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随着航空航天技术的飞速发展与进步,具有耐高温、高比强度、抗蠕变强度和抗氧化性能好的高温结构材料日益受到重视。与Fe-Al系、Ni-Al系和Ti-Al系高温合金相比,具有高熔点、低密度、较高使用温度的铌铝合金被视为最有潜力的超高温材料之一。然而铌铝高温合金的脆性、较弱的高温强度和抗氧化性限制了其在工业中的应用,其微观结构与力学性能、断裂和氧化机理的关系仍有待进一步阐明。鉴于此,本论文研究了铌铝高温合金对压力和轴向拉伸的响应;利用CALYPSO软件和结构类比法预测了铌铝合金的新结构;研究了合金表面的稳定性特征,并基于此研究了 B原子替代提高合金抗氧化性的可行性,为提高铌铝合金的抗氧化性提供依据。此外,利用冲击波合成方法制备了铌铝高温合金。研究表明,由于Nb-4d和A1-3p的杂化作用,四方Nb2Al中存在共价性成键,并在0～100GPa范围内保持稳定;利用Voigt-Reuss-Hill方法计算的体弹模量、剪切模量、杨氏模量、5/G和泊松比表明四方Nb2Al在高压下具有延展性;得到了高压下四方Nb2Al的德拜温度等热力学数据。四方NbAl3和立方Nb3Al的结构参数随着压力的增加而线性降低;由于高压下Nb-4d和A1-3p之间杂化作用的增加,导致两种化合物共价性的增强;计算结果说明四方NbAl3在83.2GPa处发生韧脆性转变。在四方NbAl3的轴向拉伸测试中,沿[100]和[101]轴向的拉伸使晶体从四方变为正交结构;NbAl3晶体在拉伸中展现脆性,并相应的增强了其硬度;研究发现NbAl3晶体力学性能的降低是共价性的减弱所导致的。在CALYPSO软件预测的NbAl3结构中,Cm结构的稳定性不如常温常压下稳定存在的I4/mmm结构,但韧性有一定程度的增加;根据结构类比法设计了 NbAl3的D023、单斜Clm1、三角R3m和L12结构,预测了结构相变的发生,并发现三角结构具有较好的延展性。Ti元素的添加没有明显改变NbAl3合金的稳定性,但NbAl3合金的aa轴和c轴的抗变形能力降低,抗体积变形和抗剪切变形能力减弱,而韧性有所改善。在表面形成后,Nb2Al(100)终止面的金属性增强,但共价性降低。计算得到了Nb2Al(100)和NbAl3低指数表面的功函数。原子弛豫和表面能说明(111)表面是最稳定的化学计量比表面;在所有低指数表面中,(110)-A1终止面在富铝和富铌条件下都是最稳定的表面。考虑到B元素活泼性比Al、Nb更强,采用第一性原理进行了 B原子A1位替代提高NbAl3抗氧化的可行性研究,结果表明B原子替代后可与附近原子形成强离子键,吸引附近的原子;NbAl3(100)表面中A11替代位稳定性强于同原子层的A12替代位,并且两种替代位的稳定性均随着原子层数的增加而降低,因此B原子替代后可自发的沿着A11替代位从晶体内部向表面偏聚,并在晶体表面与氧形成有效的抗氧化层。在实验制备中,利用二级轻气炮加载手段,研究了冲击波合成方法制备铌铝合金的可行性。通过设计和改进样品回收盒,在2.52 km/s和2.60 km/s冲击速度下成功制备铌铝合金。