[发明专利]一种新型MAX相材料、其制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种新型MAX相材料及其制备方法。所述新型MAX相材料的分子式表示为M_n+1A_hX_n，M选自III B，IV B，V B，VI B族元素中的任意一种或者两种以上的组合，A为Zn元素，X为C元素和/或N元素，n为1、2、3或4，h为位于M_n+1X_n单元层之间的A层原子的层数，且h为1、2或3。该MAX相材料具有六方晶系结构，空间群为P63/mmc，晶胞由M_n+1X_n单元与A_h层原子交替堆垛而成。本发明的新型MAX相材料在航空航天热结构材料、核能结构材料、高温电极、摩擦磨损、储能等领域具有应用前景。

技术领域

本发明涉及一种复合无机材料，具体涉及一种新型MAX相材料，属于材料技术领域。

背景技术

MAX相是一类具有微观层状结构的三元化合物，分子式为M_n+1AX_n，其中M为III B、IV B、 V B、VI B族的前过渡金属元素，A主要为ⅢA、ⅣA族元素，X为碳或氮，n＝1～3。MAX相材料具有六方晶系，空间群为P63/mmc，其晶胞由M_n+1X_n单元与A原子面交替堆垛而成，n＝1、2或3，通常简称为211，312和413相。MAX相具有高强度、高韧性、高热导率、低辐照活性、优良的损伤容限和抗热震能力，并且耐高温、抗氧化、易加工等特性，在航空航天热结构材料、高温电极、摩擦磨损、核能结构材料、储能等领域有潜在的应用。

目前已被研究合成出来的MAX相材料约有70余种。但现有MAX相材料的A位元素一直局限在主族ⅢA和ⅣA涵盖的元素，特别是，实际上大部分MAX相材料的A位原子均为Al 元素。而A位元素的改变，会引起MAX相成键强度、电子结构的改变，从而进一步对其物理化学性能造成深刻的影响。因此扩展MAX相材料A位元素的存在范围，探索新型MAX 相材料，具有重要的理论和实际意义。

现有MAX相材料制备工艺为固相烧结法，即将M、A、X等几种元素粉末混合后加热进行高温反应，但该方法能制备得到的MAX相材料种类有限，其中的A只限于前述的Al、Si等ⅢA、ⅣA族元素。虽然有研究人员尝试将A位元素替换为Zn等其他元素，并利用固相烧结法进行相应MAX相材料的制备，然而在固相烧结过程中，Zn等A位元素易与Ti、V、Cr 等M位元素反应生成合金相，而该合金相的热力学稳定性远高于目标MAX相，即合金相会优先生成，使得A位元素为Zn的MAX相材料无法形成。至今，尚无有关A位元素为Zn的 MAX相材料的报道。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种新型MAX相材料、其制备方法及应用，从而克服现有技术中的不足。

为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

本发明实施例提供了一种新型MAX相材料，其分子式表示为M_n+1A_hX_n，其中M选自IIIB， IV B，V B，VI B族元素中的任意一种或者两种以上的组合，A为Zn元素，X为C、N元素中的任意一种或两种的组合，n为1、2、3或4，h为1、2或3。

进一步地，所述的M可优选包括Sc、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta中的任意一种或者两种以上的组合。

进一步地，所述的X可以优选为C_xN_y，其中x+y＝1。

进一步地，所述MAX相材料具有六方晶系结构，空间群为P63/mmc，晶胞由M_n+1X_n单元与 A_h层原子交替堆垛而成。

进一步地，所述MAX相材料的形态包括粉体、块体、薄膜中的任意一种或两种以上的组合，且不限于此。