[发明专利]一种熔盐法制备MAX相金属陶瓷材料的方法

说明书

本发明公开了一种熔盐法制备MAX相金属陶瓷材料的方法。本发明首先将MAX相的M位金属元素、A位主族元素和X位C/N元素按元素比例配比，在真空条件下进行预反应烧结，再将预反应烧结后的产物与NaCl或KCl等单种盐或混合盐混合研磨，再经高温真空烧结得到目标产物。本发明中所使用的熔盐法对于MAX相金属陶瓷的制备具有以下优点：提高物相纯度，降低反应温度，增大反应物间的接触面积，加速反应进行，本发明为M_n+1A_nX的高纯物相制备提供了新思路，为该系列化合物的本征物性研究提供了有力的保证。

技术领域

本发明涉及无机非金属材料，高温导电陶瓷，结构功能陶瓷等领域，具体涉及一种熔盐法制备MAX相金属陶瓷材料的方法。

背景技术

MAX相是一系列层状结构的导电陶瓷材料，因为它兼具金属与陶瓷材料的优势，而被人们称为导电陶瓷。MAX通常具有良好的导电性、导热性、低热膨胀系数、高的体积模量和弹性模量，以及好的抗氧化抗腐蚀性等，在很多领域都具有着不错的应用前景，尤其是在高温结构部件和高温导电部件等领域。

今年来发现了新的MAX(M_n+1A_nX)相:包括Nb₃A₂C、Nb₃P₂C、Ta₃P₂C和V₃As₂C。通过高压X射线衍射研究，发现Nb₃As₂C在高达47GPa的压力下仍没有发生相变，具有良好的稳定性，通过研究晶胞参数随压力的变化，发现Nb₃As₂C的体积模量高达225(3)GPa，该值为所有MAX相中最高的之一。另外，通过第一性原理计算我们进一步证明该系列材料具有优秀的弹性力学性质，其中Nb₃P₂C理论弹性模量高达E_V＝371.8GPa，剪切模量G_V＝152.0GPa，其理论体积模量比Nb₃As₂C还要高，是MAX相中弹性力学性能最优秀的材料之一。该材料因毒性较小，密度较低，因而具有乐观的应用前景。但目前M_n+1A_nX相高纯物相制备困难，除了Nb₃As₂C为纯相，其他三个物相纯度通常仅为50-60％，产物中含有211相和二元化合物等杂相。杂相的存在严重干扰了我们对该系列材料本征的力学、电学、热学、磁学等性质的表征，高纯M_n+1A_nX相的制备是目前亟待解决的问题。

目前人们对于MAX相金属陶瓷粉末的制备方法主要有：自蔓延高温合成、机械合金化、无压烧结、熔盐法等。自蔓延高温合成虽然工序简单，但是燃烧过程中有较大的热梯度和较快的冷凝速度，有可能形成复杂相；机械合金化可以使晶粒均匀细化，但是其实验周期长且易于氧化；无压烧结是最简单的一种烧结方式，但是有时候满足不了一些化合物的合成需求；熔盐法因其成本低，具有提高物相纯度、降低反应温度、增大反应物间的接触面积、加速反应进行等优点，在粉末合成方面效果显著，一直被广泛应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种熔盐法制备MAX相金属陶瓷材料的方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种MAX相金属陶瓷材料，所述金属陶瓷材料的分子式表达为M₃A₂X，其中M过渡族金属元素，A为主族元素，X为C/N元素；所述金属陶瓷材料具有六方晶系结构，晶胞由单层MX八面体层与双层MA三棱柱层交替堆叠而成。

进一步的，所述金属陶瓷材料的分子式表达为Nb₃P₂C。