[发明专利]三元层状化合物、金属基复合材料及其制作方法和原料

说明书

一种三元层状化合物、金属基复合材料及其制作方法和原料，属于材料工程领域。原料包括第一原料和用于与第一原料混合的第二原料。其中，第一原料具有三元层状化合物粉体以及包覆于所述三元层状化合物粉体的表面的第一金属材料；第二原料具有金属粉体以及可选地包覆于所述金属粉体的表面以与金属粉体合金化形式存在的第二金属材料。利用上述的原料可以用简便的方法制作具有大尺寸的块状金属基复合材料，从而有助于在工程中的应用。

技术领域

本申请涉及材料工程领域，具体而言，涉及一种三元层状化合物、金属基复合材料及其制作方法和原料。

背景技术

Cr2AlC是一种具有层状结构的三元化合物。其属于MAX相，是一类新型的类金属陶瓷材料；其中M为过渡金属，典型如Ti、Cr、V等；A则为主族元素，常用如Al、Si等；X是C或N。这类材料不仅具有陶瓷材料的硬度高、耐腐蚀等特性，还具有金属的导电、导热等特性。

目前，合成Cr2AlC的两种主要方法是固相反应法和熔盐合成法。然而这些方法都或多或少地存在一定的问题，从而限制了Cr2AlC材料的进一步应用。

发明内容

本申请提供了一种三元层状化合物、金属基复合材料及其制作方法和原料，以部分或全部地改善、甚至解决层状结构的三元化合物难以形成大尺寸块材的问题。

本申请是这样实现的：

在第一方面，本申请的示例提供了一种活化的三元层状化合物。其中的三元层状化合物具有通式M_n+1AX_n。在通式中，n的取值包括1、2或3；并且M表示过渡族金属元素，A表示主族元素，X为C或N元素。该活化的三元层状化合物呈粉末状、且其中的三元层状化合物颗粒的表面包覆有第一金属材料。并且该第一金属材料中含有与三元层状化合物中的A表示的元素相同的元素。

根据本申请的一些示例，第一金属材料中的A元素来自于所述三元层状化合物的颗粒。

在部分示例中，第一金属材料中的A元素通过下述方式获得：

加热三元层状化合物以及包覆在其表面的金属包覆材料，使三元层状化合物的颗粒中的A表示的元素扩散并至少部分溶解于金属包覆材料，从而形成第一金属材料；

可选地，三元层状化合物是Cr2AlC，第一金属材料是镍。

在第二方面，本申请的示例提供了一种制备金属基复合材料的原料。该原料包括：第一原料和用于与第一原料混合的第二原料。其中的第一原料具有三元层状化合物粉体以及包覆于三元层状化合物粉体的表面的第一金属材料，其中，三元层状化合物具有通式M_n+1AX_n，其中，n的取值包括1、2或3，M表示过渡族金属元素，A表示主族元素，X为C或N元素；其中的第二原料具有金属粉体以及可选地包覆于金属粉体的表面或以与金属粉体合金化形式存在的第二金属材料，且该第二金属材料能够固溶于第一金属材料。

根据本申请的一些示例，三元层状化合物粉体包括Cr2AlC、Ti2AlC、Ti2AlN、Ti2SnC、Ti3AlC2、Ti3SiC2和Ti4AlN3中的任意一种或多种；和/或，第一金属材料包括镍；和/或，金属粉体包括铜；和/或，第二金属材料包括锡。

根据本申请的一些示例，金属粉体包括鳞片状铜粉；或者，金属粉体包括厚度为2μm至10μm的鳞片状铜粉。

根据本申请的一些示例，三元层状化合物粉体是Cr2AlC，第一金属材料为镍，金属粉体为厚度为2μm至10μm的鳞片状铜粉，第二金属材料为锡。

在第三方面，本申请的示例提供了一种金属基复合材料，其利用上述的原料制作而成，并且在该金属基复合材料中的三元层状化合物的含量为20-40wt％。