目前，空间飞行器关键活动件和构件材料主要选用高强度不锈钢和少量钛合金。但是钢材料密度较大，极大限制了它的使用量。钛合金虽然密度小、比强度高，但是其硬度较小、耐磨性较差。最近，人们研发了一种性能优异的新型锆钛合金47Zr45Ti5Al3V，这种新型合金的抗拉强度达到1638 MPa，密度5.11 g/cm3仅为钢的2/3，具有较高的比强度，有望取代传统不锈钢材料，在空间中具有可观的应用前景。但这种新型材料在空间碎片环境中的适用性还有待考证。本文以47Zr45Ti5Al3V合金为对象，开展了其冲击压缩性、空间微小碎片超高速撞击效应和高压下的物理性质研究，以期为这种新型锆钛合金在未来空间飞行器上的可能应用提供参考和依据。　　首先，采用二级轻气炮高速发射技术在30～200 GPa压力内研究了47Zr45Ti5Al3V合金的冲击压缩特性。为了使实验数据具有可比性，我们采用了对称碰撞、非对称碰撞和反向碰撞三种实验方法，利用电探针测量了在样品中产生的冲击波速度Us，通过阻抗匹配法得到波后粒子速度up，线性拟合得到Us-up关系: Us=4.324(±0.035)+1.177(±0.012)up。在30～200 GPa内没有可察觉的相变。假设47Zr45Ti5Al3V合金为理想混合物，将叠加原理计算预测得到的Us-up与实测结果进行对比，通过两者的相符程度判断在实验压力范围之外0～30 GPa是否发生相变，结果显示:47Zr45Ti5Al3V合金在0～30 GPa冲击压力下发生了α→β相变，在30～200 GPa冲击压力内呈bcc结构的β相。　　通过冲击压缩实验数据，获得了47Zr45Ti5Al3V合金P-V-T物态方程的相关参数，其中:Grüneisen参数γ=1.277（ρ0/ρ);其零压零温体积模量B0k=97.956 GPa; B0k对压力的偏导数B0K=3.680;通过Lindemann经验公式计算得到了德拜温度(☉)=305 K。以Vinet等温物态方程为基础，只考虑晶格热贡献，建立了47Zr45Ti5Al3V合金的P-V-T物态方程。　　利用激光驱动微小飞片技术来模拟空间环境中微小碎片对47Zr45Ti5Al3V合金的撞击，本文分别进行了单次和累积撞击实验。采用(☉)=1 mm，厚度为5μm和8μm的两种Al飞片，撞击速度在2～7 km/s。碰撞后在表面形成的宏观损伤为撞击坑，由于飞片质量太小，超高速撞击对47Zr45Ti5Al3V合金的开坑现象不是很明显。用表面轮廓仪测量了撞击坑的深度，深度h与飞片速度D呈线性关系:h8μm=-11.715+5.530D，h5μm=-0.410+1.118D。8μm厚的Al飞片在2.5和5.7 km/s附近累积撞击次数N与其对应的撞击坑深度h的关系也呈标准线性关系:h2.5=0.675+2.397N，h5.7=8.861+10.826N。由于应变硬化作用，重复撞击所造成的损伤小于第一次撞击。　　在冲击压缩实验的基础上，获得了微小飞片超高速撞击所产生的冲击压力和温升。本文从温升和晶粒细化动力学两方面计算得到47Zr45Ti5Al3V合金发生动态再结晶的临界撞击速度在4.163～5.683 km/s之间。然而单次撞击所产生的塑性变形程度较小，无法产生足够的位错、孪晶使晶粒破碎细化，仅在超高速区累积撞击后，在撞击坑底部发现了细小晶粒。此外，对撞击坑底部的透射电子显微镜分析表明，虽然冲击波形成的温升和卸载过程相当于淬火，但是47Zr45Ti5Al3V合金的相组成并没有发生变化，没有发生在其它钛合金中发现的β→ω相变，说明在超高速撞击下47Zr45Ti5Al3V合金具有较好的结构和力学稳定性。　　为了研究47Zr45Ti5Al3V合金中相结构的特征，本文针对其基体材料Ti2Zr进行了基于密度泛函理论的第一性原理计算研究。主要研究了其高压相变、相的结构、力学和热力学性质。通过拟合总能量E和体积V的关系得到了Birch-Mumaghan物态方程。通过比较三相之间的焓差得到α-Ti2Zr、β-Ti2Zr和ω-Ti2Zr在0～100 GPa内的相变规律:随着压力的增加，β相的稳定性显著提高，在25.4～29.1 GPa发生ω→β相变;在51.3～94.7GPaα-Ti2Zr转变为β-Ti2Zr。基于第一性原理计算得到的E-V关系，采用准谐德拜模型计算得到了α-Ti2Zr和ω-Ti2Zr的德拜温度，比热容和热膨胀系数与压力和温度的关系。　　最后，本文运用有限应变的方法计算了α-Ti2Zr和ω-Ti2Zr的弹性常数及它们在高压下变化趋势。根据Pugh提出的预测脆性和延展性的经验公式，即剪切模量G和体积模量B的比值，得到了α-Ti2Zr和ω-Ti2Zr的脆性关系:无论在常态还是高压下ω-Ti2Zr均表现出较大的脆性。电荷密度差分分析揭示了ω-Ti2Zr中形成的特殊网状结构为其呈脆性的原因。α-Ti2Zr和ω-Ti2Zr的电子态密度和电子分布分析揭示了它们在压力作用下发生了sp→d的电子转移，这预示着在高压下将形成高压稳定相β-Ti2Zr。　　综上所述，本文以新型锆钛合金47Zr45Ti5Al3V为研究对象，采用实验与理论计算结合的方式研究了其在超高速撞击下的动态响应及其性能变化，评估其在空间碎片环境中的的适用性，为高性能新型合金在未来空间飞行器上的应用提供基础数据和参考。