CN109680237B - 一种微纳米复合层叠梯度结构热障涂层及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种微纳米复合层叠梯度结构热障涂层及其制备方法，涂层由N个亚层堆叠构成，每个亚层的厚度与其热导率之比相等，且亚层的热导率由靠近粘结层的第一亚层向等N亚层等差递减；每个亚层均由第一热障涂层材料粉末和第二热障涂层材料粉末交替分层沉积形成；第一热障涂层材料粉末形成致密度大于90％的片层单元，第二热障涂层材料粉末形成致密度小于60％的片层单元；第二热障涂层材料体积占热障涂层总体积的10％～50％。本发明所提出的微纳米复合层叠梯度结构热障涂层，实现了陶瓷涂层在高温环境下抗烧结的目的，且通过梯度设计突破单一结构涂层的厚度对隔热能力和服役寿命的反向制约关系，确保了新型结构的抗烧结、长寿命的协同设计。

Description

一种微纳米复合层叠梯度结构热障涂层及其制备方法
技术领域
本发明属于涂层技术领域，特别涉及一种微纳米复合层叠梯度结构热障涂层及其制备方法。
背景技术
热障涂层(Thermal barrier coatings,TBC)是一种起隔热作用的功能涂层，多采用热导率较低的陶瓷材料，通过热喷涂的方法制备。所得到的结构内含有大量的微米和亚微米级微孔隙，从而使得涂层的结构热导率在原有低导热材料的基础上进一步降低。因此，厚度300～500μm的TBC可实现50～300℃的温度降。以目前广泛使用的氧化钇稳定的氧化锆(Yttria stabilized zirconia,YSZ)材料为例，YSZ块材的热导率约为2.5W/m·K，而采用等离子喷涂制备的YSZ涂层的热导率则约为1.0W/m·K。因此，TBC广泛应用于航空发动机和燃气轮机的高温热端金属构件，作为“隔热防护衣”实现合金基体的更高承温能力，进而提高发动机推重比和效率等。评价热障涂层性能的两个最基本特征为其隔热能力和服役寿命。
热障涂层的隔热功能高度依赖于其内部的大量孔隙。在实际服役过程中，陶瓷热障涂层需长时间暴露于超高温环境下，这使得涂层内部的孔隙在烧结的作用下大量愈合，从而显著降低涂层的隔热能力。例如，在1200℃热暴露50小时，以YSZ制备的TBC的热导率将从初始态的～1.0W/m·K升至～2.0W/m·K，隔热能力直接下降50％。因此，提高热障涂层的抗烧结性，是保证热障涂层高性能服役的关键。
热障涂层的寿命和其在服役过程中的开裂驱动力相关。热障涂层在服役过程中会受到应力的影响，包括制备过程中的残余应力和服役过程中由于启停而引发的涂层/基体热失配应力。服役应力作用于一定厚度的涂层，并逐渐累积应变能量释放率(Gi)。当Gi超过涂层自身的临界应变能量释放率(Gic)时，涂层就会开裂剥落。因此，延长服役寿命的关键就是减小涂层服役过程中的应变能量释放率。该应变能量释放率和涂层的厚度正相关。值得一提的是，涂层的隔热温度也和涂层的厚度正相关。因此，如何在保证隔热功能性的前提下，合理降低涂层厚度，将是延长TBC服役寿命的有效途径。
综上，实现TBC高隔热的关键就是在热暴露中保证隔热孔隙的稳定存在，延长TBC服役寿命的关键就是合理优化设计涂层的厚度，以实现抗烧结长寿命的协同设计。
发明内容
