热障涂层（Thermal　Barrier　Coatings,　TBCs）是一种应用在金属基体表面，起到降低基体温度以保证其在高温条件下正常使用的功能化涂层。由于YSZ在1200　℃以上易发生相变和烧结，极大地限制了其在新一代航空发动机及重型燃气轮机热端部件上的应用。而立方萤石结构的La2Ce2O7（LC）可以在1400　℃长期使用并保持相的稳定性，同时具有热导率低、与粘结层之间的热失配小等特点，是一种极具发展前景的新型热障涂层材料。
本文在对航空发动机导向叶片表面热障涂层失效机制系统分析的基础上，通过数学优化方法，建立了LC粒子飞行性质与喷涂参数之间的定量关系方程，实现了涂层结构的可控制备，并对LC/YSZ复合涂层在热、力及腐蚀耦合条件下的失效过程进行理论及实验分析，为高性能热障涂层的结构优化设计提供了理论与实验参考，结果表明：
1）基体与合金粘结层的开裂易发生在叶片尾缘部位，尾缘尤其是是排气边附近温度最高，应力应变最大，易使基体产生塑性变形，导致涂层中形成贯穿性的纵向裂纹（裂纹扩展方向垂直于涂层表面），引起基体/粘结层界面氧化及涂层开裂失效；YSZ层内部断裂易发生在叶片尾缘及中部位置，属于典型的热疲劳失效；叶片不同位置的热障涂层均伴随着不同程度的烧结及高温氧化，其中温度较高部位（如叶片尾缘）氧化最为严重，导致在热生长氧化物（TGOs）内部、TGOs/YSZ界面处形成裂纹；CMAS腐蚀主要发生在叶片叶盆部位以及叶片前缘部位，与叶片几何结构及燃气流向密切相关。
2）在Box-Behnken　Design优化实验中，LC粒子表面温度与喷涂工艺参数（氩气流量、氢气流量和弧电流）之间的关系并不是其单一参数的线性组合，必须考虑参数彼此之间的相互作用，且各参数对粒子表面温度的影响程度从大到小依次是：电流、氢气流量及氩气流量。而粒子速度则可以用以上参数的线性方程表示，且各参数对粒子速度的影响程度从大到小依次为氩气流量、电流及氢气流量。粒子的表面温度及飞行速度决定其熔化状态，以定量表征粒子熔化状态的物理参量（即熔化指数）为纽带建立了粒子飞行性质与涂层成分及结构的定量关系。研究发现当熔化指数小于1.78时，铈酸镧中的CeO2含量基本保持不变，约为75.8　mol.%；而当其增大到2.59时，CeO2含量迅速下降至66.4　mol.%。同时，当熔化指数从1.20增加到2.59时，涂层中的孔隙率从6.0　%下降到3.3　%，裂纹含量从3.3　%下降到1.3%，且呈线性趋势。未熔颗粒含量则从7.1　%下降至3.8　%。硬度和弹性模量随着缺陷含量的增大而逐渐降低，但断裂韧性在缺陷含量为9.4　%时达到最大值，约为1.0　MPa·m1/2。喷涂LC涂层时，最佳的粒子温度范围是2950-3150　℃，粒子速度范围为370-430　m·s-1。
3）LC/YSZ双陶瓷层热障涂层的隔热温度随LC层厚度增加而逐渐提高。在热冲击过程中，由于纵向裂纹的产生导致涂层隔热温度逐渐降低。双陶瓷层热障涂层热冲击失效方式受到LC层厚度影响，随着LC层厚度增大，涂层初期失效部位由YSZ层内部转移到LC层内部，结合能量释放率判据可知，由温度梯度和热失配引起的能量释放率随着LC层厚度增大而增大，且在LC/YSZ界面具有最大值；而YSZ层则呈相反趋势。结果显示温度梯度和热膨胀失配是引起YSZ层失效的主导因素而非LC层开裂的主要原因。烧结是引起LC层开裂及剥落的主要原因，烧结产生的能量释放率随着LC层厚度增加而增大。综合分析双陶瓷热障涂层的隔热性能及热冲击性能发现：LC与YSZ层厚比为1:1的热障涂层系统综合性能最为优异。
4）在热、力及腐蚀耦合条件下，LC/YSZ连续梯度热障涂层与双陶瓷层热障涂层相比，具有更为优异的隔热、抗热冲击及耐腐蚀性能。LC与YSZ两种材料在热膨胀系数上的差异促使在LC/YSZ界面处形成大量的微小裂纹，增强了对声子的散射作用，从而显著地提高了涂层的隔热温度。在热冲击过程中，弥散分布的YSZ对裂纹扩展路径具有明显的偏转作用，最终显著地提高了涂层的抗热冲击性能。熔融沉积物（CMAS）与LC层反应生成一层由Ca2(LaxCe1-x)8(SiO4)6O6-4x、萤石相和MgAl2O4等组成的致密密封层，可以有效阻止CMAS的继续渗入。