要想使航空发动机获得更大的推重比，就必须提高发动机涡轮前的进口温度，燃气轮机工作时燃烧室的温度可达1600度。高速度高温气体还会在内部不断冲击。因此对航空发动机燃烧室、涡轮叶片等热端部件的抗高温能力的要求非常高。美国NASA研究中心早在二十世纪50年代就提出了热障涂层概念,热障涂层的应用不仅可以达到提高基体抗高温腐蚀能力, 进一步提高发动机工作温度的目的,而且可以减少燃油消耗、提高效率、延长热端部件的使用寿命。与开发新型高温合金材料相比, 热障涂层的研究成本相对较低, 工艺也现实可行。 在高温部件上制备一层300～500μm热障涂层起到隔热、抗氧化 ，抗热震作用。

热障涂层通常在基体材料（如718合金）上喷涂第一层金属粉末即：MCrAlY（M为Ni、Co或Ni+Co）合金如Co-32Cr-32Ni-8AL-0.5Y，主要担负着过渡热不匹配、抗氧化、抗腐蚀的多重功效。第二层为陶瓷Y2O3稳定的ZrO2，主要起隔热作用，因其具有良好的抗高温氧化性、抗冲刷性和隔热性等特点，已成为目前国内外地面重型燃气轮机最先进的高温防护涂层之一。喷涂完成后需要热处理，热处理的目的降低孔隙度，提高各层之间的结合强度。

第一层在喷涂时可以采用火焰喷涂，第二层等离子喷涂多一些。具体采用的热喷涂方法也略有不同，这体现在各家的技术特点上。目前全球掌握该喷涂技术的有美国GE，德国西门子，日本三菱重工等。西门子公司生产的透平叶片便是选择超音速火焰喷涂和等离子喷涂复合工艺，而国内热障涂层粘结底层和陶瓷面层大多均采用等离子喷涂技术。热障涂层主要应用在燃气轮机的火焰筒、叶片、过渡段等。在航空、火箭发动机，IGCC，水面舰艇发动机等领域。

热障涂层的关键技术指标是涂层耐高温力学，耐腐蚀的指标。涂层喷涂厚度，孔隙度，结合强度，热物理参数。目前国内的三大电气的合资工厂已经开始使用这种技术。但是其他汽轮机厂并未掌握这些核心技术，热障涂层要求陶瓷层材料具有熔点高、高温下相稳定、热导率低、热反射率高等物理化学特性，同时要考虑其热膨胀系数与基体材料匹配。金属粘结层则用于防止金属基体的高温氧化， 并缓解陶瓷层和金属基体的热膨胀不匹配。另外， 由于粘结层长期高温使用会生成热生长氧化物。

最成熟的热障涂层是以氧化钇和部分稳定氧化锆（ YSZ）陶瓷层为面层，MCrAlY合金层为粘接层的双层结构热障涂层体系。 YSZ在使用过程中存在如下问题：

1.当工作温度高于 1200 ℃时，随着时间延长隔热效果下降；

2.高温环境中，产生较大的应力，最终诱发裂纹并导致陶瓷面层脱落；

3.空气环境中或飞机跑道上的颗粒物进入燃烧室后，在高温作用下形成一种玻璃态沉积物 附着在发动机叶片上，沿着涂层孔隙向深度方向渗透，导致 涂层内部产生裂纹；

4.热膨胀系数存在的差异会引面层脱落。

新型低热导率热障涂层和陶瓷基复合材料热障涂层成为研究热点：

提高热障涂层的热阻，热障涂层中的热量传输主要有电子传导、热辐射和晶格声子传导三种方式，因此降低声子平均自由程、声子速度或材料密度，能够有效减少晶格声子的热量传输。材料本身固有的缺陷以及掺杂都可以显著提高外在缺陷散射，从而降低材料的导热性能。

1.改变涂层化学成分：利用Y2O3掺杂 ZrO2、各种镧系元素单独或共掺杂ZrO2、过渡金属元素（ 如 Ni，Nb 和 Ta）掺杂以及Hf掺杂ZrO2，诱导晶格应变，从而增大晶格的非简谐振动和声子散射，进而降低材料热导率。

2.改善涂层晶体结构：如稀土锆酸盐 Ln2Zr2O7，Gd2Zr2O7，Sm2Zr2O7）相比于 YSZ，具有更好的热物性和良好的机械性能。能够降低材料的热导率。增加表层涂层孔隙率也有利于降低涂层热导率。

陶瓷基复合材料热障涂层陶瓷基复合材料能够承受1250 ℃以上的高温，因此能够承受更高温度的复合材料成为下一代航空发动机高温部件的主要候选材料，从而提高发动机热端部件的服役温度，保障发动机的功率和转换效率。2013年，罗罗公司采用 SiC 复合材料制造成发动机高压涡轮叶片进行试验，叶片质量可减少50%左右；新的结构由粘接层、过渡层和顶层三部分构成。粘接层一般由 Si 元素组成 ， 过渡层一般由钡锶铝硅酸盐（BSAS）和莫来石混合而成，主要起抗高温氧化和抑制与水蒸气反应的作用； 顶层由 BSAS 构成，主要起到抗高温腐蚀和抗外来物冲击的作用。

这一领域涉及陶瓷粉末，金属粉末，喷涂设备，热处理设备，也包括高纯氧气，乙炔，氮气，氩气或者氦气。是材料表面工程的尖端技术。瑞士美科公司等企业在此细分行业有独到之处。

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