[发明专利]一种MAX相陶瓷的制备方法

说明书

本发明涉及一种MAX相陶瓷的制备方法，属于高温结构陶瓷领域。采用三种及以上（Cr₂AlC除外）具有211结构的MAX相陶瓷粉体与一定比例的Cr₂AlC粉体作为初始原料，经过充分球磨混合后高温热压烧结得到MAX相陶瓷。得到的陶瓷含有大量具有高熵413结构MAX相，室温下弯曲强度最高可达720 MPa，是普通211结构MAX相陶瓷的2倍以上。同时，该MAX相陶瓷的维氏硬度值是普通211结构MAX相陶瓷的1.5倍左右。该发明在结构上实现了三种及以上元素在MAX相陶瓷M位的固溶，在性能方面解决了普通MAX相陶瓷强度和硬度较低的弱点。

技术领域

本发明涉及结构陶瓷领域，具体涉及一种MAX相陶瓷的制备方法。

背景技术

M_n+1AX_n（简称MAX相）陶瓷是一类具有纳米层状结构的三元碳/氮化物陶瓷，其中M代表过渡金属元素，A代表主族元素，X为碳或者氮元素，n一般为1~3。MAX相陶瓷兼具陶瓷与金属的特性，如高强度、高导电与导热性、耐腐蚀、抗氧化、优异的可加工性能等。

迄今为止，已发现的M_n+1AX_n相有一百多种，主要分为M₂AX（211相）、M₃AX₂（312相）与M₄AX₃（413相）三类。MAX相陶瓷的维氏硬度值一般在1.4~8GPa，室温弯曲强度一般在200至500MPa之间。

对于211相M₂AX陶瓷，Ti₂AlC陶瓷的硬度为4.5GPa，Ti₂AlN的硬度为4GPa，Ti₂Al(C,N)的硬度为5.5GPa；Nb₂AlC以及(Ti,Nb)₂AlC陶瓷在10N载荷下的维氏硬度在6GPa左右，四点法测试弯曲强度为250-450MPa；通过高温固-液反应法制备的 Ti2AlC陶瓷的硬度为3GPa，弯曲强度为275MPa；通过热压烧结制备了Cr₂AlC陶瓷，室温下硬度5.2GPa，弯曲强度为483MPa；利用热压烧结工艺制备的Ta2AlC陶瓷，室温下硬度4.4GPa，三点弯曲强度为360MPa。对于312相陶瓷，通过热等静压技术制备的Ti₃SiC₂陶瓷的室温四点弯曲强度为300MPa左右；通过热等静压制备的大晶粒Ti₃SiC₂陶瓷（100~300μm）的室温四点弯曲强度为320MPa，细晶Ti₃SiC₂陶瓷（3~5μm）的室温四点弯曲强度为600MPa；通过热等静压制备的Ti₃AlC₂陶瓷的室温四点弯曲强度为375MPa；通过放电等离子体烧结（SPS）得到的Ti₃AlC₂陶瓷的室温三点弯曲强度为552MPa。对于413相陶瓷，利用原位反应/热压烧结工艺制备的Nb₄AlC₃陶瓷，室温下硬度2.6GPa，三点弯曲强度为346MPa；利用原位反应/热压烧结工艺制备的Ta₄AlC₃陶瓷室温下的三点弯曲强度为372MPa。