热障涂层材料的制备方法多种多样，在众多的制备方式中，以等离子喷涂(plasma spraying ,PS)和电子束物理气相沉积(electron beam physical vapor deposition, EB-PVD)最为常用。
等离子喷涂技术是二十世纪五十年代开发出来的一种表面处理工艺，是最早用于制造热障涂层的制备工艺，包括大气等离子喷涂，真空等离子喷涂，保护气氛等离子喷涂和水稳等离子喷涂等多种。主要过程如图1所示：(1)在工作电压下，用等离子喷枪将工作气体电离成等离子射流;(2)将喷涂使用的粉末输送进等离子射流中，使其迅速加热达到熔融或半熔融颗粒状态;(3)这种状态下的颗粒随着高速射流击打在经过处理的金属基体表面上，与基体发生强烈碰撞，从而被碾成扁平状并快速凝固;(4)无数变形粒子相互交错，随时间一层层叠加，形成粘结层或者陶瓷层。在喷涂和冷却的过程中，由于空气中的灰尘或颗粒加热时间不够没有融化，会使涂层内有夹杂，同时由于粒子的相互叠加，会使涂层会形成一定量的孔隙和平行于界面的微裂纹。
图1 等离子喷涂技术的工作原理图
电子束物理气相沉积是一种蒸镀方法，以高能电子束为热源，从而对源材料进行加热、蒸发、沉积，设备工作原理示意如图2所示。用该方法制备热障涂层要经历以下三个步骤: (1)蒸发气化源材料:在低压真空环境下，将涂层源材料置于柑祸内，通过磁场或电场使高能电子束聚焦其上，使之达到熔化气化状态;(2)稀薄气氛把蒸气输送到基体上:气化后的涂层源材料会以分子或原子的形式存在，在稀薄气氛的输送下离开靶源以直线形式运动到柑祸顶部的基底表面;(3)形成涂层或薄膜:涂层材料气相分子按照一定比例沉积在基地表面，在基材上冷凝，形成涂层。
图2 EB-PVD设备工作原理示意图
热障涂层的形成过程决定了涂层的特点，工艺的差异使得EB-PVD涂层与PS涂层有着截然不同的微观组织和性能。如图3所示:等离子喷涂法制备的涂层依稀呈层状结构，组织疏松，并且层内含有密集的孔隙以及细小裂纹，这些孔洞和裂纹的存在使得该陶瓷层的弹性模量较小，受载能力较低，但同时，这种疏松结构也有促于提高涂层的隔热性能;物理气相沉积法制备出的涂层结构呈柱状晶，使得该陶瓷层的应变容限相对于等离子喷涂的层状结构更大，并且致密性高，不容易氧化，并且具有更好的抗腐蚀和抗冲蚀能力。
图3 典型的(a) EB-PVD, (b) PS TBCs的扫描电镜照片
虽然研究表明EB-PVD热障涂层的冲蚀性能优于PS热障涂层，但从制备工艺上说，EB-PVD制备法沉积速度慢、材料质量难以控制，且需要的设备也复杂，因此具有效率低、成本高等缺陷，且对制备的试样有要求一一面积小、结构简单等。因此PS热障涂层在航空工业的应用也不可替代。目前，在涡轮发动机的工作叶片上通常使用EB-PV D热障涂层，而在燃烧室导向叶片、室壁、流道等处多使用PS热障涂层。
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