从晶体组成和结构出发预测离子-共价型晶体的本征性质已逐渐成为材料科学领域一个重要方向。晶体本征性质的预测方法包括基于密度泛函理论的第一性原理方法、原子力学方法和化学键性质参数方法等，其中化学键性质参数方法是一种基于晶体组成和结构，采用化学键性质参数预测晶体本征性质的经验方法。这种方法具有简单和准确等优点，已广泛应用于预测简单结构晶体的体模量、热膨胀系数和硬度等本征性质。然而，现有化学键性质参数方法中存在两个亟需解决的关键问题：i）化学键性质参数的选取和定义；ii）复杂组成和结构以及配位环境耦合作用的处理方式。目前为止，大部分研究学者采用一些简单参数如键长、原子价态和配位数等作为化学键性质参数，建立简单结构晶体本征性质的经验预测模型。然而这些化学键性质参数仍存在一些不足，如普适性不够，仅适合于一类或几类晶体；很难处理复杂组成结构与组成耦合作用，仅适用于简单结构晶体；随意性强，无统一使用标准，不同模型往往选取不同的化学键性质参数等。近年来，在电价规则基础发展起来的键价理论已广泛应用于无机晶体化学领域。采用键价理论可以定量计算化学键键价、键力常数和共价键价等化学键性质参数，其具有以下优点：准确反应化学键的键合强度和共价性等化学键性质；普适性，广泛适用于不同类型的离子或共价型晶体；准确和可靠性，已得到大量晶体结构数据验证；化学键键价将原子价态直接分配在化学键上，容易处理复杂结构和组成以及配位环境的耦合作用。因此，本论文采用键价理论计算的化学键键价、力常数和共价键价等化学键性质参数，建立了简单结构晶体，简单立方尖晶石型晶体和复杂立方尖晶石型晶体的体模量、热膨胀系数和硬度经验预测方法与模型。简单结构晶体的本征性质与组成晶体的化学键本征性质密切相关。本论文从键价理论计算的化学键性质参数出发建立了简单结构晶体本征性质的经验预测方法与模型。首先，采用键价理论计算出简单结构晶体的化学键键价、键力常数和共价键价等并作为化学键性质参数；然后依据这些化学键性质参数定量计算简单结构晶体中化学键的体模量、热膨胀系数和硬度；最后建立起简单结构晶体本征性质与化学键本征性质的定量关系式。研究表明，不同类型简单结构晶体的体模量与化学键体模量和化学键体积密度乘积呈线性关系；热膨胀系数可近似等于其化学键热膨胀系数；硬度等于其化学键硬度，它与共价键价面密度和化学键体积密度乘积呈线性关系。采用建立的简单结构晶体体模量、热膨胀系数和硬度经验预测模型预测了一系列简单结构晶体的体模量、热膨胀系数和硬度，均与实验值较好吻合，验证了基于键价理论建立化学键性质参数方法的合理性。简单结构晶体的本征性质经验预测方法与模型的建立也为进一步建立复杂组成结构晶体的本征性质经验预测方法与模型奠定了基础。与简单结构晶体不同，立方尖晶石型晶体具有四面体和八面体两种配位环境以及两种相应类型的化学键。目前为止，采用化学键性质参数方法研究立方尖晶石型晶体本征性质的研究并未见报道。本文基于简单结构晶体的本征性质经验预测模型，进一步分析四面体和八面体配位环境的耦合作用对立方尖晶石型晶体本征性质的影响，建立起简单立方尖晶石型晶体的体模量、热膨胀系数和硬度经验预测方法与模型。基于四面体和八面体耦合作用的两种处理方式，提出了两种简单立方尖晶石型晶体的体模量经验预测模型，模型I基于不同配位环境对晶体体模量贡献与化学键数量以及键长三次方乘积成正比而提出；模型II基于四面体和八面体对晶体体模量具有均等贡献而提出。基于四面体和八面体化学键耦合作用的两种处理方式，建立了两种简单立方尖晶石型晶体的热膨胀系数经验预测模型，模型I基于不同类型化学键对晶体热膨胀系数贡献与化学键数量成正比而提出；模型II基于尖晶石型晶体热膨胀系数主要由八面体化学键决定而提出。简单立方尖晶石型晶体的硬度经验预测模型基于四面体和八面体化学键硬度依据其化学键个数的几何平均值而提出。采用简单立方尖晶石型晶体的体模量、热膨胀系数和硬度经验预测模型对一系列二元立方尖晶石型氮化物和三元立方尖晶石型氧化物的本征性质进行了预测，并得到实验值验证。本文研究表明采用合适处理方式分析配位环境的耦合作用是建立复杂结构晶体各本征经验经验预测方法与模型的关键。与简单立方尖晶石型晶体相比，复杂立方尖晶石型晶体的各结晶学位置上均可能由多种不同类型原子混合占据，其化学组成为非化学计量时会出现阳离子空位等缺陷。目前为止，复杂立方尖晶石型晶体本征性质的预测仍然是一大难题，而键价理论提出的化学键键价在处理复杂组成方面具有优势。本文基于简单立方尖晶石型晶体的本征性质经验预测方法与模型，采用键价理论计算的平均化学键性质参数建立起复杂立方尖晶石型晶体的体模量、热膨胀系数和硬度经验预测方法与模型。首先采用多面体中不同种类化学键键价依据化学键个数加权平均值来分别计算四面体和八面体化学键的平均键价，进一步可计算四面体和八面体化学键的平均键力常数和平均共价键价等化学键性质参数；然后基于配位多面体耦合作用的不同处理方式，分析结晶学位置上阴阳离子的混合占位以及阳离子空位等缺陷对其本征性质的影响，提出复杂立方尖晶石型晶体的两种体模量经验预测模型、两种热膨胀系数经验模型和一种硬度经验模型。为了验证复杂立方尖晶石型晶体本征性质经验预测模型的预测能力，我们设计和制备了不同组成-AlON、MgAlON和LiAlON立方尖晶石型固溶体。首先表征了三种立方尖晶石型固溶体的组成并解析其晶体结构；然后依据其晶体组成与结构，采用复杂立方尖晶石型晶体本征性质经验预测方法与模型预测了三种立方尖晶石型固溶体的体模量、热膨胀系数和硬度；最后通过优化合适工艺制备出纯相、高致密度和大晶粒尺寸的-AlON、MgAlON和LiAlON立方尖晶石型固溶体透明陶瓷，并系统评价了其体模量、热膨胀系数和硬度等性能。三种立方尖晶石型固溶体的性能实验测定值与对应本征性质的预测值相接近且最大偏差小于15%，证明了基于键价理论提出的平均化学键性质参数在处理复杂结构和组成晶体方面的合理性，以及本研究提出的复杂立方尖晶石型晶体本征性质经验预测模型具有较好的预测能力。本论文中各本征性质经验预测模型建立的思路和方法尤其是有关配位环境耦合作用以及复杂结构和组成的处理方法可以推广到其它类型的复杂结构和组成晶体中，可望成为建立离子-共价型晶体的组成-结构-本征性质关系的普适方法。