过渡金属硼化物超硬特性的开发是近年来超硬材料研究领域的热点课题。设计出可应用于航天航空、国防军工、机械加工、地质勘探、钻井工程等领域的高硬度超硬材料是目前工业技术领域的迫切需求,也是未来工业技术发展的必然趋势。针对过渡金属硼化物大多数结构硬度不高甚至未达到硬质材料的标准（20 GPa）,以及部分稳定结构存在争议的问题。本学位论文以过渡金属硼化物ScB2和ScB4为研究对象,利用第一性原理计算方法结合合金生成和识别的结构代码及合金化手段设计了三种高硬度的合金化结构Sc0.5TM0.5B2（TM=Ti,V,Zr）,系统地研究了它们在高压下的结构、力学性质和电子结构,给出了其物理性质随压力变化的规律性认识;其次,确定了新近发现的ScB4合金的基态和高压稳定结构及其相变压力,建立了Sc-B体系在不同压力下凸包图,模拟了相变结构在各压力阶段的物理性质,并对其电子结构进行了详细的研究以分析各相力学性质差异的原因。以上研究结果可以为超硬材料的理论预测、实验合成以及在高压环境中的应用提供可靠的依据和理论指导。本学位论文首先利用第一性原理计算方法,系统地研究了ScB2和Sc0.5TM0.5B2（TM=Ti,V,Zr）合金在0～150 GPa压力范围内的结构、力学性质和电子结构。通过结构替换筛选了ScB2的基态结构,并根据结构稳定性确定了P6/mmm相作为合金化研究的初始结构。利用合金生成和识别的结构代码结合第一性原理计算分别筛选出了Sc0.5TM0.5B2（TM=Ti,V）和Sc0.5Zr0.5B2合金的稳定结构为有序结构类型I和II。形成焓、声子谱和弹性常数的计算表明Sc0.5TM0.5B2（TM=Ti,V,Zr）合金满足热力学、动力学和力学稳定性。在研究的整个压力范围内,Sc0.5TM0.5B2（TM=Ti,V,Zr）的弹性模量相较于ScB2显著增加,表明TM的引入改善了ScB2的力学性能。ScB2基态的维氏硬度为42.4 GPa,而Sc0.5TM0.5B2（TM=Ti,V,Zr）合金的维氏硬度分别增加到47.8、50.3和44.8 GPa。电子结构和化学键的计算表明Sc0.5TM0.5B2（TM=Ti,V,Zr）合金具有更强的B-B、B-TM共价键、电荷相互作用和更高的价电子密度,这使得合金化结构的硬度显著提高。此外,针对ScB4在0～100 GPa压力范围内的相变结构,围绕其稳定性、力学性质和电子结构展开了创新性研究。通过结构替换发现了其基态新相P4/mbm,并且P4/mbm相在4.8 GPa相变为Cmcm,Cmcm相在8.7 GPa又转变为Pnma相。Sc-B-Sc的锥型结构和B的环状结构有利于它们的结构稳定性和力学性质。形成焓、声子谱和弹性常数的计算表明,ScB4的P4/mbm、Cmcm和Pnma相是热力学、动力学和力学稳定的。P4/mbm相在0 GPa,Cmcm在5 GPa,Pnma在10和100 GPa压力下的维氏硬度分别为11.8、34.2、27.2和31.4 GPa。Cmcm和Pnma相是典型的硬质合金,在高压下有可能转变为超硬材料。利用GGA+U计算了ScB4的电子结构,研究表明ScB4在零压和高压下都表现出金属特性,并通过分析态密度、电子局域函数和价电子密度得到Cmcm和Pnma相具有更强的B-B和B-Sc共价键,以及更高的价电子密度,这导致了它们较高的硬度。