氧化钇部分稳定的氧化锆（Y₂O₃ partially Stabilized ZrO₂,简称YSZ）热障涂层是增强飞机发动机叶片高温性能,提高发动机推重比的主要表面处理技术。然而,高温环境中容易受主要成分为CaO、MgO、Al₂O₃、SiO₂的钙镁铝硅酸盐（简称CMAS）腐蚀,产生应力,造成热障涂层的脱落失效。本文基于第一性原理计算方法,通过计算内聚能、形成焓、断裂功、吉布斯自由能等热力学参数,探索了CMAS腐蚀YSZ过程中的结构稳定性;采用热膨胀系数、残余应力、扩散系数等热力学参数,研究了CMAS/YSZ界面强度及其裂纹萌生、扩展机制;结合Mulliken布居、扩散活化能分析,进一步揭示了YSZ及其掺杂Er后抗CMAS腐蚀的微观机制,得到如下结论:（1）CMAS熔融体吸附到YSZ表面时,会在CMAS/YSZ界面处发生（CaY）和（SiY）的原子扩散,且当Y元素位于YSZ（111）表面层时,（CaY）和（SiY）的扩散不需要克服任何活化能。这种扩散过程可以增强CMAS和削弱YSZ结构稳定性,增强CMAS/YSZ扩散界面的结合强度,导致CMAS更难被剥落,YSZ也将由于结构稳定性降低而更容易被腐蚀。此外,YSZ中失去Y后,导致基体t-ZrO₂相失稳,转成m-ZrO₂相,这种转变伴随着4%的体积变化,产生热应力,最终诱导YSZ热障涂层剥落。（2）CMAS腐蚀YSZ后,会在界面处形成具有较大形成能力(H_formation=-7.832eV/atom)和结构稳定性(E_cohesive=-3.447 eV/atom)的腐蚀产物CaAl₂Si₂O₈。因为CaAl₂Si₂O₈热膨胀系数与相邻YSZ的热膨胀系数相差很大,在热循环过程中容易产生应力,且在沿YSZ/CaAl₂Si₂O₈相界面存在最弱的Zr-O(Q_Zr-O=0.050)和Ca-O(Q_Ca-O=0.050)化学键,此处容易诱发裂纹形核。然而在CaAl₂Si₂O₈/Al₂O₃界面中存在较大的残余应力（σ_r=122.89MPa）和较弱的界面粘结强度(W=-0.442 Jm^-2),这为裂纹的生长和扩展进一步提供了条件。而且CaAl₂Si₂O₈/MCrAlY（金属粘结层）与MgAl₂O₄/Al₂O₃界面粘结强度(W=-1.320 Jm^-2和W=-1.354 Jm^-2)较小和热循环中产生的残余应力较大,使得裂纹容易沿CaAl₂Si₂O₈/MCrAlY和MgAl₂O₄/Al₂O₃界面进一步扩展,导致YSZ热障涂层失效。（3）为了提高YSZ热障涂层的抗CMAS腐蚀性能,通过在YSZ涂层中掺杂Er稀土元素后研究发现,CMAS/YSZ（Er）(W=-1.665 Jm^-2)相对于CMAS/YSZ(W=-2.253 Jm^-2)具有更大的Griffith断裂功,这大大降低了CMAS在YSZ（Er）表面的吸附强度。与CMAS/YSZ界面相比,在高温环境中,Er原子的掺杂可以大大降低其他原子,特别是Y原子在CMAS/YSZ（Er）界面处的扩散能力,而Y原子的扩散会导致t-ZrO₂向m-ZrO₂的相变,产生热应力造成涂层开裂,Y原子扩散能力的降低会减少应力的产生。此外,相对于CMAS/YSZ界面的ZrSi原子扩散（ΔE₀=1.088 eV）,YSZ中掺杂Er原子后CMAS/YSZ（Er）界面ZrSi的扩散活化能（ΔE₁=-7.705 eV）明显降低。由于ZrSiO₄的结构稳定性高(E_cohesive=-8.541 eV)和形成能力强(H_formation=-3.558 eV),ZrSi扩散后有利于腐蚀产物ZrSiO₄在CMAS/YSZ（Er）界面生成。因为CMAS/ZrSiO₄(W=-0.740 Jm^-2)和CMAS/3Al₂O₃·2SiO₂(W=-1.299 Jm^-2)界面断裂功小于CMAS/YSZ（Er）(W=-1.665Jm^-2),所以CMAS在腐蚀产物ZrSiO₄上的吸附能力更差,从而提高了CMAS剥离能力、阻碍了CMAS的继续渗透,进而增强了YSZ（Er）的抗CMAS腐蚀性能。