三元层状化合物、金属基复合材料及其制作方法和原料技术

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。

【技术实现步骤摘要】
三元层状化合物、金属基复合材料及其制作方法和原料
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。
技术介绍
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。
技术实现思路
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Mn+1AXn。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Mn+1AXn，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％。根据本申请的一些示例，金属基复合材料为原料的烧结反应产物。或者，烧结反应产物为块状。或者，烧结反应产物是圆柱体。根据本申请的一些示例，在烧结反应产物中，三元层状化合物粉体以颗粒状形式存在且颗粒之间形成金属连接，且该金属连接是由第一金属材料构成的。或者，三元层状化合物粉体是Cr2AlC，第一金属材料为镍，金属粉体为铜粉，第二金属材料为锡，且锡固溶于镍和铜中。在第四方面，本申请的示例提供了一种前述的金属基复合材料的制作方法，其包括：将第一原料和第二原料在混合状态下进行烧结。根据本申请的一些示例，制作方法包括在烧结之前和/或烧结过程中，将第一原料和第二原料的混合物进行压制。根据本申请的一些示例，烧结操作是在真空或惰性气氛中于980℃至1020℃进行的。在以上实现过程中，本申请实施例提供的金属基复合材料中选择使用金属材料对MAX相材料进行包覆处理，从而使得用MAX相材料可以更容易地制作为大尺寸的块材，方便于工程应用。此外，由于在原料中，MAX相的表面和金属材料的表面分别包覆有金属，因此，可以促进MAX相之间的结合，从而有助于使得所获得的块状的金属基复合材料的强度更高。附图说明为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，以下将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。图1为本申请实施例1中的制备的样品的组织图；图2为本申请实施例2中的制备的样品的组织图；图3为本申请实施例3中的制备的样品的组织图。具体实施方式下面将结合实施例对本申请的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本申请，而不应视为限制本申请的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。以下针对本申请实施例的一种金属基复合材料及其制作方法和原料进行具体说明：Cr2AlC是一种兼具陶瓷材料和金属材料部分性能的材料。因此其具有广泛的使用领域和前景。在一些应用场景中，通常希望将Cr2AlC制作为块材进行使用。因此，业内希望获得一种易于实施的块材Cr2AlC的制造工艺。然而，就专利技术人所知，目前制作Cr2AlC的方案要么不能够实现块材产品的制造，要么实现难度大从而导致其批量化生产困难。例如，一种可能的选择是将Cr2AlC粉进行烧结等方式制作为大尺寸的块材。但是，经过实践这样的方案并不能很好地达到期望的效果。专利技术人分析这是由于纯的Cr2AlC是相对惰性的，其粉末状产品中的颗粒之间的结合活性较低。因此，专利技术人提出通过对Cr2AlC粉末进行表面包覆的方案，例如使用镍对其进行包覆。示例性地，包覆可以通过气相沉积的方式实现。或者，在另一些示例中，包覆也可以选择通过化学镀的方式实现。在包覆之后，通过对其进行热处理(如烧结)，使镍镀层中存在来自于Cr2AlC粉末中的Al元素。即，通过诸如烧结的方式可以使Cr2AlC粉的表面层中的Al元素溶解到镍镀层中，从而也使Cr2AlC粉的表面的得以被活化(可以通过以其为原料进行反应所获得产品的如强度得以证实)，从而能够更好地与镍结合，也有助于其被应用于与诸如Cu元素进行复合，形成复合材料。有鉴于此，在本申请的一些示例中，专利技术人提出了一种基于Cr2AlC的复合材料。通过将Cr2AlC和Cu(铜)进行复合，从而能够方便地获得块材。该块材兼具有Cr2AlC和Cu这二者的性能。例如，其具有Cr2AlC所表现出来的硬度高、耐腐蚀、导电(纯铜电阻率大致为1.7×10-8Ω·m，纯Cr2AlC的电阻率大致为0.02Ω·m)、导热等特性。并且，通过这样的复合，不仅可以实现简便地制作大尺寸块材的Cr2AlC的问题，还能够提升铜的耐磨性能，防止铜制品在机械中的磨损问题。此外，通过将Cr2AlC和Cu进行复合，还能够获得相比于纯铜更高的强度和硬本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种活化的三元层状化合物，所述三元层状化合物具有通式M

【技术特征摘要】
1.一种活化的三元层状化合物，所述三元层状化合物具有通式Mn+1AXn，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，其特征在于，所述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，所述第一金属材料中含有所述三元层状化合物中的A表示的元素。


2.根据权利要求1所述的活化的三元层状化合物，其特征在于，所述第一金属材料中的A元素来自于所述三元层状化合物的颗粒；
可选地，加热所述三元层状化合物的颗粒与包覆在其表面的金属包覆材料，使所述三元层状化合物颗粒中的A表示的元素扩散并至少部分溶解于所述金属包覆材料，从而形成所述第一金属材料；
可选地，所述三元层状化合物是Cr2AlC，所述金属材料是镍。


3.一种制备金属基复合材料的原料，其特征在于，所述原料包括：
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，所述三元层状化合物具有通式Mn+1AXn，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；
用于与所述第一原料混合的第二原料，具有金属粉体以及可选地包覆于所述金属粉体的表面或以与所述金属粉体合金化形式存在的第二金属材料，且所述第二金属材料能够固溶于所述第一金属材料。


4.根据权利要求3所述的原料，其特征在于，所述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，所述第一金属材料包括镍；
和/或，所述金属粉体包括铜，...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏懿，廖磊，张平，冉渭，刘锦云，鲁云，金应荣，贺毅，
申请(专利权)人：西华大学，
类型：发明
国别省市：四川;51