发动机作为航空航天工业皇冠上的“明珠”,需要更高温的结构材料作为其发展的支撑。Nb-Si基原位自生复合材料具有相对较高的熔点（>1750℃）,较低的密度（7.2 g/cm³）,较好的室温及高温等综合力学性能特点,引起了国内外学者广泛的关注和研究。但是Nb-Si基合金室温断裂韧性较差,限制了其作为工程材料的应用。本文通过真空非自耗电弧熔炼的方法研究了Zr、Ta、B、Mg等元素对Nb-Si基合金微观组织与力学性能的影响,分析了合金化元素对Nb-Si基合金相组成的影响;阐明了微观组织对Nb-Si基合金力学性能与裂纹扩展行为的相关性。研究发现,Nb-16Si为亚共晶合金,初生相Nbss的体积占比为15.87%,长径比为2.61,中值直径18.94μm,Zr元素使Nb-Si合金的共晶点右移,能促进初生Nbss相析出,体积占比由15.87%增加到32.72%（4 at.%Zr）。初生Nbss相随Zr元素含量的增加由长条状转变为椭圆状。4 at.%的Zr元素促进合金发生惰性共析反应并形成中间亚稳相Nb₃Si,生成少量的α-（Nb,Zr）₅Si₃相。Zr元素在Nbss相的固溶量大于（Nb,X）₃Si,当Nb-Si合金中存在α-（Nb,Zr）₅Si₃相时,Zr元素会更多的固溶于α-（Nb,Zr）₅Si₃相。Zr元素的添加改变了合金的混合熵,根据玻尔兹曼假设关系计算得出Nb-16Si-4Zr的混合熵为4.99 kJ/mol,大于Nb₃Si的混合熵4.50 kJ/mol,这表明Zr元素促进了中间亚稳相的分解。对Nb-16Si-xZr（x=0,1,2,4）研究结果表明,Zr元素会改变Nb-Si基合金裂纹扩展的路径,适量的Zr元素会使裂纹在扩展过程中发生偏转,并生成二次裂纹,改变裂纹尖端的应力分布,从而会吸收更多的能量,K_Q值由5.07 MPa·m^1/2增加到10.16MPa·m^1/2,大块初生Nbss相的剪切强度低于轴向拉伸强度,裂纹穿过Nbss相的路径:先破坏相界面→垂直于轴向切割破坏Nbss相→破坏相界面→沿加载方向传播。Nb-Si基合金的断裂模式均为脆性的准解理断裂。适量的Zr和Ta元素使撕裂棱增多增大,硅化物呈现经典的河流状花样。研究了Zr和Ta元素对初生Nbss相晶格常数的影响,结果表明Zr是大原子半径元素,固溶于Nbss相使其晶格常数增大,Ta元素的原子半径与Nb相同,Ta元素会提高小原子半径元素Si在Nbss相中的固溶量,降低大原子半径Zr在Nbss相中的固溶量导致Nbss相晶格常数增加。在Nb-16Si-20Ti-4Zr-4Hf-1.5Al合金中,添加Ta元素会改变Nbss相及共晶组织的尺寸和体积占比,Nbss相含量随Ta含量的增加后减少,加入1 at.%Ta元素会粗化初生Nbss相,引起体积分数占增加,随着Ta元素的继续增加,Nbss相和共晶组织又会变细,Ta元素含量超过2 at.%会生成富Ti的γ-（Nb,X）₅Si₃相,这主要是因为Ta₅Si₃与γ-（Nb,X）₅Si₃具有相同的P6₃/mcm结构。Nb-16Si-20Ti-4Zr-4Hf-1.5Al-1Ta合金为共晶合金,添加B元素使其共晶点左移,析出更多的初生硅化物,当B元素含量达到4 at.%时,合金中析出了中间亚稳相Nb₃Si,导致K_Q值降低,说明B元素具有稳定Nb₃Si的作用。Mg元素对合金组织形貌影响较小。合金化使Nb-Si基合金的维氏硬度下降,这主要是因为添加Zr、Al、Cr、Hf等元素添加降低了硅化物的剪切模量、弹性模量及共价键强度,同时Zr,Ta等元素促进韧性的Nbss相析出,导致降低维氏硬度值。添加B元素提高维氏硬度,这主要是因为B元素对硅化物相的固溶强化作用。