本文通过第一性原理计算研究了TiC_1-xN_x的晶体结构、电子结构和力学性能。同时,利用反应等离子喷涂技术合成TiC_1-xN_x涂层,并通过纳米压痕仪测定了其硬度和弹性模量,理论计算和实验相结合,从原子尺度分析N含量对TiC_1-xN_x力学性能的影响,为TiC_1-xN_x涂层的组织结构设计和工艺优化提供理论和技术支撑。1)建立了不同N含量的TiC_1-xN_x模型,研究了N固溶对晶体结构和形成能的影响,结果表明:随N含量增加,晶格常数a与晶胞体积V均减小,TiC_1-xN_x的结合能及形成能均降低且为负值,表明TiN最易形成,其热力学稳定性也最高。2)计算了TiC_1-xN_x的弹性模量来研究其力学性能。结果表明:随N含量增加,体积模量B不断升高,剪切模量G、弹性模量E先升高再降低。硬度计算结果表明:TiC_0.5N_0.5>TiC_0.7N_0.3>TiC_0.2N_0.8>TiC>TiN,其中TiC_0.5N_0.5的硬度最高,达到31.23 GPa。B/G,B/C₄₄,C₁₂-C₄₄和泊松比的计算结果表明:TiN具有一定韧性,TiC脆性倾向最大,TiCN相的脆性介于两者之间。TiC_1-xN_x各向异性的顺序为TiN>TiC>TiC_0.5N_0.5>TiC_0.2N_0.8>TiC_0.7N_0.3,可见TiN具有明显的各向异性。3)计算了TiC_1-xN_x的态密度和电荷密度来分析键类型、键之间相互作用对其力学性能的影响。结果表明:TiC_1-xN_x中存在三种成键类型,共价键以Ti-C和Ti-N键为主,含少量C-N键,Ti-C和Ti-N离子键、Ti-Ti金属键。N的掺杂可改变Ti的d层轨道电子与C或N的2p层轨道电子间的相互作用力,也改变了形成金属键d层轨道电子间的相互作用力,进而影响TiC_1-xN_x的硬度与韧性。随N含量增加,Ti-Ti键作用增强,使韧性增强而硬度降低;Ti-C变为Ti-N键,共价性减弱而离子性增强,使硬度降低而脆性倾向减弱。4)XRD结果表明,TiCN涂层中的物相结构与碳源有关。以石墨、炭黑为碳源时,涂层主相分别为TiC_0.7N_0.3、TiC_0.3N_0.7,随碳含量降低,涂层主相变为TiC_0.2N_0.8,XRD计算的晶格常数与计算差值小于2%,表明模型可靠;XPS分析表明涂层中存在Ti-C,Ti-N,C-C及C-N键,与电子结构及成键分析一致;硬度及弹性模量的实验与理论值存在一定偏差,是由于实际晶体中存在晶体学缺陷,涂层中存在显微缺陷,但其变化趋势一致,表明计算结果可靠,计算对涂层的制备具有指导意义。