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热障涂层（TBCs）已被广泛应用于燃气轮机的高温部件表面,为高温金属部件提供热防护,从而可以提高燃气轮机的热效率和推重比。近年来,纳米氧化锆（n-YSZ）TBCs受到了广泛地关注,然而,n-YSZ在服役过程中会发生剥落失效,甚至在储存过程中也会发生粉化失效,其失效机理有待进一步研究。此外,YSZ涂层的使用温度不能超过1200℃,否则在热循环过程中将发生相变及烧结,导致涂层过早失效,因此急需发展新型的氧化锆热障涂层体系,提高其使用温度。本文研究了等离子喷涂制备的n-YSZ涂层的热循环性能、熔盐腐蚀机理和降解行为,分析了n-YSZ涂层的失效机制。其次,又研究了新材料ZrO2-CeO2-TiO2体系,该体系在1300℃展现了良好的相稳定性,具有潜在的应用前景。通过不同喷涂功率制备的n-YSZ涂层是由熔融颗粒及半熔融或未熔融颗粒构成的“双态”结构。低功率制备的涂层具有更高的孔隙率及纳米区域含量,涂层具有较高的结合强度及更长的热循环寿命。在1300℃热处理后,涂层的孔隙率显著下降,硬度明显增大,这表明n-YSZ涂层已被烧结。热处理24h后,低功率（22kW）制备的涂层仍保持着多孔结构。热处理过程中,低功率制备的涂层具有更好的相稳定性。研究了不同晶粒尺寸的n-YSZ粉末及对应涂层在NaVO3腐蚀的行为。NaVO3与Y2O3反应生成了YVO4,造成了四方相向单斜相的转变。n-YSZ的熔盐腐蚀机理与其晶粒尺寸无关。与原始n-YSZ粉末相比,对应的涂层更容易受到熔盐的侵蚀,由晶粒尺寸小于30nm的n-YSZ粉末制备的涂层更抗熔盐破坏。n-YSZ涂层在水中会发生降解,相变仅由成核机理控制,在低于148℃时,相变的表观活化能为67kJ/mol。在降解过程中,出现了沿晶断裂和穿晶断裂;当单斜相含量达到40%以上,涂层将粉化失效。涂层在水热处理中会产生大量的微裂纹及孔隙,降低陶瓷层与粘结层的结合强度,进而降低涂层的热循环寿命。研究高温热处理对n-YSZ涂层的相组成及降解程度影响中发现,在1100℃左右对n-YSZ涂层进行热处理,涂层中相组成不会发生明显变化,但可以有效地降低或抑制降解。n-YSZ涂层在1400℃热处理中,亚稳态四方相将转变为立方相和四方相;后者在降解处理时,将会转变为单斜相。对ZrO2-CeO2-TiO2体系的研究中,(Ce0.15Tix)Zr0.85-xO7（x=0.05,0.10,0.15）在1300℃具有较传统YSZ更好的相稳定性。这三种化合物具有与YSZ相当的热膨胀系数和断裂韧性。但是,该体系的相稳定性、热膨胀系数、断裂韧性及抗烧结能力均随着TiO2含量的增加而降低。与其它两种化合物相比,(Ce0.15Ti0.05)Zr0.8O2（CTZ）热导率低,综合性能最好,是最有希望的热障涂层陶瓷材料。对等离子喷涂制备的CTZ涂层的研究中,CTZ涂层在1300℃具有良好的相稳定性,热导率在0.760.89W m-1 K-1之间,热膨胀系数在8.98×10-6K-19.88×10-6K-1,低于YSZ涂层;在1000℃及1100℃热循环测试中,该TBCs的失效是由CTZ涂层的热膨胀失配、烧结和氧化铈的还原氧化共同作用的结果。在1000℃热循环中,CTZ/YSZ涂层中的YSZ缓解了CTZ与金属基体之间的热失配,提高了涂层的热循环寿命,但是在1100℃热循环寿命仍然不理想。CTZ涂层的抗烧结性能有待改进;否则,CTZ涂层的应用将受到限制。