随着国防科技的迅猛发展，新一代的航空航天飞机对其发动机涡轮叶片材料的承温能力提出更高的要求。Ni基高温合金由于熔点的限制，其服役温度已难于满足航空航天工业进一步发展的需求。寻找下一代新型高温合金以满足更高效率航空发动机的需求是国内外学术界和产业应用领域共同关注的焦点。最近，新型γ析出相强化型Co基合金的发现在全世界掀起了开发新型钴基高温材料的热潮。这种类似于Ni3Al的γ析出相在新型Co基高温合金中起到了至关重要的作用。γ相的结构稳定性、弹性力学性质与温度的依存关系直接决定了Co基合金在高温下的综合力学性能。利用第一性原理计算方法，理论研究实验上难于测定和表征的亚稳γ析出相的结构稳定性、高温弹性性质、理论力学性能，并完善热力学数据信息，揭示弹性力学性能与微观电子结构间的关系，对于新型γ析出相强化型Co基高温合金的设计和开发具有重要的学术价值和理论指导意义。　　本研究拟通过基于密度泛函理论的第一性原理计算方法系统地研究新型Co基高温合金中γ相的结构稳定性、热力学性质和弹性力学性能（弹性性质、理论硬度、理想强度等），探讨温度和应力影响γ相的弹性力学性能的微观机理。同时针对合金元素在γ相中的择优占位情况及其对结构稳定性的影响开展研究工作;并在此基础上，揭示合金化对γ相的弹性性质的影响规律。本论文的研究内容主要由四部分组成:Co-X体系中γ相的电子结构、弹性和热力学性质的研究（第三章）;过渡族元素对Co3Al相的结构稳定性和弹性性质的影响（第四章）;Co基高温合金三元系中γ相的高温弹性力学性质与电子结构的研究（第五章）;Ta，Ni掺杂对γ-Co3(Al，W)的结构稳定性和力学性能的影响（第六章）。　　利用基于密度泛函理论的第一性原理方法，首先系统研究了Cu3Au和Ni3Sn结构的Co3X(X: Ti，Ta，Al，W， V)的结构稳定性、微观电子结构、弹性力学性质和热力学性质。研究结果表明，Co3X化合物的基态结构稳定性与其电子轨道在费米能级附件的杂化作用有着密切的关系。而Co3X化合物的弹性力学参数值不仅与元素X的熔点成正比，还与结构的稳定性密切相关。　　结合第一性原理计算方法和应力-应变方法，研究了过渡族元素X(X: Nb，Mn, Fe, Ni,Ir,Re,Mn, Mo, Cr, Hf, Ru, Rh, Zr,Y,Sc, Ti, V, Ta, W, Tc, Os, Pd, Pt)的添加对L12有序的亚稳相Co3Al的结构稳定性和弹性性质的影响规律，并解释其影响的微观机理。研究结果发现:W、Ti、Re、V和Ta原子倾向占据Co3Al化合物中的Al位;Pd、Pt、Rh、Ni、Ir、Fe和Ru原子倾向占据Co3Al化合物中的Co位;Mn、Sc、Y、Hf、 Zr、Os、Cr、Mo、Tc和Nb原子可以同时占据Co3Al化合物的Al位和Co位。过渡族元素的添加对Co3Al相的弹性力学性质的影响作用，与元素X在其微观结构中的价电子分布的形状和大小有着密切的关系。　　结合第一性原理计算和准简谐近似模型，研究了新型Co基高温合金中γ-Co3(M，W)(M: Al，Ge，Ga)相的高温弹性力学性质和热力学性质。研究结果表明:γ-Co3(M，W)相的高温力学性质主要依靠其微观结构中Co-W化学键的强烈相互作用来维持。随温度的逐渐提高，Co3(Ge，W)相的力学性能的下降幅度远远超过Co3(Al，W)和Co3(Ga, W)相。Co3(Ge，W)相的力学性能在高温时急剧的下降主要是由于Co-Ge键合间的杂化作用在温度作用下的显著弱化所导致的。　　利用基于密度泛函理论的第一性原理方法，研究了微量原子Ta、Ni在γ-Co3(Al，W)相中的择优占位、结构稳定性、磁学性质、微观电子结构和理想力学强度等性质。研究结果表明:在外加应力作用下，γ-Co3(Al，W)的力学性能降低主要是由于Co-Al化学键间的价电子崩塌所导致的。而在受外力变形过程中，γ-Co3(Al，W)相中Co-W化学键起到了维持γ相的力学性能的作用。微量元素对γ-Co3(Al，W)的力学性能的强化作用主要是通过掺杂原子与γ相的原子结构中Co、W原子形成类环状化学键，从而大大提高了γ-Co3(Al，W)相的力学性能。