大气等离子体喷涂(APS)是一种以高温高速的等离子射流为热源的热喷涂方法，在国防、航空航天和能源等核心领域有广泛而重要的应用。该工艺制备的涂层由大量扁平状的单片层堆叠构成。作为涂层的特征单元，单片层的形貌特征及单片层之间的堆叠行为对涂层的微结构和性能至关重要。　　本文以氧化钇部分稳定氧化锆(YSZ)的单片层形貌特征为着眼点，以实验的方法探究原料类型、衬底表面形貌、衬底温度等对单片层形成过程以及涂层微结构和性能的影响。获得的主要结果有:　　1.采用面向工程应用的等离子体喷涂工艺，通过自行研制的具有极限温度高、加热速率快、温度精确且稳定等特点的高效单片层采集机构，有效获取YSZ单片层。　　2.探查了衬底温度和形貌等客体因素在单片层形成过程中的作用。对于APS和悬浮液等离子体喷涂(SPS)工艺，衬底加热与否对单片层的数量密度、外形和尺寸分布等特征影响显著;相比之下，加热温度在300-900℃范围内的调控对上述特征影响不明显。实验工作揭示，实际工程应用中，在喷涂初期对衬底的适度加热即可获得较好的沉积效率和界面结合。　　3.基于单片层的特征铺展尺度和衬底形貌特征，提出了微纳米级别的多尺度分级粗糙概念。起伏周期、幅度与单片层尺寸相匹配的衬底“亚粗糙”对单片层的形成和界面结合影响显著。实验结果展示，实践中常用的轮廓算术平均偏差具有一定的局限性，建议使用多级函数的表达形态对衬底表面微纳米级别的起伏实现有效表征。　　4.基于APS单片层堆叠特征的解析，首次对其层间界面的结合状态提出了明确分类:Ⅰ型界面的形成时间间隔小，结合紧密;Ⅱ型界面对应的时间间隔大，结合相对薄弱。纵向裂纹易于穿过Ⅰ型界面，但在Ⅱ型界面处发生终止或偏转。对Ⅱ型界面的优化设计和涂层中纵向分区裂纹结构的有效调控是提高涂层热循环寿命的关键。通过工艺优化，所制备热障涂层的热循环寿命提高了16-32倍。　　5.通过TEM对SPS单片层的观察，发现单片层由四方相结构的单晶粒构成。由于熔滴轨迹偏转和“阴影效应”，单片层的堆叠呈现非均匀沉积特性，形成了包含两类裂纹的“菜花”状微结构。其中Ⅰ型裂纹垂直于衬底，有利于涂层应变容限的改善和抗热冲击性能的提升;Ⅱ型裂纹与沉积方向近似成45°角，能提高涂层的隔热性能。以SPS工艺制备的热障涂层比同厚度APS热障涂层的热冲击寿命更高。