本发明的目的在于提供一种微纳米复合层叠梯度结构热障涂层及其制备方法，旨在实现抗烧结、长寿命的协同设计。微纳米复合层叠结构可使涂层在高温服役中通过孔隙的自发再生保持高的隔热功能，梯度结构可在保证涂层隔热功能性的前提下，基于等隔热设计实现涂层整体厚度的合理降低，从而达到抗烧结、长寿命的协同设计，实现新一代高性能热障涂层的制备。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种微纳米复合层叠梯度结构热障涂层，包括金属粘结层和设置在金属粘结层上的陶瓷隔热层；陶瓷隔热层由N个亚层堆叠构成，N为取值范围为2～20的自然数，不同亚层的厚度与其热导率的比值相等，且N个亚层的热导率由第一亚层向第N亚层等差递减；每个亚层交替设置的第一涂层和第二涂层，第一涂层包括若干层第一片层单元，第二涂层包括若干间隔设置在第一涂层上的第二片层单元；亚层的底层为第一涂层，非底层的第一涂层覆盖其下方的第一涂层和第二片层单元；第一片层单元由第一热障涂层材料制成，第二片层单元由第二热障涂层材料制成。
进一步的，所有第二片层单元体积为所有第一片层单元和所有第二片层单元总体积的10％～50％。
进一步的，沿热流方向相邻的第二片层单元纵向间隔M层第一片层单元，M为10-100内的自然数。
进一步的，第一片层单元由熔滴铺展重新凝固形成，第一片层单元的致密度＞90％，垂直于热流方向的尺寸为5μm～40μm，沿热流方向的尺寸为0.5～5μm；第一片层单元所用材料为1000℃～1600℃条件下热导率低于2.5W/m·K的陶瓷材料；第二片层单元由以第二热障涂层材料纳米颗粒为溶质组成的悬浮液滴铺展而成，为颗粒堆积结构，第二片层单元的致密度＜60％；第二片层单元沿垂直于热流方向的尺寸为10～300μm，沿平行于热流方向尺寸为0.5～15μm，纳米颗粒的粒径为5～200nm；第二片层单元所用材料为1000℃～1600℃条件下热导率低于2.5W/m·K的陶瓷材料。
进一步的，隔热层的第一亚层的热导率小于或等于隔热层所用第一热障涂层材料本征热导率的60％。
进一步的，第一热障涂层材料和第二热障涂层材料为氧化钇稳定的氧化锆、稀土锆酸盐、铈酸盐、稀土磷酸盐、稀土钽酸盐或LaMgAl11O19。
进一步的，所有亚层中，相邻两层的第一片层单元的层间结合率小于或等于50％；相邻两层第一片层单元之间具有层间微孔隙，层间微孔隙在垂直于热流方向尺寸为1～40μm，平行于热流方向尺寸0.01～0.5μm；同一层中，相邻两个第一片层单元之间具有层内微裂纹，层内微裂纹在垂直于热流方向尺寸为0.01～0.8μm，平行于热流方向尺寸0.5～5μm。
进一步的，N个亚层的热导率的递减公差为0.1～0.5W/m·K。
一种微纳米复合层叠梯度结构热障涂层的制备方法，包含以下步骤：
步骤1，在基体上采用喷涂方法沉积金属，形成厚度为100μm～150μm的金属粘结层；
步骤2，采用混合喷涂的方法，在金属粘结层上依次沉积隔热层的N个亚层，并通过调整喷涂参数，使不同亚层的厚度与其热导率的比值相等，且亚层的热导率由第一亚层向第N亚层等差递减；
每个亚层的制作过程相同，均包括以下步骤：步骤2.1、沉积第一热障涂层材料，形成第一涂层；2.2、在第一涂层上喷涂浓度为2mol/L～5mol/L的第二热障涂层材料粉末的悬浮液，然后重复2.1～2.2，直至各亚层达到设计厚度。
进一步的，步骤2所述的调整喷涂参数为改变第一热障涂层材料的喷涂距离，喷涂距离范围为60mm～150mm。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明公开一种微纳米复合层叠梯度结构热障涂层，基于成熟低成本的等离子喷涂工艺，在传统的致密微米片层内部引入由疏松纳米颗粒堆形成的新型片层；同时通过热导率递减的梯度亚层，制备出具有微纳米复合层叠梯度结构的热障涂层。致密微米片层和疏松纳米颗粒堆在高温下由于反向收缩而在其界面自发形成新型的孔隙，且该孔隙取向和热流方向垂直，从而缓解热导率的降低，使得TBC在高温服役中保持高的隔热性能。
