等离子喷涂制备金属/陶瓷梯度热障涂层实质过程可类似于制备多层复合涂层，由于涂层成分呈梯度式规律变化，与双层热障涂层相比，梯度热障涂层的组织结构有独特的特点，一是涂层内部没有明显界面，二是涂层微观结构呈规律性变化，三是喷涂过程中金属成分易被氧化。典型的双层热障涂层和金属/陶瓷梯度热障涂层的微观形貌、元素分析所示，可以明显观察到，两种涂层形貌保持了等离子喷涂涂层的基本特点：涂层整体由层片状扁平粒子堆叠而成，内部包含诸如夹杂物、微裂纹、孔隙、氧化物、未熔化和半熔化粒子等缺陷；金属涂层致密、结构均匀、缺陷少，陶瓷涂层致密性差、缺陷多；双层热障涂层陶瓷层和粘结层的界面明显，表现出严重的性能差异，是涂层界面分层失效的主要原因。梯度热障涂层中间过渡层区域由于成分梯度变化，各层之间没有明显界面，涂层微观结构逐渐发生改变，缓解了性能突变，提高了涂层服役性能。随着金属组分逐渐减少，涂层形貌由层片状变为弥散状。随着陶瓷组分逐渐增加，由于陶瓷材料难以熔化，与金属材料的热膨胀系数差异大，润湿性差，涂层形貌由弥散状变为多孔状， 内部微裂纹、气孔等缺陷不断增加，NiCrAlY/YSZ梯度热障涂层的孔隙率由1%增长到顶层的11%，孔隙率的增加不利于涂层结合强度的提高，但利于降低涂层热导率，提高涂层的隔热性能。此外，陶瓷粉末颗粒粒径小，成形过程中塑性变形小，陶瓷组分的增加使得涂层表面粗糙度降低，Ni5Al/MSZ五层梯度热障涂层由基体到表面，各层表面粗糙度由Ra17.3降低到Ra8.9，在一定程度上能够缓解涂层在表面或界面的应力集中现象。等离子喷涂技术具有射流温度高、沉积时间短的特点，在喷涂过程中，涂层极易产生相变、氧化，即使改进喷涂工艺，也无法彻底消除金属元素的氧化。在制备过程中，易氧化的金属元素从合金中析出形成氧化物，分布在合金片层边缘或与陶瓷成分良好的混合，氧化物的形成促进了涂层内部的结合，提高了涂层致密性。金属材料中的Al 元素易氧化生成Al2O3，Al2O3呈层片状分布在Ni基合金边缘，或Al2O3与ZrO2相互混合，由于Al2O3和ZrO2的互溶度不高，ZrO2边缘出现明显的析出现象。
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