氧化鋯陶瓷涂層由于其優越的耐高溫性能與低的熱導率，廣泛用作航空發動機與燃氣輪機等的熱障涂層（ThennalBanierCoatings:TBCs)。同時，由于具有良好的高溫穩定性，在高溫下具有較高的氧離子電導率，等離子噴涂層還可用作固體氧化物燃料電池的電解質。高溫應用要求涂層具有結構穩定性以及性能穩定性。

如前所述，純氧化鋯的晶體結構隨溫度的升高將發生從單斜晶向正方晶、立方晶變化，而降溫時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定在正方晶或立方晶，避免因溫度變化時的相變引起開裂。

作為熱障涂層常用的氧化鋯為ZrO2-8%Y2O3（8YSZ）(質量分數），ZrO2-CaO(CSZ)。YSZ隨氧化釔含量的不同，晶體結構不同。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，涂層的晶體結構與粉末的晶體結構會產生差異。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成。由于X射線衍射分析時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。解析結果如表16所示，即使含約9%Y203(摩爾分數）的YSZ涂層，在噴涂態主要由正方晶構成。隨熱處理時間的增加，發生從正方晶向單斜晶的轉變，而轉變的量隨1〇3含量增加變得不顯著。對于TBC常用的含4.3%(摩爾分數）（質量分數8%)Y203的YSZ，在1200°C處理后，涂層中正方晶的約三分之一被轉變為單斜晶。對于Y203含量接近20%(摩爾分數）的YSZ，涂層基本由穩定的立方晶構成，含有少量的正方晶與微量的單斜晶，隨熱處理時間的增加，正方晶將向穩定的立方晶轉變。

噴涂態YSZ涂層中的正方晶呈現準穩特征，在應力的作用下發生應變誘致馬氏體型的相轉變，變為單斜晶。用ZrO2-8%Y2O3(質量分數）的粉末制備的涂層進行了顯微硬度測試后，在測試應力的作用下噴涂態的正方晶發生了向單斜晶轉變。這種應變誘發相引起的正方晶向單斜晶的變化因產生體積膨脹，而具有抑制裂紋擴展的作用，為燒結塊材ZrO2增韌的方法之一。

對于致密的ZrO2，晶體結構不同，其熱導率不同，正方晶的熱導率約為立方晶的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構與層狀組織結構。ZrO2-7%Y2O3(摩爾分數）涂層的熱導率為0.95W/(m*K),即使進行熱處理涂層的晶體結構也不發生明顯的變化，因此，在1000°C下經100h熱處理后，熱導率為1.05W/(m*K)，基本上無顯著變化。然而，對于ZrO2-5CaO,涂層經1000°C，100h熱處理后，其熱導率從噴涂態的0.6W/(m*K)增加至1.6W/(m*K),熱導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涂層的溫度擴散系數隨熱處理溫度變化的測試結果，涂層的制備條件如表18所示。結果表明隨涂層制備條件的不同，由于其組織結構不同而使熱物理性能不同。隨電弧功率的增加溫度擴散系數增加，而隨噴涂距離的增加由于孔隙率增加，粒子間的結合率下降使溫度擴散系數降低，YSZ系熱障涂層的熱疲勞壽命與Y2〇3的含量有關，圖19為其含量對熱疲勞壽命的影響，結果表明含有8%Y203(質量分數）穩定的YSZ的熱疲勞壽命最高。熱障涂層的熱疲勞壽命除了與YSZ的成分有關外，還與結合層的成分有關，而結合層的組成與組織影響YSZ與結合層之間的熱生長氧化膜(TGO:thermalgrowthoxide)的特性。圖20為采用不同合金結合層試驗得到的合金種類對熱障涂層壽命的比較，鎳基涂層呈現較高的熱疲勞壽命。

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

近年來，固體氧化物燃料電池技術的開發越來越受到關注，等離子噴涂固體電解質YSZ涂層在電池制造中顯示出較好的應用前景。圖22為不同穩定劑M2〇3含量對YSZ電導率的影響，其中8%Y2O3(摩爾分數）穩定的表現出較高的電導率。使用真空等離子噴涂的薄YSZ涂層作電解質的電池，顯示出優越的輸出特性（圖23)。基于氧化鋯的氧離子導電的電解質特性，基于YSZ的氧傳感器的熱噴涂制造也已經用于生產。