Cu-Ni-Si合金是一种优良的高强高导引线框架材料,其性能主要决定于δ-Ni₂Si析出相的形状、大小和分布等。鉴于Cu-Ni-Si合金发展和性能进一步提高的需要,本文利用第一性原理和相场法,对其进行了系统研究。计算了析出相的热力学稳定性与电子结构。首次理论确定了调幅分解组织（（Cu,Ni）₃Si）的晶体常数与结构类型。基于Cahn-Hilliard（CH）和Allen-Cahn（AC）方程,分别建立了Cu-Ni-Si三元合金调幅分解、时效析出以及再结晶晶粒长大的相场法数学模型,在模型中直接耦合了CALPHAD热力学和动力学计算,并考虑了弹性能、界面能各向异性的影响。编制了相关计算机模拟程序,对Cu-Ni-Si合金时效过程中微观结构的演变进行了模拟,探讨了该合金的调幅分解、时效析出的相变动力学机制,揭示了含有弥散分布δ析出相粒子的系统中再结晶晶粒长大规律。为客观地验证模拟结果,本文也做了相关实验,并结合国、内外他人的实验结果与模拟结果进行了比对,其主要结果得到了印证。因此,本文的模拟结果在一定程度上可以为Cu-Ni-Si合金的研究和实际生产提供理论指导及帮助。同时,本文的研究工作也丰富了相场模型在固态相变领域中的应用。基于第一性原理平面波赝势方法,计算了Cu-Ni-Si合金中调幅分解组织和析出相的形成热、结合能和电子结构等,首次得出调幅结构的类型和析出相的稳定序列。DO22-I的形成热和结合能分别为-0.975eV·atom^-1和-5.388eV·atom^-1,其绝对值是所有可能的调幅结构（L12、DO22和DO23）中最大的。因此,在Cu-Ni-Si合金时效早期的调幅分解过程中,最可能产生的结构为DO22-I。计算得到的δ-Ni₂Si、γ-Ni₅Si₂和β-Ni₃Si晶格常数与相关试验结果相符合,其相对误差均小于1%。结合能和形成热的计算结果表明,三种析出相在热力学上都是稳定结构,其从高到低的结构稳定序列为:δ-Ni₂Si>γ-Ni₅Si₂>β-Ni₃Si。电子结构分析结果表明,三种析出相都具有稳定结构的主要原因是由于Ni-3d和Si-3p之间的强烈杂化所致。利用建立的三元合金调幅分解的相场模型,对Cu-Ni-Si合金的时效过程进行了模拟研究。结果表明,Cu-Ni-Si合金在723K和673K温度时效的早期发生了调幅分解相变。忽略弹性应变能作用时,形成富Cu和富Ni、Si的两相混合物,呈半联通的迷宫状分布。考虑弹性应变能作用时,其分解组织呈现出明显的各向异性特征,沿[10]和[01]方向排列。浓度剖面以及相关函数分析表明,计算的调制波长在10.4¹2.6 nm范围内。化学成分不变时,随时效温度的降低,调制波长稍有减小;时效温度恒定时,随Ni和Si含量的增加,调制波长略有增大。理论计算了盘形δ-Ni₂Si的本征应变以及共格和半共格界面能（227 J·m-2,492 J·m-2）,确定了相场模型与热力学和动力学数据之间的关系,建立了多元合金时效析出相变的相场模型,模型中同时考虑了界面能和弹性能各向异性的影响。基于这个模型,首次计算机模拟了Cu-Ni-Si合金中盘形δ-Ni₂Si析出相的析出长大过程,基于Avrami方程形式,得到了该合金的析出动力学方程。对单个δ析出相的模拟结果表明,弹性能各向异性促进了δ析出相沿长度方向（径向）的长大,界面能各向异性促进了δ析出相沿厚度方向的长大,在界面能和弹性能各向异性的共同作用下,最终导致δ-Ni₂Si析出相的形态呈盘状。对多个δ-Ni₂Si析出相的模拟结果表明,当一个析出相粒子与另一不同位向的析出相粒子碰撞,则停止长大,结果形成“T”字型;当两个位向相同的析出相粒子相遇时,如果二者之间距离非常近,它们会连接在一起,或者直接合并粗化。因此,盘形δ析出相的粗化特征完全不同于球形析出相的粗化特征。建立了第二相粒子对晶粒长大影响的相场模型,并针对Cu-Ni-Si合金再时效过程中δ-Ni₂Si析出相对再结晶晶粒长大的影响进行了模拟。结果表明,弥散分布的δ-Ni₂Si粒子表现出强烈钉扎晶界的作用。再结晶晶粒长大初期符合n=0.15⁰.35的指数长大规律,明显小于纯单相系统的长大指数（n = 0.5）,然后逐渐趋于停滞。n与系统单位面积所含的粒子数量高度相关,单位面积所含的粒子数量越多,n的数值越小。其最终的平均晶粒尺寸符合β= 1.41和b = 0.49的Zener关系。