随着航空发动机向着高效率、高推重比方向发展,对发动机热端部件表面应用的热障涂层（TBCs）提出更高要求。传统氧化钇稳定氧化锆（YSZ）材料由于相变、烧结等问题已不能满足更高承温温度和更好隔热能力的需要,新型热障涂层材料的开发和应用受到国内外学者的广泛关注。锆酸钆（Gd2Zr2O7,GZO）材料热导率低、相变温度高、高温稳定性好,是最具应用前景的热障涂层陶瓷材料之一。等离子喷涂-物理气相沉积（PS-PVD）兼具传统大气等离子喷涂（APS）和电子束物理气相沉积（EB-PVD）的优点,通过工艺参数的调控可以获得独特的羽毛-柱状晶结构涂层,涂层综合性能优异,PS-PVD被视为最具发展潜力的新型高性能热障涂层制备技术。目前,一方面PS-PVD的研究主要集中于YSZ材料,而对锆酸钆等新型热障涂层材料的研究较少,也尚未有适合于PS-PVD喷涂的商业锆酸钆粉末;另一方面,以往PS-PVD的研究着重于工艺参数对涂层生长机制及性能的影响,少有喷涂粉末对涂层结构及性能的影响研究。因此,本文从采用喷雾干燥法制备适用于PS-PVD喷涂的锆酸钆团聚粉末入手,研究了添加剂含量和固含量对团聚粉末的影响,获得了制备高性能锆酸钆团聚粉末的喷雾干燥工艺;在此基础上,深入研究了锆酸钆原始粉末粒径对其团聚粉末及涂层的影响规律,实现了从团聚粉末到涂层的可控制备;最后,对单/双陶瓷层结构体系和Yb元素掺杂锆酸钆涂层进行了探索性研究。文章主要结论如下:（1）分散剂可以起到稳定悬浮液的作用,随着分散剂聚丙烯酸（PAA）含量的增加,悬浮液Zeta电位绝对值先减小后增大,当PAA含量达到6 wt.%时,锆酸钆料浆Zeta电位绝对值最大、沉降高度最低,悬浮液最稳定;粘结剂起到粘接原始粉末、维持团聚粉末强度的作用,随粘结剂含量增加,团聚粉末球形度增加、松装密度增大、流动性提高,聚乙烯吡咯烷酮（PVP）和聚乙烯醇（PVA）均可作为锆酸钆团聚粉末的粘结剂,但采用PVA作为粘结剂时,团聚粉末具有更低的有机物含量和更好的流动性;悬浮液固含量增加,团聚粉末粒径增大、球形度增加、流动性提高。制备Gd2Zr2O7团聚粉末的最佳悬浮液配比方案为6 wt.%PAA、1.5 wt.%PVA、50 wt.%固含量。（2）随原始粉末粒径增大,团聚粉末粒径增大、球形度降低、流动性变差;纳米级原始粉制备的锆酸钆团聚粉末内部均匀致密,在PS-PVD喷涂过程中难以完全气化,涂层以液相沉积为主,内部呈致密堆叠结构,涂层硬度和结合强度高、抗热震性能差;亚微米级原始粉制备的团聚粉末内部存在部分孔隙,喷涂过程中发生部分气化,涂层为气-液共沉积,内部缺陷多、组织均匀性差,涂层硬度与结合强度均较低;微米级原始粉制备的团聚粉末内部疏松多孔,在等离子焰流中能发生完全气化,涂层呈典型羽毛-柱状晶结构,具有高结合强度和较高的硬度、抗热震性能好。（3）基体材料与锆酸钆涂层的热膨胀失配度高会导致锆酸钆涂层在制备过程中便出现剥落失效,采用YSZ作为中间过渡层能一定程度缓和这种热膨胀不匹配带来的影响;PS-PVD制备的单层锆酸钆涂层底部为等轴晶形成的致密层,致密层以上是由放射状枝晶构成的羽毛-柱状晶结构,而最顶部呈现高低起伏的“花菜头”形貌,双层YSZ/GZO涂层中YSZ层与GZO层均呈现典型羽毛-柱状晶结构,且GZO层沿着YSZ柱状晶生长方向外延生长;Yb元素掺杂能明显提高锆酸钆涂层的综合性能,掺杂后的(Gd0.9Yb0.1)2Zr2O7（GYb Z）涂层压痕硬度达5.4 GPa、压痕弹性模量达111.6 GPa、结合强度达41.3 MPa,均明显高于未掺杂的GZO涂层。