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难熔高熵合金作为一种新型高温结构材料,具有优异的高温强度、良好的高温抗氧化性能,在航空航天等高温应用的领域展现出极大的应用前景,然而也存在许多亟待解决的问题,例如高密度、高成本、难制备、难加工等,距离实际投入应用尚存在着较远的距离。针对这些不足,本文采用了难熔高熵合金的设计理念,选择了难熔元素中密度相对较低、成本较低、高温下可以形成固溶体的Ti、Nb、Mo、Zr四种元素,设计并制备了不同成分的Ti-Nb-Mo-Zr四元合金与Ti-Nb-Mo三元合金,并通过理论计算与实验结合的方式对其组织与性能进行了表征与测试。本文首先通过虚拟晶体近似方法建立不同合金成分的固溶体模型,并通过第一性原理计算研究了不同成分合金的弹性性质。计算结果显示:在Ti元素含量一定的前提下,Zr含量对合金的弹性性质影响最显著,会降低合金弹性模量与BCC固溶体稳定性,但可以提高合金韧性;Nb和Mo展现出与Zr相反的作用。通过球磨与烧结工艺的探索与优化实现了块体合金的粉末冶金制备。对不同成分合金进行了微观组织表征与力学性能测试,Ti-Nb-Mo-Zr四元合金呈现出较为均匀的组织,而Ti-Nb-Mo三元合金由于过程控制剂引入,形成了双相组织。测试所得到不同成分合金力学性能变化规律与第一性原理计算的预测一致。其中Ti70Nb10Mo10Zr10合金具有较低密度与优异韧性,Ti40Nb30Mo30合金展现出超高强度。为了进一步提升Ti70Nb10Mo10Zr10（TI70）合金室温与高温强度,在TI70合金中加入不同含量的Si元素制备了含两级硅化物第二相结构的TI70-Six合金。通过微观组织表征与分析可知,TI70-Six合金呈现出基体+硅化物的双相微观结构,其中基体为BCC结构固溶体相,硅化物分为两种,一种是分布在晶粒内部的弥散S1型（Ti,Zr）5Si3硅化物;另一种是板条状和颗粒状界面S2型（Ti,Zr）6Si3硅化物。硅化物与基体具有多种取向关系,所有硅化物的密排面均趋向与BCC基体的密排面平行。通过对硅化物的原子分辨率扫描透射显微学表征首次确定了 S2硅化物为一种ZrNiAl型晶体结构的Ti3Zr3 Si3化合物,Ti、Zr、Si分别占据P-62m空间群的3f、3g与1b和2cWyckoff位置。通过第一性原理计算预测了S1和S2硅化物杨氏模量分别为250.3 GPa与232.3 GPa。通过原子分辨率STEM表征以及第一性原理计算得到了硅化物/基体界面性质以及形成机制。弥散硅化物与板条状界面硅化物是由高温固溶Si元素析出得到的,颗粒状界面硅化物是过量Si原位自生反应生成的。不同形成机制与尺寸使得不同硅化物对合金微观组织具有不同影响。硅化物的引入显著提升了合金室温与高温强度,室温屈服强度从1167 MPa（TI70合金）提高至1550 MPa（TI70-Si4合金）,根据对变形组织表征以及强化机制计算可知,强化主要来源于硅化物通过晶粒细化和强化晶界带来的细晶强化以及载荷传递强化,弥散硅化物弥散强化以及Si元素固溶强化效果较弱。由于弥散硅化物对晶粒内部位错运动的限制以及界面硅化物对晶界的强化,TI70-Si4合金在600℃和800℃下压缩强度分别为1048 MPa和437 MPa,相对于TI70合金的屈服强度分别提升了61.1%和111.2%。在800℃下基体严重软化造成了强度大幅降低。针对TI70合金高温软化现象,对Ti40Nb30Mo30（T4NM）合金进行了深入研究。T4NM合金由BCC结构（Ti,Nb,Mo）相和FCC结构Ti-C相构成。通过透射电子显微学表征,确定了（Ti,Nb,Mo）相为烧结时相互扩散形成的BCC无序固溶体相,而FCC-Ti（C）相为一种C在FCC-Ti八面体间隙无序分布的FCC-Ti固溶体相（C含量为26.6 at.%）。根据第一性原理计算结果,FCC-Ti（C）相是由于间隙固溶C原子造成的体系能量变化而诱发形成。T4NM合金室温压缩屈服强度与断裂强度分别为1874 MPa和2050 MPa。在500℃、700 ℃、800℃、900℃的压缩屈服强度分别为 1405 MPa、1154MPa、913 MPa、508 MPa,又由于合金具有较低的密度（6.64 g/cm3）,因此其室温与高温比强度十分优异,展现出巨大的应用前景。通过纳米压痕实验结果可知,（Ti,Nb,Mo）相杨氏模量（155.9±3.3 GPa）与TI70合金（100.1±1.9GPa）相比显著提升。FCC-Ti（C）杨氏模量和纳米硬度分别为233.1±22.2 GPa和17.8±1.9 GPa,微柱压缩实验表明FCC-Ti（C）具有极高的压缩强度:临界分切应力为1.1±0.1 GPa。根据断口分析和TEM表征可知,（Ti,Nb,Mo）相变形机制主要为位错滑移,而FCC-Ti（C）相变形机制主要为位错滑移以及层错变形。根据FCC-Ti和FCC-Ti（C）的广义层错能曲线,{1 1 1}<1 1 2>型层错更容易生成,C掺杂对层错形成能垒影响不大,但可以显著提升稳定层错能,意味着有阻止HCP-Ti形核的趋势。通过{1 1 1}<1 1 0>广义层错能曲线得到了该滑移系理想滑移应力,通过对FCC-Ti和FCC-Ti（C）理想剪切应力值对比可知,C掺杂可以有效阻碍该滑移系中位错滑移。因此可知,FCC-Ti（C）相强度的大幅提升,主要来源于大量C固溶带来的变形抗力的提升以及对位错滑移的阻碍作用。具有超高强度的FCC-Ti（C）相以及具有优异室温高温性能的（Ti,Nb,Mo）固溶体相使得T4NM合金在保持较低密度的同时,得到了优异的室温与高温强度并展现出巨大的应用前景。