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近年来,研制高能量密度、高功率密度的微小型动力系统成为能源动力科学和工程领域关注的热点问题之一。其中,更多地集中于小尺寸、大功率、高转速和高工作温度微燃气透平的深入研究和推广应用。高速微气体轴承作为高速微燃气透平的主要支承部件,其动力特性的研究和固体润滑涂层的制备具有重大意义。然而,气膜间隙微小且工作速度和温度极高,使得现有研究中润滑气膜等温假设不再成立。另外,冷喷涂法制备固体润滑涂层仍处于尝试阶段,已有的研究不仅成本高而且工程实用性差,且未考虑涂层耐磨组分。本文主要针对以上两个方面展开了深入的研究。首先,针对楔形润滑气膜这一典型结构,通过对比无滑移Reynolds方程（RE）、一阶修正Reynolds方程（MRE）、无滑移Reynolds方程耦合能量方程（REE）、一阶修正Reynolds方程耦合能量方程（MREE）以及Navier-Stokes方程耦合能量方程（NSE）五种不同控制方程在高温工况下的计算结果,研究了楔形润滑气膜动力特性,阐明了气体回流、粘性耗散、稀薄效应以及非对称壁面温度对气膜动力特性的影响。研究表明,气膜截面温度呈抛物线分布,且能量方程对楔形气膜动力特性几乎不产生影响。基于Reynolds方程和修正Reynolds方程的气膜载荷随壁面温度升高而升高,但基于Navier-Stokes方程的载荷却随壁面温度升高而下降。增大楔形因子可以增大气膜挤压,进而可以增大气膜压力,但气体回流却会极大地减小气膜压力。气体回流未发生时,垂直流动减小气膜压力;气体回流发生后,垂直流动增大气膜压力。非对称壁温使气膜挤压呈减小趋势,进而减小了气膜压力。当倾斜壁面恒温且水平壁面绝热时,热量积累增大了稀薄效应且减小了气体可压缩性,进而降低了气膜压力。通过研究恒定热物性和变化热物性对非等温楔形气膜动力特性的影响可发现基于恒定粘滞系数和比热容所计算的气膜压力偏小,而基于恒定导热系数计算的气膜压力偏大。其次,借助有限差分格子Boltzmann方法计算了气膜跨越滑移流区域进入过渡流区域过程中的动力特性,并且与宏观方法和文献结果做了对比,为下一步实现多尺度方法模拟高速润滑气膜流动做了准备。研究表明,FDLBM方法所得的水平速度更大,气膜压力更小,这是因为MREE和NSE方法中的连续性假设高估了气膜可压缩性,进而高估了气膜压力。再次,针对高速微气体径向轴承,推导了考虑轴向热蠕动效应的一阶修正Reynolds方程,研究了转子端部大温差工况对轴承性能的影响,并且讨论了高温工况下不同种类润滑气体的轴承载荷和稳定性。研究表明,润滑气体的粘滞系数和稀薄效应共同决定着轴承载荷,且CO2气体最适合作为气体润滑剂使用。压缩机和膨胀机之间的轴向极端温差可以降低轴承载荷和稳定性。轴承长度变短可以增大热蠕动作用,但转速和离心率变化却不影响热蠕动的大小。尽管热蠕动可增大轴承载荷,但效果并不明显,同时热蠕动严重破坏了气体轴承的稳定性。最后,利用冷喷涂方法成功制备了以Al2O3作为耐磨材料、以Ni和Cu作为粘结材料的固体润滑涂层,并且观察了涂层的微观结构和元素分布情况。采用Al2O3（70±5μm）和Ni的混合物作为冷喷涂粉末可以在纯铝基板上制备出固体润滑涂层,并且涂层与基板之间的咬合痕迹明显。尽管Al2O3、Ni和Cu单质均不能在钛合金表面上堆积,但20wt%Al2O3（70±5μm）+40wt%Ni+40wt%Cu的混合粉末可以在钛合金基板上形成厚度约为500μm的固体润滑涂层,且Al2O3的含量也满足工程实用条件,但其咬合结构不够明显。