为了延长涂层的服役寿命，本发明通过改变喷涂参数实现热导率递减的梯度结构设计，在与传统涂层等隔热的条件下，通过涂层厚度的减小显著降低了膜基体系在服役过程中的开裂剥落驱动力，以实现TBC长寿命服役的目的。本发明通过微纳米复合层叠梯度结构设计，在保证TBC隔热能力的前提下，显著提升涂层的服役寿命，对新型高性能热障涂层的发展具有重要影响。
通过微纳米复合层叠和梯度结构的协同设计，克服了高温热暴露引发的涂层的隔热性能急剧衰退，突破了单一结构涂层的厚度对隔热能力和服役寿命的反向制约关系，降低了涂层开裂的驱动力，从而确保了新型结构热障涂层的高隔热、长寿命的协同设计。且，新型结构以低成本成熟的热喷涂工艺为基础，具有可行性强、可快速实现工程化应用的特征。
涂层的长寿命通过梯度结构降低整体厚度来实现。梯度结构由N个亚层构成，每个亚层的厚度和热导率之比相等，且亚层的热导率由第一亚层到第N亚层等差递减。因此，第一亚层到第N亚层的厚度也必然逐渐降低。第一亚层的热导率和传统涂层相同，厚度为传统涂层厚度的1/N，因此，传统涂层可视为由N个第一亚层构成，而本发明所设计的梯度结构由第一亚层到第N亚层构成，因此本发明所提出的梯度结构可降低涂层整体厚度。另一方面，涂层的隔热性能可用其面积热阻来表示，面积热阻即为涂层的厚度和热导率之比。由于所有亚层的面积热阻均相同，因此本发明所设计的梯度结构和传统由N个第一亚层堆叠而成的涂层的面积热阻相同。基于此，本发明提出的梯度结构可在不削弱隔热功能的前提下，降低涂层的整体厚度。
涂层的抗烧结通过亚层内的致密微米片层和疏松纳米颗粒堆的复合层叠结构而实现。在高温服役中，由于疏松纳米颗粒堆的收缩程度要远大于致密微米片层，致密微米片层和疏松纳米颗粒堆的界面会张开形成新的孔隙，有效阻隔热流，达到整体抗烧结的目的。
附图说明
图1为本发明微纳米梯度结构热障涂层的断面形貌示意图；
图2为实施例1制备的微纳米梯度结构热障涂层的断面形貌示意图；
图3为热暴露后微纳米梯度结构热障涂层的断面形貌示意图；
附图中：1-基体，2-金属粘结层，3-陶瓷隔热层，31-第一亚层，32-第二亚层，33-第三亚层，4-第一片层单元，5-第二片层单元，6-层间微孔隙，7-层内微裂纹，8-高温服役形成的孔隙。
具体实施方式
以下是发明人给出的具体实施例，需要说明的是，这些实施例是本发明较优的例子，用于本领域的技术人员理解本发明，但本发明并不局限于这些实施例。
实施例1
请参阅图2所示，以陶瓷隔热层3有三层亚层为例，说明本发明的制备方法。
本发明提供一种微纳米复合层叠梯度结构热障涂层的制备方法，包含以下步骤：
步骤1，在圆柱形高温合金基体1表面采用低压等离子喷涂工艺制备100μm厚的金属粘结层2。金属粘结层2的材料选用球形NiCoCrAlTaY粉末，粒径为10μm～40μm。
步骤2，采用混合喷涂的方法在金属粘结层2上制备陶瓷隔热层的第一亚层31，具体包括以下步骤：
步骤2.1、采用粒径为20μm～50μm的氧化钇稳定氧化锆熔炼破碎粉末，通过大气等离子技术喷涂制备出φ25.4mm×20μm第一涂层，第一涂层由15～25层第一片层单元4堆叠而成，第一片层单元4是由第一热障涂层材料粉末熔化后撞击至金属粘结层2上，并经铺展凝固而形成；第一片层单元4沿垂直于热流方向的尺寸为5～40μm，沿平行于热流方向尺寸为0.5～5μm；相邻两层第一片层单元4之间包含层间微孔隙6，同一层中，相邻的两个第一片层单元4之间具有层内微裂纹7；层间微孔隙6在垂直于热流方向尺寸为1～40μm，平行于热流方向尺寸0.01～0.5μm；层内微裂纹7在垂直于热流方向尺寸为0.01～0.8μm，平行于热流方向尺寸0.5～5μm。喷涂功率为39kW，主气氩气为50L/min，辅气氢气为7L/min，喷涂距离60mm，走枪速率800mm/s。
