氧化鋯陶瓷涂層由于其優(yōu)越的耐高溫性能與低的熱導(dǎo)率，廣泛用作航空發(fā)動(dòng)機(jī)與燃?xì)廨啓C(jī)等的熱障涂層（ThennalBanierCoatings:TBCs)。同時(shí)，由于具有良好的高溫穩(wěn)定性，在高溫下具有較高的氧離子電導(dǎo)率，等離子噴涂層還可用作固體氧化物燃料電池的電解質(zhì)。高溫應(yīng)用要求涂層具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性以及性能穩(wěn)定性。

如前所述，純氧化鋯的晶體結(jié)構(gòu)隨溫度的升高將發(fā)生從單斜晶向正方晶、立方晶變化，而降溫時(shí)的正方晶向單斜晶的變化將伴隨著體積膨脹，足以超過材料本身的強(qiáng)度而引起開裂，因此，常添加一定量的氧化釔、氧化鈣與氧化鎂、氧化鈰等來將氧化鋯穩(wěn)定在正方晶或立方晶，避免因溫度變化時(shí)的相變引起開裂。

作為熱障涂層常用的氧化鋯為ZrO2-8%Y2O3（8YSZ）(質(zhì)量分?jǐn)?shù)），ZrO2-CaO(CSZ)。YSZ隨氧化釔含量的不同，晶體結(jié)構(gòu)不同。隨Y2〇3含量的增加，單斜晶含量減少，而正方晶以及立方晶的含量增加。由于噴涂粒子的急冷特征，涂層的晶體結(jié)構(gòu)與粉末的晶體結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生差異。8YSZ粉末由正方晶和單斜晶組成，如圖15所示，而等離子噴涂沉積的涂層則主要由正方晶與少量的單斜晶構(gòu)成。由于X射線衍射分析時(shí)正方晶與立方晶的衍射峰一般重疊在一起，難以定量給出涂層中各相的相對含量。采用拉曼光譜分析表明，涂層中不同相的相對含量隨Y203的含量而變化。解析結(jié)果如表16所示，即使含約9%Y203(摩爾分?jǐn)?shù)）的YSZ涂層，在噴涂態(tài)主要由正方晶構(gòu)成。隨熱處理時(shí)間的增加，發(fā)生從正方晶向單斜晶的轉(zhuǎn)變，而轉(zhuǎn)變的量隨1〇3含量增加變得不顯著。對于TBC常用的含4.3%(摩爾分?jǐn)?shù)）（質(zhì)量分?jǐn)?shù)8%)Y203的YSZ，在1200°C處理后，涂層中正方晶的約三分之一被轉(zhuǎn)變?yōu)閱涡本�。對于Y203含量接近20%(摩爾分?jǐn)?shù)）的YSZ，涂層基本由穩(wěn)定的立方晶構(gòu)成，含有少量的正方晶與微量的單斜晶，隨熱處理時(shí)間的增加，正方晶將向穩(wěn)定的立方晶轉(zhuǎn)變。

噴涂態(tài)YSZ涂層中的正方晶呈現(xiàn)準(zhǔn)穩(wěn)特征，在應(yīng)力的作用下發(fā)生應(yīng)變誘致馬氏體型的相轉(zhuǎn)變，變?yōu)閱涡本АＳ肸rO2-8%Y2O3(質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的粉末制備的涂層進(jìn)行了顯微硬度測試后，在測試應(yīng)力的作用下噴涂態(tài)的正方晶發(fā)生了向單斜晶轉(zhuǎn)變。這種應(yīng)變誘發(fā)相引起的正方晶向單斜晶的變化因產(chǎn)生體積膨脹，而具有抑制裂紋擴(kuò)展的作用，為燒結(jié)塊材ZrO2增韌的方法之一。

對于致密的ZrO2，晶體結(jié)構(gòu)不同，其熱導(dǎo)率不同，正方晶的熱導(dǎo)率約為立方晶的2倍，而立方晶約為單斜晶的1/3.5～1/4。因此，涂層的熱物理性能取決于涂層的晶體結(jié)構(gòu)與層狀組織結(jié)構(gòu)。ZrO2-7%Y2O3(摩爾分?jǐn)?shù)）涂層的熱導(dǎo)率為0.95W/(m*K),即使進(jìn)行熱處理涂層的晶體結(jié)構(gòu)也不發(fā)生明顯的變化，因此，在1000°C下經(jīng)100h熱處理后，熱導(dǎo)率為1.05W/(m*K)，基本上無顯著變化。然而，對于ZrO2-5CaO,涂層經(jīng)1000°C，100h熱處理后，其熱導(dǎo)率從噴涂態(tài)的0.6W/(m*K)增加至1.6W/(m*K),熱導(dǎo)率的增加將降低隔熱效果。

圖17為采ZrO2-Y2O3在三種不同條件下制備的YSZ涂層的溫度擴(kuò)散系數(shù)隨熱處理溫度變化的測試結(jié)果，涂層的制備條件如表18所示。結(jié)果表明隨涂層制備條件的不同，由于其組織結(jié)構(gòu)不同而使熱物理性能不同。隨電弧功率的增加溫度擴(kuò)散系數(shù)增加，而隨噴涂距離的增加由于孔隙率增加，粒子間的結(jié)合率下降使溫度擴(kuò)散系數(shù)降低，YSZ系熱障涂層的熱疲勞壽命與Y2〇3的含量有關(guān)，圖19為其含量對熱疲勞壽命的影響，結(jié)果表明含有8%Y203(質(zhì)量分?jǐn)?shù)）穩(wěn)定的YSZ的熱疲勞壽命最高。熱障涂層的熱疲勞壽命除了與YSZ的成分有關(guān)外，還與結(jié)合層的成分有關(guān)，而結(jié)合層的組成與組織影響YSZ與結(jié)合層之間的熱生長氧化膜(TGO:thermalgrowthoxide)的特性。圖20為采用不同合金結(jié)合層試驗(yàn)得到的合金種類對熱障涂層壽命的比較，鎳基涂層呈現(xiàn)較高的熱疲勞壽命。

當(dāng)YSZ熱障涂層在超過1300℃的高溫下使用時(shí)，隨保溫時(shí)間的延長將發(fā)生涂層的燒結(jié)從而導(dǎo)致涂層的收縮，如圖21所示，在1300oC下保溫50h后將收縮約0.2%,溫度越高，收縮越嚴(yán)重，因此替代YSZ的高溫穩(wěn)定熱障涂層材料的開發(fā)為目前TBC研究的重要方向之一。

近年來，固體氧化物燃料電池技術(shù)的開發(fā)越來越受到關(guān)注，等離子噴涂固體電解質(zhì)YSZ涂層在電池制造中顯示出較好的應(yīng)用前景。圖22為不同穩(wěn)定劑M2〇3含量對YSZ電導(dǎo)率的影響，其中8%Y2O3(摩爾分?jǐn)?shù)）穩(wěn)定的表現(xiàn)出較高的電導(dǎo)率。使用真空等離子噴涂的薄YSZ涂層作電解質(zhì)的電池，顯示出優(yōu)越的輸出特性（圖23)�；�于氧化鋯的氧離子導(dǎo)電的電解質(zhì)特性，基于YSZ的氧傳感器的熱噴涂制造也已經(jīng)用于生產(chǎn)。