高承载条件(即高的PV值=接触压强P′摩擦速率V,通常指PV≥15 MPa×m×s^-1)下材料的摩擦磨损（常伴随高温富氧和宽温域热冲击）是决定航空航天发动机、飞行器和高端泵阀等机械系统服役可靠性和寿命的关键因素之一。该苛刻磨损工况下,涂层的导热性能是关键因素,为此,在氧化物陶瓷（Al₂O₃、Cr₂O₃、ZrO₂、TiO₂）中,常考虑选用导热较优的Al₂O₃。然而,以往研究中难以兼顾导热和力学性能,课题组前期在Al₂O₃中添加Cr₂O₃,通过异质形核与部分固溶效应,提高了涂层a-Al₂O₃相含量、力学及导热性能,改善了涂层的耐磨性能。粉料纳米化可促进固溶效应有望进一步提高涂层性能,但纳米结构的引入使涂层较难保证高导热性及结构稳定性。若能设法提高涂层中a-Al₂O₃相含量、减少晶界,保持涂层的高温微结构稳定性,就有可能保证涂层的高温力学和导热性能,改善涂层在苛刻工况下的耐磨性能。定向凝固氧化铝基共晶陶瓷以其优异的高温微结构稳定性和热-机械性能成为高温结构材料的研究热点之一。Al₂O₃基共晶陶瓷复合块材无同种物质晶界,无非晶过渡区,相界面结合紧密,具有优异的高温微结构稳定性和力学性能,典型体系如Al₂O₃/Y₃Al₅O₁₂（YAG）。该类材料的关键制备要素是高热焓、大的温度梯度和快的冷却速率,而等离子体喷涂正好具备上述特征。为此,采用该工艺制备Al₂O₃/YAG涂层。对喷涂态非晶Al₂O₃/YAG涂层进行晶化处理,可得Al₂O₃/YAG共晶涂层。本论文探究了微米/纳米初始粉料对涂层非晶相形成及结构的影响,考察了涂层由非晶态?结晶态转变过程中结构与力学及热物理性能的演化,在此基础上考核了涂层的耐磨性能,初步获得了高导热及微结构、热-机械性能稳定的涂层,为严苛磨损工况的涂层应用提供科学依据和技术指导。主要结果如下:（1）获得了一种适于热喷涂的Al₂O₃/Y₂O₃团聚纳米粉体。该粉体采用喷雾造粒技术制备并经1000℃@2h煅烧处理,呈近球形,单颗粒中Al₂O₃和Y₂O₃纳米粒子混合均匀。（2）以纳米团聚粉为原料,采用等离子体喷涂工艺可制备非晶态的Al₂O₃-YAG涂层,同时在非晶基体中均匀分布少量的Al₂O₃及YAG晶相。非晶形成机理为熔滴在等离子体喷涂工艺下的界面过冷度大,凝固时固-液界面温度低,易造成溶质截留,共晶相停止生长,形成非晶相。以微米级混合粉为原料,所得涂层中Al₂O₃和Y₂O₃结晶相呈条带状排布,非晶相含量低。（3）获得了Al₂O₃-YAG非晶涂层的晶化规律,其结晶分两步,先后析出YAG和a-Al₂O₃相。根据晶化体积分数随温度的演化规律,YAG和a-Al₂O₃的形核生长机制为初始三维生长和二维生长的体相形核逐渐演变为表面形核。晶化激活能的计算显示,YAG晶相比a-Al₂O₃晶相更易形核。此外,Al₂O₃-YAG涂层的T_g、T_c、E_c、E_c/RT_g等多种热稳定性评价指标较高,证实涂层的高温热稳定性良好。（4）基于对Al₂O₃-YAG涂层晶化行为的研究,进一步揭示其晶化前后涂层力学及热物理性能等的演化规律。与Al₂O₃及Al₂O₃-Cr₂O₃涂层相比,Al₂O₃-YAG涂层具有较高的导温系数及断裂韧性,可减轻涂层热应力的积累及在摩擦过程中的脆性剥落。喷涂态Al₂O₃-YAG涂层的硬度略低于Al₂O₃及Al₂O₃-Cr₂O₃涂层,随着晶化程度的提高而增加,共晶态Al₂O₃-YAG涂层的硬度可达15GPa以上,超过了Al₂O₃（9.4 GPa）及Al₂O₃-Cr₂O₃（12.1 GPa）涂层。（5）以对比实验的手段检测了涂层的耐磨性能,显示Al₂O₃-YAG非晶涂层磨损后具有最好的涂层表面完整性,其它三种晶态涂层均不同程度的产生一定数量的裂纹。Al₂O₃-YAG非晶涂层的耐磨性能优于Al₂O₃、Al₂O₃-Cr₂O₃及Al₂O₃-Y₂O₃涂层。此外,Al₂O₃-YAG非晶涂层还具有优异的摩擦系数稳定性及较低的磨损表面温度。（6）基于对磨损表面形态的分析,阐释了涂层的磨损失效机制。Al₂O₃-YAG非晶涂层的磨损失效机理为热-力耦合条件下涂层表面富Al非晶区发生塑性变形,形成条带状形变层,缓解了涂层的应力集中,在随后的摩擦作用下涂层表面的形变层逐渐部分剥离形成硬质微细碎片,加剧磨粒磨损,导致涂层摩擦副的表面损耗。三种晶态的Al₂O₃、Al₂O₃-Cr₂O₃及Al₂O₃-Y₂O₃涂层的磨损失效机理较为接近,均为涂层在热-力耦合作用下,表面裂纹萌生、扩展继而剥落,促成磨粒磨损效应,加剧涂层的磨损。