氧化锆热障涂层具有较低的热导率,目前广泛应胜于航空航天涡轮发动机等热端部件上。大气等离子喷涂方法是目前使用最广泛的涂层制备方法,该方法制备涂层热导率低,并且具有成本低的优势。但是该法制备的涂层在热服役过程中的过早剥落一直是制约其进一步发展的瓶颈,多年来的失效机理研究虽然取得了一定的进展,但是仍不是十分清楚。本论文通过使用扫描电镜,电子背散射衍射(Electron Backscatter Diffraction, EBSD)和聚焦离子束切割(Focused Ion Beam, FIB)等先进表征手段研究涂层微观结构信息,从微观结构角度探究涂层各个阶段的失效机理,取得了以下进展：(1)通过使用EBSD和XRD等分析手段,明确了热服役过程中粘结层的具体相变过程；(2)发现了裂纹在热生长氧化层(Thermally Grown Oxide, TGO)层中的扩展并非随意扩展,而是沿着晶界进行的扩展,这是因为晶界处受到更大应力应变；(3)给出了陶瓷层中裂纹扩展的三维证据,并从微观结构和力学模型角度解释了裂纹产生的原因；(4)明确了TGO层生长机理：即在TGO层生长过程中Al等阳离子的扩散控制着TGO层的生长；并且通过FIB-SEM双束和EBSD等手段首次准确测定了TGO层真实厚度以及确定了TGO层单层晶粒形貌。