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以金属间化合物为基体的合金是当前正在发展的一种新型金属材料。随着科技的不断发展，对材料性能的要求越来越高，有关金属间化合物的科技研究工作也越来越受到重视。目前常见的金属间化合物材料的开发有两类，一类是发展新型轻质结构材料，制造出质轻、比强度高、抗应力强、耐腐蚀性好的合金材料，如镁基合金;另一类是发展高温结构材料，制造出具有高熔点、抗蠕变能力强、抗腐蚀和抗氧化性能好的合金材料，如Laves相铬基合金。虽然镁基和铬基合金因其自身优异的性质得到了认可与应用，但是它们都存在一个共同的缺点----低温易脆性。这一缺点阻碍了镁基和铬基合金的进一步发展与广泛应用。低温脆性与材料的塑性形变密切相关，而塑性形变主要受到层错、反相畴界和位错等有序微观缺陷结构控制。通过研究金属间化合物的微观缺陷结构，了解其塑性形变特征、形变机理和相关力学性质，进而设计具有优异力学性能的材料，是目前金属间化合物性能优化研究的关键性课题。
本文基于密度泛函理论第一性原理计算研究了C14 Laves相MgZn2及C15 Laves相Cr2X(X=Nb，Zr, Hf)的广义层错能曲线，讨论了它们的形变机制，并从电荷密度分布、原子间相互作用和化学成键等电子原子水平揭示了Laves相中层错的形成特征。此外，本文系统地计算了B2-MgRE(RE=La-Er)中<111>{110}方向和L12-Al3X(X=Sc，Mg)中<110>{111}方向的广义层错能曲线，联合Peierls-Nabarro模型研究得到了它们的位错芯结构和性质。本论文主要内容包括以下四个方面：⑴基于协同剪切机制，建立了C14 Laves相结构合金的内禀型层错intrinsic stacking fault(I2)和类孪生层错twin-like stacking fault(T2)的形成模型。通过第一性原理计算了C14 Laves相MgZn2的I2和T2的广义层错能曲线。结果表明即使通过协同剪切机制，MgZn2中I2的非稳定层错能仍然很大，在MgZn2中形成I2层错比较困难。基于已有的内禀型层错I2构型，继续协同剪切操作，可以形成类孪生层错T2。非稳定和稳定类孪生层错能比非稳定和稳定内禀型层错能稍大，表明形成T2层错和形成I2层错的过程是类似的。基于获得的广义层错能，我们讨论了C14 Laves相MgZn2的形变机制，结果表明MgZn2中主要的形变机制为扩展不全位错滑移。为了进一步揭示C14 Laves相MgZn2的I2和T2形成的本质特征，其层错形成过程中的电荷密度分布也被进一步研究。⑵基于协同剪切机制，建立了C15 Laves相结构合金的本征层错stacking fault(SF)和孪生层错twinning fault(TF)的形成模型。通过第一性原理计算了C15 Laves相Cr2X(X=Nb，Zr, Hf)的广义层错能曲线，并讨论它们相关的形变机制。结果表明即使通过协同剪切机制，C15 Laves相Cr2X(X=Nb，Zr, Hf)中SF和TF的非稳定层错能仍然很大，相应的稳定层错能较小。在C15 Laves相Cr2X(X=Nb，Zr, Hf)中，可行的形变模式是扩展不全位错和孪生。研究还表明，Cr2Nb的孪生化趋势最强，随后为Cr2Zr和Cr2Hf。为了进一步揭示C15 Laves相Cr2X(X=Nb，Zr, Hf)中SF和TF层错形成的本质特征，其层错形成过程中的电荷密度分布也被进一步研究。⑶通过第一性原理计算了B2-MgRE(RE=La-Er)合金中<111>{110}方向的广义层错能曲线。基于获得的层错能曲线联合Peierls-Nabarro模型研究了合金的<111>{110}超位错的结构和性质。结果表明在B2-MgRE合金中，<111>位错分解为两个共线的不全位错。对于同一物质同一体系，螺位错分解宽度比刃位错分解宽度小，螺位错的Peierls力和Peierls能比刃位错大。对比不同B2-MgRE合金可知，MgEu的<111>{110}螺位错和刃位错的Peierls能和Peierls力最大，MgSm的最小，表明在MgEu中移动<111>{110)位错最困难，而在MgSm中相对最容易。此外，研究还表明随着稀土元素原子序数的增加，B2-MgRE(RE=La-Er)合金中<111>{110}的位错分解宽度、Peierls力和Peierls能分段减少(Lato Sm)和(Eu to Er)。⑷通过第一性原理计算了L12-Al3Sc和Al3Mg合金中<110>{111}方向的广义层错能曲线，获得了它们的反相畴界能。基于获得的广义层错能曲线联合Peierls-Nabarro模型研究了L12-Al3Sc和Al3Mg合金中共线分解的<110>{111}超位错的结构和性质。计算估测的Al3Sc的<110>{111}刃位错的分解宽度与已报道的实验值相吻合。Al3Sc的<110>{111}刃位错和螺位错的位错分解宽度、Peierls力和Peierls能比Al3Mg的小。在L12-Al3Sc和Al3Mg中，<110>{111}螺位错分解宽度比刃位错分解宽度小，螺位错的Peierls力和Peierls能比刃位错大。