热障涂层（thermal barrier coatings，简称TBCs）以其优异的隔热、耐磨和耐蚀性被广泛应用在航空涡轮发动机中。然而，热障涂层体系自身结构复杂、服役环境苛刻，涂层极易发生表面开裂和界面分层，最终导致涂层剥落失效。引起涂层表面开裂和界面分层的因素众多，因而难以准确预测开裂、分层出现的时间、位置和程度。应用先进的检测技术实时检测热障涂层失效行为，为热障涂层的可靠性和寿命预测提供可靠的依据显得尤为重要。本文应用声发射（acoustic emission,简称AE）方法实时监测了轴向载荷作用下热障涂层失效过程，定性、定量分析了涂层表面开裂和界面分层，主要研究内容如下：第一，基于传统的剪滞模型，并考虑涂层内应变梯度和残余应力，求解了表面裂纹密度的解析解；热障涂层屈曲失效过程中，界面裂纹长度是评估损伤的重要参量，界面裂纹能量释放率是屈曲裂纹长度的函数。根据裂纹释放能量与声发射能量存在线性关系，从理论上建立了表面裂纹密度、界面裂纹长度与其对应的声发射能量的关系。第二，应用压痕法分别测试了三类热障涂层试样的陶瓷层内残余应力、断裂强度以及断裂韧性，应用剪切法测试了陶瓷/粘结层界面剪切强度。结果表明，陶瓷层内残余应力、断裂强度、剪切强度和表面断裂韧性分别在59.8⁷4.7、123.3⁹4.3、10.2¹2.8MPa和0.53⁰.69MPa·m^1/2之间。声发射检测了热障涂层拉伸破坏过程，结合涂层应变演化规律分析，破坏过程分为表面裂纹起始、增殖和饱和及随后的界面裂纹起始、扩展和剥落。表面和界面裂纹声发射信号特征频谱范围分别为0.20⁰.24和0.26⁰.30MHz。涂层饱和裂纹密度在1.00¹.701/mm范围内,与理论计算结果基本一致,且与断裂强度和剪切强度有关。研究还表明，表面裂纹密度与声发射能量呈线性关系，线性关系斜率在3.62⁹.02之间，斜率取决于材料的微观结构，如孔洞、缺陷等。第三，应用声发射实时检测了压缩载荷下的涂层屈曲失效过程。失效过程分为局部的微观屈曲、屈曲分层、屈曲涂层断裂和边界分层四个阶段。屈曲分层起始时以Mode Ⅰ界面裂纹为主，随后Mode Ⅱ与I比例增加，最后以Mode Ⅱ为主，边界分层基本属于纯Mode Ⅱ裂纹。屈曲界面裂纹中的Mode Ⅰ裂纹断裂韧性1.94J·m^-2，稳态扩展能量释放率约为70J·m^-2。研究表明，界面裂纹声发射信号特征频谱与开裂的力学机制有关，Mode Ⅰ和Mode Ⅱ型界面裂纹声发射信号的主频范围分别为0.41⁰.46和0.26⁰.30MHz。实验和理论研究表明，屈曲界面裂纹半长度与声发射能量存在线性关系。