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镍基单晶高温合金具有优异的高温性能,被广泛应用于先进航空发动机涡轮叶片的制备。随着大推重比发动机的面世,对涡轮发动机叶片的承温能力要求日益苛刻。先后研制成功的第二代和第三代单晶高温合金分别比第一代单晶高温合金的耐温能力提高约30。C和60℃。添加3%和6%的Re基本上是第二代与第三代单晶高温合金化学成分的主要特征。Re属于稀缺元素,成本高昂,合金中每添加3%的Re成本提高约70%,这给高温合金的研究与开发带来很大困难。目前,研究人员正尝试用计算的方法进行合金成分的先行设计,以减少后续实验研究的开发成本。由于镍基单晶高温合金中合金元素多达10余种,合金体系过于复杂,用第一性原理进行计算研究阻力过大。相比较而言,固体与分子经验电子理论(EET)从合金的价电子计算入手,方法相对简单,而且可以处理复杂体系的合金计算,在材料的设计中获得成功应用。本文基于EET的指导思想,建立了镍基合金的计算模型,并对镍基合金晶胞的电子结构参数进行计算,最终研究了晶胞结合能和Re原子的分布行为,为镍基合金设计的理论性能预测做了初步的探讨。本文建立了镍基单晶合金可能存在的含Re基体相γ和强化相γ’的6种模型:Ni、Ni3Re、 Ni3.75Re0.25和Ni3Al、Ni2AlRe、Ni3Al0.75Re0.25’计算了上述6种模型的结合能以及不同界面下晶胞模型的生成焓。计算结果表明：镍基单晶高温合金中Re原子倾向于优先占据顶角位置,γ-Ni3Re晶胞熔点比γ-Ni2AlRe晶胞高384℃左右：Re的添加提高了γ及γ’[110]和[101]方向上最强共价键上的共价电子对数,固溶强化效果十分显著。同时,Re提高了γ和γ’相中可能存在的原子状态数σ_N(分别由3和42提高到2341和762),Re的添加增强了合金的组织稳定性；在凝固过程中,无论是在γ相还是γ’相都会优先析出面心含Re结构的晶胞,随温度的降低,顶角含Re的晶胞逐渐生成,Re最终在晶胞顶角位置驻留。Re的加入提高了基体Y相界面的电子密度(由33.316提高到37.9426),同时提高了γ/γ-Ni相界面的电子密度差(由0%提高到12.985%),进而增强了相界面的结合强度以及相界面的稳定性。