随着航空航天技术的高速发展,具有耐高温、耐腐蚀、抗氧化、抗蠕变的高温结构材料受到了越来越多学者的关注。与铁基、镍基、钴基高温合金相比,具有高熔点、低密度和较好高温强度的铌硅合金被视为最有潜力的超高温材料之一。然而,铌硅高温合金较低的塑韧性、较差的抗氧化性限制了其在工业中的广泛应用。因此,其微观结构、力学性能、断裂韧性和抗氧化机理及其之间的内在关系仍需要进一步研究。本论文首先研究了Nb5Si3合金对压力的响应。其次研究了空位浓度对α-Nb5Si3合金电子结构和力学性能的影响。最后研究了元素Ti、Hf、Ta、Zr、V、Mo、W、Cr、C、S、O、Se、P、N对α-Nb5Si3的增韧效果。研究表明,当压力增加到25 GPa时,α-Nb5Si3发生了脆性到韧性的转变,此后韧性随着压力的增加而增大,即压力有效提高了α-Nb5Si3的韧性。态密度计算结果表明,压力使得Nb5Si3的共价性得到增强。对不同Nb空位浓度的研究发现,B/G随着空位浓度的增加而增大,表明了空位浓度的增加有利于α-Nb5Si3由脆性转向韧性。当空位浓度为5%时,α-Nb5Si3展现出了韧性。随着空位浓度的增加,态密度峰的位置向较低的能量方向移动,并且Nb空位增强了近邻Nb原子之间轨道的杂化。以上结果表明,空位的出现能有效增强α-Nb5Si3的韧性。计算得到了合金化后α-Nb5Si3的力学性能,结果表明其皆具有力学稳定性,且掺杂后的α-Nb5Si3均呈现出脆性。从态密度图中可以看到费米能级附近均存在赝能隙,且靠近费米能级处兼具共价键和金属键。金属元素Ti使得α-Nb5Si3的费米能级逐渐向赝能隙的低能区域移动。金属元素Ti有效增强了α-Nb5Si3的结构稳定性,而Zr、Hf、V、Ta、Cr、Mo、W掺杂后赝能隙展宽减小,费米能级向赝能隙的高能区域移动,费米能级值呈逐渐增大趋势,体系的稳定性变差。总而言之,以上掺杂元素并没有使得α-Nb5Si3的韧性得到明显的改善。