镍基单晶高温合金具有优异的蠕变和疲劳等综合性能,是广泛应用于航空航天发动机和工业燃气轮机的重要叶片材料。为了提高合金的高温力学性能,往往需要向合金中加入大量的难熔元素。随着合金中难熔元素含量的增多,TCP相从基体中析出的倾向增大。TCP相的形成不仅消耗了合金中的难熔元素,使合金的固溶强化作用减弱,同时在外界应力的作用下,TCP相会加速形成并迅速长大,使合金的高温力学性能大大降低。因此,研究TCP相的形成机制和力学性质,对于调控TCP相的析出具有重要意义。另一方面,为进一步提升高温合金的力学性能,开发新的强化相已成为必然。Ta元素由于能够提高合金的抗氧化和抗腐蚀性能,因此其在六代高温合金中的含量比较高。过去相关研究已表明,Ta元素的添加,能够促进γ"-Ni3Ta二次强化相的形成,显著提升高温合金的力学性能。鉴于此,本文借助电子显微分析技术和基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,研究了镍基单晶高温合金中的难熔元素Re、Ru在TCP相中的分配行为,TCP相与基体的取向关系,TCP相的内部缺陷及精细结构,TCP相和γ"-Ni3Ta相的力学性质,得出以下主要结论:（1）第一性原理计算结果表明,Re替换C14、C15和C36型Laves-NbCo2相的Co位时,缺陷形成能较低。对比Re替换Nb位的态密度,当Re替换Co位时,费米能级处的态密度值明显降低,并且趋近于杂化峰的谷底位置,有利于增加体系的稳定性。说明在Laves相中,Re更倾向于占据Co位,Re能够促进Laves相的形成。Re、Ru分别掺杂μ-Co7W6相中的五个非等效原子位置时,Re在μ相中的Co位和W位都能稳定存在,并且倾向于占据Co位,能够促进μ相的形成。Ru原子在μ相的W位不稳定,在Co位能够稳定存在。（2）通过对TCP相衍射花样分析,获得了μ相、P相和R相三种TCP相与基体的取向关系。μ相与基体的取向关系为:[110]μ//[112]γ,（001）μ//（110）γ,（110）μ//（111）γ;P 相与基体的取向关系为:[001]P//[112]y,（100）P//（110）γ,（010）P//（111）γ;R相与基体的取向关系为:[111]R//[110]γ,（011）R//（111）γ,（112）R//（001）γ。为获取TCP相与基体其他晶面和晶向的取向关系,我们利用矩阵法,分别推导出了 μ相、P相和R相与基体取向关系的矩阵表达式。（3）电子衍射分析表明μ相中存在层错、孪晶和内生P相三类缺陷结构,其中μ相与内生P相的取向关系为:[221]μ//[011]P,（012）μ//（100）P。高角度环形暗场（HAADF）像表明,μ相中的孪晶分别为（012）面和（102）面上的孪晶,并且（102）孪晶的产生伴随着（012）孪晶的消失。（012）孪晶方向上出现了两种结构不同的层错。μ相中的原子经过切变和重排形成层错,层错结构进一步切变将形成（012）孪晶。从μ相（010）面上结构单元的堆垛顺序来分析,μ相中的层错是通过抽去Zr4A13和MgCu2原子层形成的,孪晶是层错中的原子沿着[010]方向同步移动一个原子距离形成的。μ相中的孪晶通过结构弛豫可以形成P相。成分分析表明,μ相中的元素存在成分起伏,其中Re和Cr元素能够促进P相的形成。（4）不同外压下C14、C15和C36型Laves相的形成焓均为负值,说明在外压下Laves相能够稳定存在。弹性性质计算结果表明Laves相具有延性性质。不同方向上的声速计算结果说明了 Laves相呈现弹性各向异性。德拜温度的变化表明在外压下Laves相的键合能力增强,晶体结构的稳定性增加。（5）结合能的计算结果表明,μ-Co7X6（X=W,Mo和Nb）中Co7W6的稳定性最强。弹性模量（B,G和E）、B/G比值以及泊松比（v）的计算结果表明,μ相表现出一定的延性性质。费米能级处态密度值的降低与能量的计算结果相吻合。Co7W6在不同方向上的声速呈现各向异性。随外压增加,Co7W6的键合作用增强,材料的硬度增加。计算结果表明Laves相和μ相具有延性性质。（6）形成焓和弹性常数表明,γ"-Ni3Ta在热力学和力学上是稳定的。随着压力的增加,γ"-Ni3Ta合金的抗变形能力和刚度增加。B/G、泊松比（v）和柯西压力的计算表明,γ"-Ni3Ta是一种韧性材料。弹性各向异性指数的计算表明,随着压力的增加,γ"-Ni3Ta的各向异性明显增大,并且剪切各向异性比压缩各向异性强。在高压下,费米能级附近赝能隙变宽,说明γ"-Ni3Ta的共价性增强。这些计算结果表明γ"-Ni3Ta是一种有潜力的强化相。