W-Cu不互溶合金材料由于其良好的力学性能和功能特性,在航空航天、电子信息、国防工业、电工和机械加工等领域均有广泛应用。某些特定溶质元素的添加可进一步提高W-Cu合金材料的综合性能。但W-Cu复合多相材料体系由于其溶质元素与体系中多类物相和多类界面的相互作用关系复杂,使其缺乏系统的微观机理分析和普适性规律的指导,导致溶质元素筛选策略和成分设计方法较难获得,极大的阻碍了新型高性能W-Cu材料体系的研发。因此,系统研究W-Cu体系的界面特征和添加溶质元素的优选方法,综合分析溶质浓度调控对界面稳定性和力学稳定性等方面的作用机制,预测溶质元素的最适添加浓度范围,这些方面的研究对高性能W-Cu合金材料的设计研发具有重要意义。针对W-Cu体系的界面特性和溶质优选等问题,本文基于第一性原理对体系中W相、Cu相及其相界、晶界分别建立相应的溶质固溶和晶界偏聚模型,系统研究多类溶质元素与W-Cu体系各种物相和界面的交互作用关系。结合偏聚能和电子结构计算,揭示了W-Cu体系中同种溶质元素在晶界偏聚和相界偏聚过程中可能存在的差异及其微观机理。通过W-Y和W-Sc体系中溶质元素添加结果的对比分析,阐述了强偏聚元素与界面稳定性之间的关联。进一步,结合晶界偏聚能、相界偏聚能、Cu基固溶体形成能等计算,提出了W-Cu复合材料体系筛选溶质元素的基本判据,从原子尺度上为研究多相复合体系的溶质元素优选策略提供了普适性分析方法。针对实际应用中的溶质浓度最适添加范围选取问题,本文基于第一性原理在W-Y合金体系中首次建立了考虑溶质浓度效应和多层偏聚的晶界偏聚模型,系统研究了W-Y体系中溶质浓度效应对溶质原子在基体中固溶、界面区域扩散、多层偏聚和第二相析出等行为的影响机制。计算结果揭示了该体系偏聚过程中W—Y键从晶内反键态向晶界成键态的键性转变规律。模型计算获得了偏聚能随溶质浓度的变化关系,预测了不同溶质浓度下单层偏聚和多层偏聚的择优发生趋势,进而明确了W-Y体系中多层偏聚诱发Y相析出导致界面相稳定性减弱的微观作用机理。通过系统计算获得了W-Y合金体系兼顾整体力学性能和界面稳定性的最佳溶质浓度添加范围和应避开的溶质浓度范围,为高性能W-Cu合金的成分设计提供了可靠指导和新的理论分析方法。