中文摘要：

碳化物陶瓷具有优异的力学性能、良好的电、磁、热学性质及化学稳定性，作为高温结构材料具有广阔的应用前景。它是共价键占主导的材料，其宏观性质对于材料的微观结构和化学组份非常敏感，适合运用量子力学尺度的第一原理计算来研究结构与性能的关系。本项目拟应用平面波赝势总能计算方法，研究二元、三元碳化物陶瓷的力学和热力学性质，联系电子结构和原子成键特点，认识影响二元、三元碳化物陶瓷宏观性能的本质因素，建立电子、原子尺度特性与宏观性能的关系。阐明彼此对应的二元和三元碳化物陶瓷在结构和性质上的联系，揭示合成三元碳化物陶瓷过程中第三组元插入到二元碳化物陶瓷的机制，了解导致不同三元碳化物陶瓷合成路径巨大差异的原因，并预测高温性能，最终能够为新材料的性能预测和优化设计提供可信的理论基础。

结论摘要：

二元碳化物陶瓷具有硬度高、强度高、热稳定性好等优点，在高温及超高温环境中有重要的应用。但其损伤容限低、裂纹敏感和高温抗氧化性能差，严重制约了广泛的实际应用。发展新型三元碳化物陶瓷来解决这些问题是近年高温结构陶瓷的重要发展方向。本基金项目以发展高损伤容限、易加工、抗氧化的高温碳化物结构陶瓷新材料为根本目标，提出了在电子结构和晶体结构尺度上进行化学键裁剪和材料性能预测，应用计算材料学手段完成新材料筛选和设计。在项目的执行过程中，重点研究了三元层状碳化物陶瓷（具有化学通式Tn+1AXn 其中T是过渡族金属、A是IIIA或IVA族原子、X是碳或氮）、 Zr-Al-C陶瓷、Al-B-C陶瓷等新型三元碳化物陶瓷材料及所对应二元碳化物的晶体结构、化学键强度、原子尺度形变模式和力学与热力学性能等，在电子结构和晶体结构层次上建立了微观结构与宏观性能（力学、电学和热力学性能）的本征关系，形成了这类碳化物陶瓷性能的预测、控制和优化的能力；通过化学成分的裁剪和性能预测，发展出性能优异的固溶体，完成了力学性能和高温抗氧化性能的优化；提出了预测新型高损伤容限结构陶瓷的理论框架，建立了性能预测的理论方法和途径。