连续SiC纤维增强Ti基复合材料(SiCf/Ti)具有良好的力学性能和热稳定性，在航空航天工业中具有重要的应用价值。SiC与Ti基体之间的界面对复合材料的整体性能具有显著影响。由于Ti和C、Si等非金属元素之间存在较大的化学反应倾向，在复合材料的制备和高温服役过程中，SiC与Ti界面处易形成界面反应层。目前，对该界面的研究主要是界面反应机理、反应层物相及其组织结构的实验研究，以及界面力学性能的实验测试和理论模拟。然而这些研究多侧重于宏观或介观尺度，有必要在更加微观的尺度下进一步研究。此外，对于复合材料，研究者们期望开发出某种数学或数值模型，能够由组分和微观组织性能预测得到复合材料的宏观有效性能。一个切合实际的方法就是采用多尺度模拟，并使用某种方法将微观模型和宏观模型的信息耦合在一起。本文的研究内容正是SiCf/Ti基复合材料界面跨尺度模拟中有关原子(或电子)尺度的模拟工作。SiC与Ti基体的界面反应产物较为复杂，其中TiC是一个最基本和最主要的组分，此外，SiC纤维常常预制有碳涂层，因此，纤维与基体界面可以抽象为SiC/C/TiC/Ti界面体系。据此，本文采用基于密度泛函平面波超软赝势的第一性原理计算方法，从原子或电子尺度出发，考察了SiC/Ti、SiC/TiC、TiC/Ti界面，同时，采用类金刚石碳(diamond-like carbon, DLC)对碳涂层近似建模，考察了DLC/SiC、DLC/TiC的(111)界面。分别计算了这些界面的粘附功、界面能、界面电子结构，明确其平衡(最稳定)原子构型和界面成键本质，预测了部分界面的断裂韧性。此外，模拟了碳原子在SiC(111)表面的初始沉积过程，考察了碳层的最稳定沉积构型。本文的主要研究内容及成果归纳如下：(1)考察了碳封端SiC(111)表面形成的六种β-SiC(111)/α-Ti(0001)界面模型，其中考虑了三种界面原子堆垛位置(中心位、孔穴位、顶位)和两种Ti原子堆垛倾斜方向。孔穴位堆垛界面(Ti原子堆垛于界面C原子的孔穴位置上)具有最大的粘附功和最小的界面能，也具有更大的界面断裂韧性，在热力学上更稳定。电子结构分析表明该界面的C、Si和Ti原子间形成了键合作用，且C-Ti共价键的贡献更大。Ti原子堆垛倾斜方向(即Ti原子堆垛方式)对界面稳定性、界面结合强度的影响较微弱。(2)分别考虑了两种TiC(111)表面封端，以及三种界面原子堆垛位置，共对六种α-Ti(0001)/TiC(111)界面模型进行了研究。在充分驰豫优化后，C封端孔穴位堆垛模型和Ti封端中心位堆垛模型均具有相同的外延取向特征，这两种模型可视为同一个界面的TiC和Ti侧，且该界面模型具有最大的界面粘附功，为最稳定界面构型。负的界面能表明在该界面上易于发生原子扩散，甚至形成新相。理论预测其最大界面断裂韧性为4.8MPa m1/2。根据价电子密度和分波态密度(PDOS)分析，该界面成键主要来自于C-2p、Ti-3d电子之间的C-Ti共价键和Ti-Ti金属键。(3)对于β-SiC/TiC(111)界面，分别考虑了两种TiC(111)封端、两种SiC(111)、两种碳原子亚晶格构型、三种界面堆垛位置，共对24种β-SiC/TiC(111)界面模型进行了计算。C/C封端顶位堆垛模型具有最大的粘附功、最小的界面能，是最稳定的界面构型。理论预测其界面断裂韧性为3.6~4.3MPa m1/2。该界面成键主要是由C-2p轨道杂化引起的C-C共价作用。相比于体相内部的原子键，界面处Si-C和Ti-C键的共价特征较弱，即界面处的原子键更易于分解，而分解产生的碳原子聚集于界面处形成碳层，该理论预测与以往其他研究者的实验结果是一致的。(4)模拟了碳原子在C封端和Si封端SiC(111)表面上的沉积过程，通过计算平均结合能，考察了碳原子的最优沉积位置(或最稳定原子构型)。结果表明，在两种封端的SiC(111)表面，第一层碳原子均倾向于沉积在顶位位置，且在靠近SiC(111)表面处，碳原子保持了SiC的原子堆垛次序(亦与金刚石堆垛次序相同)，最终在类金刚石碳层与SiC(111)表面之间形成“外延生长”界面。但该最优沉积构型的“优先性”非常有限，随着沉积碳原子层不断增厚，并在外界因素的扰动和影响下，碳原子会以次优堆垛方式(甚至可能以不稳定堆垛方式)排列，从而当沉积碳层较厚时，易于形成无序的非晶碳层。(5)根据碳原子沉积的模拟结果，建模计算了C封端和Si封端的DLC/SiC(111)界面。平衡构型中C封端和Si封端的界面间距分别为1.542和1.875，与金刚石中的C-C键长和SiC中的C-Si键长相近，DLC碳层驰豫后密度增大到约2.5g/cm3。C封端和Si封端的界面粘附功分别为8.86J/m2和8.64J/m2，小于金刚石但大于β-SiC的相应值。C封端界面处C-C原子成键是类似于σ+π的共价键，其中s-p电子作用所形成的σ键较强。此外，相比于C封端界面处的C-C原子成键，Si封端界面处C-Si原子间的成键较弱。(6)分别考虑了三种界面堆垛位置和两种碳原子亚晶格构型，共对六种C封端DLC/TiC(111)界面模型进行了计算。堆垛位置对界面稳定性具有显著影响，顶位堆垛DLC/TiC(111)界面具有较大的界面粘附功(8.76~8.99J/m2)，因此更稳定；碳原子亚晶格的影响较小，在堆垛位置相同时，孪生型碳原子亚晶格模型的粘附功和稳定性稍大。在顶位堆垛且具有孪生型碳原子亚晶格的界面模型中，界面成键主要是C-C原子对的s-p共价键和C-Ti原子对的p-d、s-d共价键。