高熵合金自问世以来,以其高强度、高韧性、高耐蚀性、优良的高温稳定性及良好的抗辐照性能受到材料科学界的青睐。出色的高温稳定性能和优异的抗辐照性能,使高熵合金在核反应堆结构材料领域的应用前景广阔。作为反应堆结构材料,需长期服役于温度较高、中子辐照剂量较大和氧化腐蚀较严重的恶劣环境中。且随着核能系统发展速度的加快,反应系统对结构材料的性能提出了更高的要求,对传统核用结构材料进行升级换代和研发新型结构材料,成为核材料研究者们新的研究方向。而高熵合金独特的晶体结构和优异的综合性能,为核用结构材料的设计提供了一种有价值的思路。本文利用高熵合金的先进设计理念,参考核用锆合金的成分,选用低热中子吸收截面元素Zr、Nb和Ti,设计了Zr40Nb35Ti25、Zr50Nb35Ti15和Zr60Nb35Ti5三种非等原子比高熵合金。旨在获得一种强度高、高温性能良好、抗辐照性能优异的新型核燃料包壳金属材料。在合金制备前,首先借助高熵合金固溶体形成判据:混合熵ΔSmix、混合焓ΔHmix、热力学常数?、原子半径均方差δ、价电子浓度VEC及电负性差Δ?等参数,预测了合金的相结构。然后采用真空悬浮熔炼炉,完成合金的制备,再利用X射线衍射分析仪、光学显微镜（OM）和扫描电子显微镜及配套的能谱分析仪（SEM+EDS）研究了三种合金的晶体结构和微观组织形貌;利用压缩实验、拉伸实验和显微硬度实验研究了三种合金在室温和高温下的力学性能;通过热膨胀系数测试和差示扫描量热测试（DSC）研究了合金的热物理性能;最后采用Fe11+辐照实验研究了合金的抗辐照性能。但离子辐照实验开始前,首先使用SRIM软件计算了辐照条件下Fe11+的分布和合金的辐照损伤程度。再通过X射线衍射和显微硬度测试,研究了离子辐照对合金相结构和性能的影响。实验结果表明,Zr40Nb35Ti25、Zr50Nb35Ti15和Zr60Nb35Ti5高熵合金的晶体结构均为单一的BCC固溶体相,随Zr含量的增加,合金的XRD衍射峰向低角度晶界偏移,晶体结构未发生改变。合金的微观组织形貌均呈典型的枝晶状形态,其中Nb元素主要分布在枝晶干中,Zr元素和Ti元素主要分布在枝晶臂和枝晶臂间。在压缩实验中合金的延伸率均超过了50%,表现出极好的压缩塑性;而在拉伸过程中,合金的屈服强度均超过了900 MPa,其中Zr60Nb35Ti5合金的抗拉强度最大约为1028 MPa,Zr40Nb35Ti25合金的延伸率最大,约为18%。但综合对比三种合金的室温力学性能,Zr40Nb35Ti25合金的力学性能最好。高温拉伸实验得到了与室温拉伸相似的结论,Zr40Nb35Ti25合金的高温性能也三种合金中最好的。合金热膨胀系数测定结果表明,随温度的升高,合金的线膨胀系数先减小后增大。DSC测试结果表明,合金在低于1000°C的温度范围内能保持稳定的BCC相结构。SRIM结果表明三种合金在辐照损伤水平达18 dpa时,辐照损伤程度达到最大。辐照后XRD结果表明,随辐照剂量的增加合金衍射峰强度明显增大,且合金衍射峰出现了向大角度晶界偏移的趋势。而辐照后的显微硬度结果表明,辐照后合金显微硬度值较辐照前的硬度值明显增大,但随辐照剂量的增大,合金的硬度值增幅减小。综合相结构和性能分析的结果,Zr40Nb35Ti25合金的抗辐照性能较其他两种合金好。