利用等离子喷涂技术在金属基体上沉积陶瓷涂层,可以使基体表面具有耐磨、耐腐蚀、电绝缘、隔热和防辐射等功能。然而金属和陶瓷在材料特性方面存在巨大差异,这会减弱涂层系统内部的结合强度或者产生很高的残余应力从而导致涂层在外载荷下金属层与陶瓷层的界面处发生大规模剥落和失效。为了解决这个问题,本文结合计算机模拟和等离子喷涂技术设计优化并制备高粘结强度、低残余应力的高寿命陶瓷热障涂层。首先基于涂层及基体实际尺寸,针对连续过渡区的过渡形式问题,引入过渡指数P概念来描述过渡区如何从金属过渡到陶瓷层,得到最优的过渡区过渡形式之后,固定粘结层与过渡区总厚度为100μm,优化过渡区和粘结层的厚度占比,对比各涂层模型的应力分布,得到最优的过渡区占比。热障涂层内部的粘结层与陶瓷层界面处会形成一层热生成氧化物TGO（通常指氧化铝）,TGO可有效保护粘结层和基体免受高温燃气的氧化、腐蚀,致密的氧化铝在弹性模量方面与金属和陶瓷层差异很大,本文研究了氧化铝层及厚度对涂层内部应力的影响规律。采用双路送粉器制备连续过渡涂层,涂层热处理后对涂层进行XRD、SEM、EDS分析,观察涂层的断面形貌和制备情况,针对过渡区金属与陶瓷界面问题,本文建立能描述金属与陶瓷界面的二维涂层模型S1和S2,研究涂层模型引入金属、陶瓷相界面对涂层应力的影响规律。SEM分析表明涂层内部存在大量形状不规则的空洞,采用Solidworks软件建立孔洞模型,对比涂层内部不同区域的孔洞对涂层应力的影响规律,以指导涂层制备及对涂层的性能预测。得到的主要结论如下:连续过渡指数优化结果发现传统涂层内部的应力最大,为888.2MPa,在连续过渡涂层模型中,随连续过渡指数的增大,涂层应力最大值先减小后增大,当P为0.2时,应力最大值为752.1 MPa,直到连续过渡指数P为1.4时,应力最大值最小,为645.2 MPa,至连续过渡指数为2.0时,应力最大值增至724.6 MPa。粘结层对于连续过渡涂层也是必要的,当粘结层厚60μm、连续过渡区厚40μm时,涂层内部应力最小。TGO的存在都会极大的增加涂层内部的应力值,随TGO厚度的增加,涂层内部应力值增大。XRD分析表明:涂层与粉末含四方相与单斜相,不同涂层两相含量差距较小。SEM分析表明:涂层陶瓷层内存在较多空洞、裂纹、夹杂缺陷,而粘结层中金属发现了氧化,涂层截面元素分布情况表明:连续过渡涂层中陶瓷层与金属层没有像传统涂层那样明显的界面,且连续过渡区金属、陶瓷大体呈长条形不规则形状,金属和陶瓷相互交织、嵌套。显微硬度分析表明:基体硬度300HV0.1左右,粘结层硬度在400HV0.1左右,陶瓷层硬度在1100HV0.1左右,连续过渡涂层显微硬度从基体到陶瓷层连续变化。传统涂层在粘结层与陶瓷层的界面处应力变化很大,界面处应力有2000多MPa的变化,对于模型S1的所有连续过渡涂层,涂层内部从陶瓷层到粘结层的内应力变化相对平缓;连续过渡涂层模型S2中的应力分布也比传统涂层DC中更平滑,所有S2模型的最大应力值都大于S1,最大应力处位于金属与陶瓷的界面处。与无孔洞涂层相比,有孔洞涂层在孔洞处的应力值较大,对于无孔洞传统涂层型,粘结层与陶瓷层之间的应力差异约2000MPa,而带有孔洞的传统涂层的界面应力差仅为1200MPa左右,说明孔洞的存在对降低涂层内部界面应力有一定意义。