步骤2.2、采用悬浮液液料喷涂技术喷涂浓度为5mol/L的纳米YSZ分散液，在已沉积的第一涂层上喷涂形成若干个垂直于热流方向尺寸为10～300μm，平行于热流方向尺寸为0.5～15μm的第二片层单元5，喷涂功率为39kW，主气氩气为60L/min，辅气氢气为4L/min，喷涂距离200mm，走枪速率1500mm/s，液流速率为20mL/min；
步骤2.3、在步骤2.1形成的第一涂层和步骤2.2形成的第二片层单元5上采用大气等离子技术再覆盖一层第一涂层，第一涂层包括15～25层第一片层单元4；第一片层单元4由第一热障涂层材料粉末熔化后撞击至步骤2.1形成的第一涂层和步骤2.2形成的第二片层单元5上，并经铺展凝固而形成。
步骤2.4、依次重复步骤2.2～步骤2.3，直至第一亚层31厚度达到140μm，热导率为1.4W/m·K。
步骤3，增加等离子喷涂沉积第一片层单元4的喷涂距离，在第一亚层31上制备陶瓷层的第二亚层32，具体如下：
步骤3.1、采用粒径为20μm～50μm的8YSZ熔炼破碎粉末，通过大气等离子技术喷涂制备出φ25.4mm×20μm的第一涂层，第一涂层由15～25层第一片层单元4堆叠而成，第一片层单元4是由第一热障涂层材料粉末熔化后撞击至亚层31上，并经铺展凝固而形成；第一片层单元4沿垂直于热流方向的尺寸为5～40μm，沿平行于热流方向尺寸为0.5～5μm；相邻两层第一片层单元4之间包含层间微孔隙6，同一层中，相邻的两个第一片层单元4之间具有层内微裂纹7，层间微孔隙6在垂直于热流方向尺寸为1～40μm、平行于热流方向尺寸0.01～0.5μm，层内微裂纹7在垂直于热流方向尺寸为0.01～0.8μm，平行于热流方向尺寸0.5～5μm。喷涂功率为39kW，主气氩气为50L/min，辅气氢气为7L/min，喷涂距离70mm，走枪速率800mm/s。
步骤3.2、采用悬浮液液料喷涂技术喷涂浓度为5mol/L的纳米YSZ分散液，在已沉积的第一涂层上喷涂形成若干垂直于热流方向尺寸为10～300μm，平行于热流方向尺寸为0.5～15μm的第二片层单元5,喷涂功率为39kW，主气氩气为60L/min，辅气氢气为4L/min，喷涂距离200mm，走枪速率1500mm/s，液流速率为20mL/min；
步骤3.3、在步骤3.1形成的第一涂层和步骤3.2形成的第二片层单元5上采用大气等离子技术再覆盖一层第一涂层，第一涂层包括15～25层第一片层单元4；第一片层单元4由第一热障涂层材料粉末熔化后撞击至步骤3.1形成的第一涂层和步骤3.2形成的第二片层单元5上，并经铺展凝固而形成。
步骤3.4、依次重复步骤3.2～步骤3.3，直至第二亚层32总厚度达到130μm，热导率为1.3W/m·K。
步骤4，进一步增加等离子喷涂沉积第一片层单元4的喷涂距离，在亚层32上制备陶瓷层的第三亚层33，具体如下：
步骤4.1、采用粒径为20μm～50μm的8YSZ熔炼破碎粉末，通过大气等离子技术喷涂制备出φ25.4mm×20μm的第一涂层，第一涂层由15～25层第一片层单元4堆叠而成，第一片层单元4是由第一热障涂层材料粉末熔化后撞击至亚层32上，并经铺展凝固而形成；第一片层单元4沿垂直于热流方向的尺寸为5～40μm，沿平行于热流方向尺寸为0.5～5μm；相邻两层第一片层单元4之间包含层间微孔隙6，同一层中，相邻的两个第一片层单元4之间具有层内微裂纹7；层间微孔隙6在垂直于热流方向尺寸为1～40μm、平行于热流方向尺寸0.01～0.5μm，层内微裂纹7在垂直于热流方向尺寸为0.01～0.8μm，平行于热流方向尺寸0.5～5μm。喷涂功率为39kW，主气氩气为50L/min，辅气氢气为7L/min，喷涂距离80mm，走枪速率800mm/s；
