材料设计和新材料开发是材料研究的热点,其中相图被称为材料设计的“索骥图”,它可以直观反映材料成分、结构和性质之间的关系,在材料研究领域有着举足轻重的地位。本工作以生物医用钛合金中关键材料体系(Ti-Zn二元系、TiAl-Zr三元系和Ti-Nb-Hf-C四元系)为研究对象,目的是通过关键实验、耦合第一性原理和相图计算(CALPHAD,CALculation of PHAase Diagram)方法,建立自洽的合金热力学数据库,为相关合金设计提供相图热力学理论基础。本工作的主要研究内容为:(1)对文献中Ti-Zn二元系的热力学数据和相图信息进行评估,通过关键实验,结合第一性原理计算和CALPHAD方法重新构建了Ti-Zn二元系相图。(2)基于文献所报道的Ti-Al-Zr三元系的热力学数据和相图信息,通过第一性原理计算和CALPHAD方法首次建立了Ti-Al-Zr热力学数据库。(3)系统地收集、整理和评估Ti-Nb-Hf-C四元系中各子二元系、子三元系的热力学数据,通过CALPHAD方法得到了一组自洽的Ti-Nb-Hf-C四元数据库。(4)最后,以Ti-Al-Zr三元系为例,在已有的热力学数据库基础上,通过第一性原理计算和应力-应变测试方法对指定成分的Ti-Al-Zr合金的力学性能进行了研究,构建了Ti-Al-Zr合金的“原子排布-合金成分-合成温度-相结构-弹性模量”的大数据库,为相关材料设计提供了理论基础。