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作为一种隔热防护的结构体系,在苛刻的服役环境下热障涂层能有效提高涡轮叶片的服役温度,降低了服役环境对于涡轮叶片金属基底的损伤。高温环境下热障涂层体系难以预测的界面失效及脱落问题极大限制了其广泛应用和可靠性评价。因此,目前亟待发展新型实验测试技术及实验设备完善热障涂层体系的高温力学性能,对于有效掌握其破坏机理具有重要的意义。本文改进了传统测试设备,发展了一种1600°C范围内材料力学性能测试的新方法,对传统的热障涂层体系进行了不同服役温度下的实验和裂纹失效机制分析。主要内容如下:第一,对传统的DIC测试设备进行升级改造。自主配置了两个高温放大镜头以及蓝光滤镜,引进了用于高温实验的补偿光源,充分解决了服役高温下实验的放大倍数不够、热辐射和光线不足等不稳定因素;发展了一种新型测试方法,可以实现1600°C范围内的材料力学性能测试,在位移场和应变场基准上验证了其可行性;并成功授权了一项高温散斑制备方法的发明专利(CN103792117A)。第二,基于上述改进的设备和方法,在常温和800°C~1000°C温度下对粘结层-基底结构进行拉伸实验,准确获得了整个拉伸实验中粘结层材料表面位移场和应变场的演化过程。通过对关键阶段和初始裂纹准确数据的提取,得到了随着温度升高临界断裂应变由0.35%逐渐地降低到0.21%;临界断裂强度由700 MPa降低到252 MPa;临界剪切强度由117.6 MPa降低到42.4 MPa,充分表明了实验温度对实验结果的影响;结合实验过程中数字图像相关法计算得到的全场应变云图和扫描电镜微观形貌图,详细探讨了不同服役温度下粘结层-基底结构失效机制。第三,利用搭建的测试平台在常温和800°C~1000°C服役温度下进行拉伸实验,计算分析得到EB-PVD热障涂层体系表面位移场和应变场的演化过程。提取出关键阶段和初始裂纹相关数据并结合拉曼光谱法测试得到的陶瓷层表面残余应力值,得到EB-PVD热障涂层体系陶瓷层临界断裂应变逐渐由0.45%降低到0.12%;相对应的临界断裂强度由239.7 MPa降低到74 MPa;临界剪切强度由53.8 MPa降低到20.5 MPa,充分表明了实验温度对实验结果的影响;相似地,借助实验后试样的宏微观形貌图和数字图像相关法计算得到的全场应变云图,详细探讨了不同服役温度下三层结构EB-PVD热障涂层体系失效机制。