步骤4.2、采用悬浮液液料喷涂技术喷涂纳米YSZ分散液，在已沉积的第一涂层上喷涂形成若干垂直于热流方向尺寸为10～300μm，平行于热流方向尺寸为0.5～15μm的第二片层单元5，喷涂功率为39kW，主气氩气为60L/min，辅气氢气为4L/min，喷涂距离200mm，走枪速率1500mm/s，液流速率为20mL/min；
步骤4.3、在步骤4.1形成的第一涂层和步骤4.2形成的第二片层单元5上采用大气等离子技术再覆盖一层第一涂层，第一涂层包括15～25层第一片层单元4；第一片层单元4由第一热障涂层材料粉末熔化后撞击至步骤4.1形成的第一涂层和步骤4.2形成的第二片层单元5上，并经铺展凝固而形成。
步骤4.4、依次重复步骤4.1～步骤4.2，直至第三亚层33总厚度达到120μm，热导率为1.2W/m·K。
基于以上工艺，制备出一种微纳米复合层叠梯度结构热障涂层，如图2所示。该热障涂层隔热层包含3个亚层，不同亚层的厚度与其热导率的比值相等，且亚层的热导率由亚层33向亚层31等差递减，公差为0.1W/m·K。
实施例2
本实施例与实施例1的不同之处在于，步骤1中，采用的热喷涂方法为真空等离子喷涂或超音速火焰喷涂或冷喷涂。
实施例3
本实施例与实施例1的不同之处在于，步骤1中，金属粘结层2的厚度为125μm。
实施例4
本实施例与实施例1的不同之处在于，步骤1中，金属粘结层2的厚度为150μm。
实施例5
本实施例与实施例1的不同之处在于，步骤3中，等离子喷涂沉积第一片层单元4的喷涂距离为90mm，第二亚层32的总厚度为110μm，热导率为1.1W/m·K；步骤4中，等离子喷涂沉积第一片层单元4的喷涂距离为120mm，第三亚层33的总厚度为80μm，热导率为0.8W/m·K，即亚层的热导率递减公差为0.3W/m·K。
实施例6
本实施例与实施例1的不同之处在于，只包含亚层31和亚层32两个亚层，且步骤3中，等离子喷涂沉积第一片层单元4的喷涂距离为110mm，第二亚层32的总厚度为90μm，热导率为0.9W/m·K，即亚层的热导率递减公差为0.5W/m·K；无步骤4。
实施例7
本实施例与实施例1的不同之处在于，步骤2～步骤4中，所用纳米YSZ悬浮液浓度为2mol/L。
实施例8
本实施例与实施例1的不同之处在于，步骤2～步骤4中，所用纳米YSZ悬浮液浓度为3.5mol/L。
参照图1，一种微纳米复合层叠梯度结构热障涂层，由金属粘结层2和陶瓷隔热层3构成；陶瓷隔热层3由N个亚层堆叠构成，N为自然数，N的取值范围为2～20，每个亚层的厚度与其热导率的比值相同，且亚层的热导率由第一亚层向第N亚层等差递减，公差为0.1～0.5W/m·K，其中，第一亚层31与金属粘结层2相接；隔热层3的第一亚层31的热导率小于或等于隔热层3所用第一热障涂层材料本征热导率的60％。
每个亚层包括若干层复合热障涂层，复合热障涂层包括交替设置的第一涂层和第二涂层，第二涂层包括若干间隔设置的第二片层单元5，其中最下面一层为第一涂层，其他层的第一涂层覆盖其下方的第一涂层和第二片层单元5。第一涂层包括若干层第一片层单元4。
复合热障涂层由第一热障涂层材料粉末和第二热障涂层材料粉末交替分层沉积形成复合层状结构热障涂层；第一热障涂层材料粉末沉积形成第一片层单元4，第一涂层的片层致密度大于90％；第二热障涂层材料粉末沉积形成第二片层单元5，第二片层单元5的片层致密度小于60％。片层单元4和片层单元5致密度的差异，是为了在高温热暴露中由于烧结收缩程度差异而在界面形成高温服役形成的孔隙8。
