冷却气流流量为3.8m3/h时,150μm厚纳米结构热障涂层的隔热效果达到了115℃。纳米结构热障涂层有着优良的抗热循环性能,在1100℃保温30分钟,5分钟空冷为一循环周期的热循环实验中,纳米结构热障涂层的寿命突破了800次循环。纳米结构热障涂层的失效一般表现为涂层和基体的剥离和脱落,失效的位置发生在TGO层和粘结层之间,TGO随陶瓷层一起发生了脱落。