[发明专利]一种抑制MAX相中A元素晶须生长的方法

说明书

本发明公开了一种抑制MAX相中A元素晶须生长的方法，利用氧化膜形成元素A’，对MAX相中的A位进行固溶处理，得到MAX相固溶体；MAX相固溶体经损伤处理后在MAX相表面形成氧化膜。含有A’元素的MAX相在受到机械摩擦损伤破坏后，A’原子易于在MAX相表面形成致密氧化膜来充当保护层，阻碍A原子向MAX相表面扩散，切断A晶须生长所需的物质来源；本发明适用于所有MAX相的A晶须抑制，工艺简单，可靠性高，且能从根本上抑制MAX相的晶须生长，同时还可提升MAX相的力学性能。

技术领域

本发明涉及一种抑制材料中晶须生长的方法，尤其涉及一种抑制MAX相中A元素晶须生长的方法。

背景技术

MAX相是一种非范德华纳米层状碳化物或氮化物陶瓷，其中M是前过渡族金属元素，A是A族元素，X是碳或氮元素，其结构特征为由A元素单原子层与M₆X八面体片层以三明治结构堆垛而成。MAX相兼具金属和陶瓷的优良性能，如良好的耐磨性和抗热震性能，良好的导电性和导热性，并在服役环境严苛的场合中具有潜在应用，如用于电子封装领域的高温半导体电接触材料。在这种应用场景下，由高温引起的表面氧化及形成触点的金属相间的互扩散常常引起失效。此外，从MAX相正式被命名至今20余年，多种A位元素为低熔点金属(如Ga、In、Sn)的MAX相在经过轻微的断裂、打磨、划伤、抛光、球磨等破坏后，均出现了A晶须自发生长现象。A金属晶须自发生长将引起触点之间的相互连接，造成短路、蒸汽电弧、碎屑污染等问题，严重威胁电子连接的可靠性。

目前，抑制金属晶须自发生长的方法主要是在表面施加一层保护性涂层。涂层一方面可作为氧隔绝层阻碍基体的氧化，另一方面可阻碍金属晶须“露头”，从而达到抑制晶须的目的。然而，在晶须生长过多的MAX相中，A晶须常常可以“刺穿”保护性涂层，故这种方法并不能从根本上抑制晶须生长，且涂层制备工艺繁琐，增加成本。申请人课题组相关研究表明，造成上述问题的主要原因在于MAX相中A原子具有很强的活动性，并且在Ti₂SnC、Ti₂AlC中A空位浓度可高达50％而仍然保持结构稳定。A原子容易从MAX相中扩散出来，从而其表面可以自发生长A晶须。尤其是当表面受到摩擦等外因作用，MAX相晶粒直接发生解理断裂，甚至发生力化学分解，释放大量活性A原子，加速A晶须自发生长。要实现MAX相的可靠应用，亟需一种从根本上抑制MAX相体系中金属晶须生长的技术，消除其带来的安全隐患。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种通过对MAX相进行固溶处理来抑制MAX相中A元素晶须生长的方法。

技术方案：本发明中抑制MAX相中A元素晶须生长的方法是，利用氧化膜形成元素A’对MAX相中的A位进行固溶处理，得到MAX相固溶体；所述MAX相固溶体经损伤处理后在MAX相表面形成氧化膜。

其中，所述A’元素为Al、Si、Ir或Ge中的一种；A’元素在MAX相A位原子层中的浓度为5.0～99.9at％。