每个亚层均由第一片层单元4和第二片层单元5复合堆叠而成；所有第二片层单元5体积含量为所有第一片层单元4和所有第二片层单元5体积之和的10％～50％。10％的下限可确保高温服役形成一定量的新孔隙，实现抗烧结的效果；50％的上限则是为了避免过多的高温服役形成的孔隙7形成，而造成开裂剥落。
第二片层单元5间隔设置在第一涂层上，且其覆盖其下的第一涂层的表面积的10％～50％，下限是保证形成一定的孔隙隔热，上限是避免形成过大的孔隙影响服役寿命。
第一片层单元4由熔滴铺展重新凝固形成；片层致密度＞90％；第一片层单元4沿垂直于热流方向的尺寸为5～40μm，沿平行于热流方向尺寸为0.5～5μm；所用材料为1000℃～1600℃高温条件下热导率低于2.5W/m·K的陶瓷材料；
第二片层单元5由悬浮液滴铺展而成的颗粒堆积结构形成，致密度＜60％，单个第二热障涂层材料粉末的粒径为5～200nm；第二片层单元5沿垂直于热流方向的尺寸为10～300μm，沿平行于热流方向尺寸为0.5～15μm；所用材料为1000℃～1600℃高温条件下热导率低于2.5W/m·K的陶瓷材料。
相邻第二涂层在复合层状结构热障涂层内纵向间隔M层第一片层单元4，M为自然数，M的取值范围为10-100。M的取值范围上限100可确保涂层在高温服役中，形成一定量的新孔隙以实现抗烧结的目的；M的取值范围下限10可避免相邻的新孔隙相连接，形成过大孔隙而引发涂层开裂剥落。
第一热障涂层材料粉末和第二热障涂层材料粉末为氧化钇稳定的氧化锆、稀土锆酸盐、铈酸盐、稀土磷酸盐、稀土钽酸盐或LaMgAl11O19。为避免异质材料的相容性问题，第一热障涂层材料和第二热障涂层材料优选同质材料。
第一至第N亚层内相邻第一片层单元4的层间结合率小于或等于50％；相邻第一片层单元4之间还留有层间微孔隙6和层内微裂纹7，层间微孔隙6在垂直于热流方向尺寸为1～40μm、平行于热流方向尺寸0.01～0.5μm，层内微裂纹7在垂直于热流方向尺寸为0.01～0.8μm，平行于热流方向尺寸0.5～5μm。
参照图3，在服役过程中，由于第二片层单元5与第一片层单元4的收缩方向相反，且疏松，第二片层单元5的收缩程度较第一片层单元4大，从而在第一片层单元4和第二片层单元5之间的界面自发形成若干垂直于热流方向的高温服役形成的孔隙8，延缓性能衰退，达到整体抗烧结的目的。
同时，梯度结构可在保证涂层隔热温度不降低的情况下，通过减厚设计降低涂层在服役中的应变能量累积，达到长寿命服役的目的。
本发明所提出的微纳米梯度结构热障涂层，实现了陶瓷涂层在高温环境下抗烧结的目的，且通过梯度设计突破单一结构涂层的厚度对隔热能力和服役寿命的反向制约关系，确保了新型结构的抗烧结、长寿命的协同设计。

Claims (10)

1.一种微纳米复合层叠梯度结构热障涂层，其特征在于，包括金属粘结层(2)和设置在金属粘结层(2)上的陶瓷隔热层(3)；所述陶瓷隔热层(3)由N个亚层堆叠构成，N的取值范围为2～20的自然数，N个亚层包括自下至上依次设置的第一亚层至第N亚层，不同亚层的厚度与其热导率的比值相等，且所述N个亚层的热导率由第一亚层(31)向第N亚层等差递减；
每个亚层交替设置的第一涂层和第二涂层，所述第一涂层包括若干层第一片层单元(4)，所述第二涂层包括若干间隔设置在第一涂层上的第二片层单元(5)；所述亚层的底层为第一涂层，亚层中非底层的第一涂层覆盖其下方的第一涂层和第二片层单元(5)；所述第一片层单元(4)由第一热障涂层材料制成，所述第二片层单元(5)由第二热障涂层材料制成。
