热障涂层技术被广泛应用于防护航空发动机和高温燃气轮机的热端部件，是提高航空发动机和高温燃气轮机承温极限的重要方法。由于热障涂层在高温高压的环境下服役，因此存在多种复杂的失效模式，如高温氧化、相变烧结、粒子侵蚀与冲击以及CMAS沉积和渗入等。CMAS的沉积和渗入，将引起陶瓷层热、力学参数改变，并在遭受冷却时造成涂层中裂纹的萌生和扩展，最终导致陶瓷层的脱粘剥离，严重限制了热障涂层的服役寿命。
本文针对服役中容易遭受CMAS渗入的EB-PVD热障涂层，通过有限元模拟的方式系统地研究了冷却过程中陶瓷层内瞬态热应力的分布及演化规律和陶瓷层内不同位置处横向裂纹裂尖能量释放率的演化规律，并讨论了CMAS渗入深度对热应力和裂纹裂尖能量释放率的影响。得出了以下主要结果与结论：
CMAS的渗入将引起冷却过程中EB-PVD热障涂层陶瓷层内的CMAS渗入区产生较大面内和面外应力，而CMAS未渗入区则处于相对较低的应力水平。冷却过程中陶瓷层内较高的面内拉伸应力会造成垂直裂纹由陶瓷层表面萌生；同时，冷却过程中在EB-PVD涂层三个典型位置处的柱状晶边界会产生面外拉伸应力集中，这三个位置分别是：陶瓷层表面附近、CMAS渗入区与未渗入区界面以及陶瓷层与粘结层界面。因此，横向裂纹将会从上述三个位置的柱状晶边界处萌生。
CMAS的渗入深度对于冷却过程中陶瓷层内瞬态热应力的演化具有重要影响。当CMAS渗入深度较浅时，远离CMAS渗入区的位置处应力相对较小，且CMAS继续渗入对该位置处的应力影响不大；当CMAS渗入到某一深度，相应深度处的应力水平会随之显著提高；CMAS渗过的区域应力水平会再次提高，但是此后CMAS的继续渗入会使得CMAS渗入区的应力水平相对轻微的下降。造成CMAS渗入区应力水平轻微下降的原因是冷却时固结的CMAS弥补了陶瓷层与粘结层之间的应变失配从而降低了热失配应力水平。
CMAS渗入的EB-PVD热障涂层陶瓷层内不同位置处横向长裂纹的裂尖能量释放率在冷却过程中会经历先增大后减小再增大的变化过程，且能量释放率峰值出现在冷却后1s左右。CMAS渗入深度对不同位置处横向裂纹裂尖能量释放率的峰值影响不同。对于陶瓷层表面附近的横向裂纹，CMAS渗入深度几乎不影响其裂尖能量释放率峰值；CMAS渗入区与未渗入区界面裂纹裂尖能量释放率峰值随着CMAS渗入深度的增加而增加，表明该处裂纹更易失稳扩展；陶瓷层与粘结层界面裂纹裂尖能量释放率随着CMAS渗入深度增加而增加且逐渐趋于稳定，该现象表明可以通过改进陶瓷层喷涂工艺以有效阻止该位置处裂纹的失稳扩展。