热障涂层(TBCs)是先进航空发动机核心部件的关键技术,随着航空发动机向着高推重比发展,高性能热障涂层的需求也大大增加。等离子喷涂-物理气相沉积技术(PS-PVD)由于兼具大气等离子喷涂(APS)和电子束-物理气相沉积(EB-PVD)技术的优势,是目前最热门也最具发展潜力的热障涂层制备技术。目前PS-PVD沉积热障涂层的应用已经有了一定的成果,但主要集中在工艺改进和涂层性能表征上,粉末本征特性对涂层结构和性能的影响的研究较少。基于此,本文展开对PS-PVD用YSZ纳米团聚粉末可控制备的研究。本文采用喷雾干燥法制备8YSZ纳米团聚粉末,并研究了聚丙烯酸(PAA,分散剂)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP,粘结剂)和固含量对团聚粉末的影响。之后采用PS-PVD制备热障涂层,并研究了团聚粉末粒径和原始晶粒尺寸对涂层结构和性能的影响。主要研究成果如下:(1)随着PAA含量的增加,悬浮液粘度先降低后增大;PAA添加量为6 wt.%且pH值为6.4时具有最大Zeta电位33.6 mV,分散效果最好。PVP含量增加,悬浮液粘度增大;增加PVP添加量有利于提升团聚粉末球形度和粒度。固含量主要影响团聚粉末的粒度:固含量低时液滴中固相含量少,难以团聚成球;固含量高时粉末致密且粒度大。当固含量大于35 wt.%时团聚粉末流动性满足PS-PVD送粉要求。(2)团聚粉末沉积后涂层包括致密层和柱状层,柱状层结合强度小于致密层,但杨氏模量和压痕硬度大于致密层。涂层厚度随团聚粉末粒度增大而增大;结合强度随团聚粉末粒度增大而降低,失效形式以沿晶断裂、内聚失效为主;涂层抗热震及抗高温氧化能力随着厚度增加而变好。且由于致密层中大量纳米等轴晶缓释热应力,高温氧化200h后涂层中TGO最厚达16.5μm但仍未开裂失效。(3)随着原始晶粒尺寸增大,团聚粉末所沉积涂层厚度增大但涂层结合强度下降、致密层减薄,当原始晶粒尺寸为150 nm时致密层基本消失,此时涂层截面底部和顶部压痕硬度和杨氏模量趋于均匀。当原始晶粒尺寸为150 nm时,高温氧化200 h后涂层中TGO厚度降低至3.6μm,但由于无致密层缓释应力,在界面处出现贯穿裂纹。(4)团聚粉末粒度变化不影响气化效率。原始晶粒尺寸变化则会改变粉末气化效率:随着原始晶粒尺寸增大,颗粒在等离子流中径向受力改变,进入焰流中心的粉末粒子增多,粉末气化效率提高。本文中热障涂层的沉积主要是气相粒子冷凝形成团簇纳米等轴晶后在基体表面长大的过程。气相浓度高团聚晶长大充分,致密层薄,柱状晶细长均匀;气相浓度低团簇晶难以长大,柱状晶优先在液相YSZ和球形颗粒表面生长,柱状晶呈短粗状。