2.根据权利要求1所述的一种微纳米复合层叠梯度结构热障涂层，其特征在于，所有所述第二片层单元(5)的体积为所有所述第一片层单元(4)和所有所述第二片层单元(5)总体积的10％～50％。
3.根据权利要求1所述的一种微纳米复合层叠梯度结构热障涂层，其特征在于，沿热流方向相邻的第二片层单元(5)纵向间隔M层第一片层单元(4)，所述M为10-100内的自然数。
4.根据权利要求1所述的一种微纳米复合层叠梯度结构热障涂层，其特征在于，所述第一片层单元(4)由熔滴铺展重新凝固形成，且所述第一片层单元(4)的致密度＞90％，垂直于热流方向的尺寸为5μm～40μm，沿热流方向的尺寸为0.5～5μm；所述第一片层单元(4)所用材料为1000℃～1600℃条件下的热导率低于2.5W/m·K的陶瓷材料；
所述第二片层单元(5)由以第二热障涂层材料纳米颗粒为溶质组成的悬浮液滴铺展而成，第二片层单元(5)为颗粒堆积结构，第二片层单元(5)的致密度＜60％；所述第二片层单元(5)沿垂直于热流方向的尺寸为10μm～300μm，沿平行于热流方向尺寸为0.5μm～15μm，纳米颗粒的粒径为5nm～200nm；第二片层单元(5)所用材料为1000℃～1600℃条件下的热导率低于2.5W/m·K的陶瓷材料。
5.根据权利要求1所述的一种微纳米复合层叠梯度结构热障涂层，其特征在于，所述隔热层(3)的第一亚层(31)的热导率小于或等于隔热层(3)所用第一热障涂层材料本征热导率的60％。
6.根据权利要求1所述的一种微纳米复合层叠梯度结构热障涂层，其特征在于，所述第一热障涂层材料和所述第二热障涂层材料为氧化钇稳定的氧化锆、稀土锆酸盐、铈酸盐、稀土磷酸盐、稀土钽酸盐或LaMgAl11O19。
7.根据权利要求1所述的一种微纳米复合层叠梯度结构热障涂层，其特征在于，所有所述亚层中，相邻两层的第一片层单元(4)的层间结合率小于或等于50％；相邻两层第一片层单元(4)之间具有层间微孔隙(6)，层间微孔隙(6)在垂直于热流方向尺寸为1μm～40μm，平行于热流方向尺寸0.01μm～0.5μm；同一层中，相邻两个第一片层单元(4)之间具有层内微裂纹(7)，层内微裂纹(7)在垂直于热流方向尺寸为0.01μm～0.8μm，平行于热流方向尺寸0.5μm～5μm。
8.根据权利要求1所述的一种微纳米复合层叠梯度结构热障涂层，其特征在于，N个亚层的热导率的递减公差为0.1W/m·K～0.5W/m·K。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的一种微纳米复合层叠梯度结构热障涂层的制备方法，其特征在于，包含以下步骤：
步骤1，在基体(1)上采用喷涂方法沉积金属，形成厚度为100μm～150μm的金属粘结层(2)；
步骤2，采用混合喷涂的方法，在金属粘结层(2)上依次沉积隔热层(3)的N个亚层，并通过调整喷涂参数，使不同亚层的厚度与其热导率的比值相等，且亚层的热导率由第一亚层(31)向第N亚层等差递减；
每个亚层的制作过程相同，均包括以下步骤：步骤2.1、沉积第一热障涂层材料，形成第一涂层；2.2、在第一涂层上喷涂浓度为2mol/L～5mol/L的第二热障涂层材料粉末的悬浮液；步骤2.3，重复2.1～2.2，直至各亚层达到设计厚度。
10.根据权利要求9所述的一种微纳米复合层叠梯度结构热障涂层的制备方法，其特征在于，步骤2所述的调整喷涂参数为改变第一热障涂层材料的喷涂距离，喷涂距离范围为60mm～150mm。
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