热障涂层（Thermal Barrier Coatings,TBCs）因为耐高温、高隔热、抗腐蚀等优异性能,已成为航空发动机涡轮叶片等热端部件不可缺少的热防护材料。然而,在含有杂质颗粒的高温、高速燃气环境下服役时,会因为界面氧化、颗粒冲蚀、CMAS腐蚀（钙镁铝硅等金属氧化物的混合物,简称CMAS）等多种因素导致涂层剥落。其中,CMAS腐蚀指高温下钙镁铝硅混合氧化物熔融、渗透到涂层中,引起涂层结构、性质、成分的变化并迅速导致涂层剥落失效,被认为是涂层剥落最危险的形式。显然,熔融CMAS在涂层表面的接触角、润湿性等浸润行为及其渗透能力是评价其腐蚀能力的重要参数,也是涂层抗CMAS腐蚀设计的基础。然而,目前关于熔融CMAS腐蚀浸润行为的研究还不深入,面临高温接触角与润湿性难以表征、装置匮乏、渗透规律与机制不清晰、浸润性能关键影响因素及优化方法不清楚等关键问题。基于此,本文创新性地提出将高温接触角用作描述CMAS浸润性能的重要参数,从高温接触角测量装置的自主研制出发,结合扫描电镜、能谱仪等表征手段,以及相图与分形理论分析,系统分析了热障涂层CMAS的浸润性能及其关键影响因素。在此基础上,提出了一种Al2O3改性的抗CMAS热障涂层。取得的主要创新性成果如下:（1）基于CMAS熔融及其滴落的高温加热系统、高温下液滴润湿过程成像系统以及特殊高温样品夹具的设计,自主研制了热障涂层熔融CMAS接触角测量装置,解决了高粘度、高熔点CMAS熔融液滴准静态滴落的难题,实现了 CMAS液滴润湿涂层表面全过程的高精度成像,且编制了接触角的计算软件系统,为热障涂层及其他材料高温浸润性能的表征提供了重要实验平台。（2）利用上述高温接触角测量装置,研究了热障涂层CMAS高温接触角、润湿性能与涂层工艺、粗糙度、粘度、时间等参数的关联。结果表明CMAS接触角随涂层表面粗糙度的增加而增大,且正比于粗糙度的平方,说明增加涂层表面粗糙度有利于缓解CMAS的润湿;CMAS粘度在其熔点附近时对接触角影响较大,两者呈正相关关系;当涂层孔隙竖直排列（物理气相沉积工艺）,CMAS接触角较小易于渗入涂层,当孔隙随机分布（等离子喷涂工艺）,CMAS接触角较大,相对难于渗入涂层。（3）基于分形理论,建立了热障涂层CMAS渗入深度的理论模型,结合实验建立了渗入深度与涂层、CMAS参数之间的关联。发现熔融CMAS在涂层内的渗入过程符合高斯扩散规律,其中温度对CMAS渗入深度影响最大,表面粗糙度影响最小;且CMAS渗入涂层时存在一个饱和度,当CMAS涂覆量小于该饱和度时对渗入深度有较大影响。（4）基于CMAS熔点及其渗入深度的变化,结合相图计算,设计了一种抗CMAS浸润的Al2O3改性YSZ涂层以及热力学综合性能较好的成分含量。结果表明,在YSZ涂层中添加40mol%的Al2O3可提升CMAS在涂层中的熔融温度,促进稳定钙长石的生成,从而提高CMAS接触角。同时也发现,40mol%Al2O3改性的YSZ热障涂层,其热导率会增加,降低了涂层的隔热效果,但杨氏模量、硬度和断裂韧性等力学性能也增加,一定程度上提升了涂层抗剥落的能力。（5）基于Al2O3改性YSZ涂层的成分设计,结合热障涂层物理气相沉积工艺,制备了抗CMAS浸润的Al2O3改性热障涂层,对其热物理力学性能进行了表征。发现Al2O3的加入有利于CaAl2Si2O8等高熔点物的生成,从而提升热障涂层抗CMAS浸润的能力;相对于块体,Al2O3加入后涂层的杨氏模量及硬度增加更为明显。