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随着现代制造业对金属切削工具的性能和寿命要求越来越高，具有高硬度等优异综合性能的纳米多层膜成为材料学研究领域的热点。由于陶瓷材料自身的硬度较高，成功制备陶瓷纳米多层膜是获得高硬度涂层材料的一种新方法。从获得高硬度的机制方面考虑，本征硬质材料是通过强键能，纳米多层膜则是利用人工设计的特殊微结构，因此其界面结构和性质的理论研究价值更为重要和深远。 本文将计算材料学引入纳米多层膜界面的研究中，采用基于密度泛函理论的第一性原理方法，围绕TiB2/c-BN界面展开，分别计算和研究了c-BN和h-BN的弹性性质与电子结构、c-BN低指数表面的稳定性、TiB2/c-BN界面的几何结构与电子性质，并依据最稳定的界面结构从理论上分析了TiB2/c-BN纳米多层膜的力学性能。 研究结果表明:1.c-BN和h-BN的弹性模量分别为913 GPa和239 GPa，切变模量分别为409和98 GPa，硬度分别为67和16 GPa。K/G和泊松比均表明两种化合物具有很大的脆性。同时，根据计算得到的两种化合物的电子结构图，从本质上分析了二者弹性性质的差异。2.比较性地研究了c-BN低指数表面(001)、(110)、(111)的表面弛豫、表面能和电子结构。表面能的计算结果表明，在N化学势的变化范围内，(110)面是最稳定的，这和(110)面的弛豫显示最小的收缩/扩张效应相一致。通过分析可以揭示稳定性本质的态密度发现，表面的电子结构主要受第一层原子轨道的影响。3.对TiB2(001)/c-BN(111)界面的结构性质和热力学稳定性进行了系统的理论研究，建立了12种原子和电子结构的几何模型。界面能的计算结果表明最稳定的界面拥有-1.0 eV/(A)2的最低界面能，且界面处的化学键为Ti-N键。同时，电子结构包括电荷密度、差分电荷密度、态密度及布居数的分析显示，与其他界面相比，该Ti-N键结合的界面拥有极性共价键和离子键相结合的最强键。4.本文尝试利用分析得出的最稳定界面，进一步研究和解释了TiB2/c-BN纳米多层膜的超硬效应和弹性模量变化趋势，与实验结果相吻合。 本文通过模拟具有代表性的TiB2/c-BN纳米多层膜界面，系统分析并获得了界面的微观结构和电子结构信息，在一定程度上解释了纳米多层膜的实验现象，对第一性原理计算的发展及纳米多层膜的实验研究具有一定的理论意义和指导作用。