锆合金具有良好的核性能、抗腐蚀性、抗中子辐照性、耐高温以及低密度等特点，在核工业和化工业中具有广泛的应用。因此，对锆合金的深入研究对扩展其应用范围具有很重要的科学和技术意义。以原子、分子为基础进行材料设计，实现在微观尺度上控制材料结构和成分，是现代先进材料重要发展方向。本文采用基于密度泛函理论的第一性原理方法，结合材料设计原理，对Zr_xNb_1-xC和ZrC_xN_1-x两种合金体系进行成分设计以及性能预测研究，旨在建立合金力学性能与体系价电子浓度的物理关系，设计具有优异力学性能的新型锆合金。运用虚晶近似方法，基于Zr_xNb_1-xC和ZrC_xN_1-x的无序固溶模型，对其结构参数、力学性能、电子结构随成分变化进行系统研究。计算结果显示，两种合金的晶格常数a均随x增加而增加。通过分析体积模量和剪切模量的变化规律可以发现，在Zr_xNb_1-xC合金体系中Zr_0.21Nb_0.79C具有最高的剪切模量215GPa和较高的体积模量294GPa，因而Zr_0.21Nb_0.79C可能具有最大的硬度值。结合硬度计算公式发现，在ZrC_xN_1-x合金体系中ZrC_0.7N_0.3合金具有最高的硬度值28.4GPa。通过分析能带结构、态密度以及混合焓，进一步揭示了Zr_0.21Nb_0.79C和ZrC_0.7N_0.3合金的电子性质和热力学性质，发现Zr_0.21Nb_0.79C和ZrC_0.7N_0.3合金均具有金属性且有很高的热力学稳定性。以上结果表明，通过调控晶体内部价电子浓度来改变合金成分是一种设计新型材料的有效方法。