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TiAl金属间化合物由于低密度、高温抗氧化和抗蠕变能力较强、比强度和比弹性模量高等优异性能,是目前新型航空航天材料的发展目标。然而其室温脆性严重地阻碍了TiAl金属间化合物的应用与发展。合金化方法可改变金属间化合物的机械、高温等性能。在TiAl金属间化合物中适量加入稀土元素可以提高其的室温压缩延性。本论文计算稀土掺杂TiAl金属间化合物的电子结构、弹性性质和力学性能,以其揭示稀土掺杂对TiAl合金结构和性能的影响规律。本文应用密度泛函理论的第一性原理计算方法,采用Materials Studio计算软件的Visualizer模块模拟建立了TiAl的晶体模型及La、Ce、Nd、Sm、Yb元素分别掺于TiAl合金中的模型,并应用CASTEP分别计算所建立模型的电子结构和力学性能。通过CASTEP模块对所建立的TiAl单胞模型进行优化计算,得到的晶格常数和体积模量计算结果与文献报道的实验数值相符。表明本论文计算所采用的计算参数是比较恰当的。通过计算得到TiAl的态密度图,表明在TiAl晶体内部,Ti-Al相互作用主要是Ti原子的3d电子轨道和Al的3p电子轨道的相互作用。Al的3s电子轨道3p电子轨道电子的杂化导致Al原子与Al原子之间存在很强的作用。布居数计算结果表明,Ti Al金属间化合物中Al-Al键的共价键作用较强,金属键结合因素相对较弱,成键方向性较强。差分密度图也表明材料表现出较强的各向异性。通过计算分析得到TiAl的体积模量为127.89GPa、剪切模量为69.60GPa、杨氏模量为170.46GPa,G/B0和泊松比的计算值表明材料表现为脆性。通过对TiAl掺杂稀土元素La、Ce、Nd、Sm、Yb后的结构和性能的计算,结果表明:La、Ce、Sm稀土元素在TiAl中的占位更倾向于占据Al的位置,而Nd、Yb更倾向于占据Ti的位置;稀土元素的掺入,均使模型的晶格常数增加、轴比下降;La元素的掺入TiAl中,La与Ti成键,使模型的成键方向性下降,TiAl内部键合作用强弱差距较大,使得TiAl抗剪切能力下降,剪切模量下降。La掺入降低了TiAl的共价性的同时使模型内部原子间作用力减小,体模量减小。离子性增强,硬度下降,延性提高。Nd原子的掺入使得TiAl中Ti-Al键的共价性增强、成键方向性增强,离子性降低,硬度提高,延性下降。Ce原子的掺入使TiAl共价性增强,Ce原子的电子均匀贡献给Ti原子和Al原子,使TiAl原子间结合力增加,体模量大幅度增加,而剪切模量基本不变,使得延性和硬度均有所提高。Sm、Yb原子的掺入使得TiAl模型的成键方向性增加,共价性增强,使TiAl的硬度提高,延性下降。在几种元素中,Ce元素的掺杂在五种稀土元素掺杂中效果最佳。Ti16Al15Ce的Ti-Ti键、Al-Al键的共价性均大于Ti16Al15La。Ti-Ce键的金属性要高于Ti-La键。改变Ce元素的掺杂浓度,对Ce掺杂Ti Al超晶胞模型的计算结果表明:稀土元素Ce掺入使Ti Al轨道相互作用,共价性增强,成键方向性增加、硬度提高。Ce原子与Ti、Al原子之间成离子键,离子性增强,延性提高。随着Ce掺杂浓度的提高,Ti Al延性和硬度均有所提高。将稀土掺杂Ti Al金属间化合物结构和性能的第一性原理分析研究结果与文献报道的理论研究结果和实验研究的结论进行对比分析表明,得出结论一致,可为稀土掺杂TiAl金属间化合物的研究和开发提供理论指导。