一种抑制MAX相中A元素晶须生长的方法技术

本发明专利技术公开了一种抑制MAX相中A元素晶须生长的方法，利用氧化膜形成元素A

【技术实现步骤摘要】
一种抑制MAX相中A元素晶须生长的方法


[0001]本专利技术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。

技术介绍

[0002]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。
[0003]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。

技术实现思路

[0004]专利技术目的：本专利技术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。
[0005]技术方案：本专利技术中抑制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。
[0006]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％。
[0007]其中，所述A元素为Sn、In、Ga、Zn、Cd、Tl或Pb中的一种；所述MAX相为Ti2SnC、Zr2SnC、Nb2SnC、Lu2SnC、Hf2SnC、Hf2SnN、Ti3SnC2、Ti2InC、Ti2InN、Zr2InC、Zr2InN、Nb2InC、Hf2InC、Sc2InC、Ti3InC2、Ti2GaC、Ti2GaN、V2GaC、V2GaN、Cr2GaC、Gr2GaN、Nb2GaC、Mo2GaC、Ta2GaC、Sc2GaC、Ti3GaC3、Ti2ZnC、Ti2ZnN、V2ZnC、Ti3ZnC2、Ti2CdC、Ti2TlC、Zr2TlC、Zr2TlN、
Hf2TlC、Sc2TlC、Hf2PbC、Ti2PbC或Zr2PbC中的一种。
[0008]其中，所述MAX相固溶体经过机械损伤处理后在MAX相表面形成氧化膜；所述机械损伤的方式为断裂、打磨、划伤、抛光或球磨中的一种。
[0009]其中，所述MAX相固溶体经损伤处理后，抑制晶须生长的适用培养条件为：温度范围为低于MAX相的热解温度，湿度为0～100％。
[0010]本专利技术的MAX相固溶体由M6X八面体层和含有A位固溶原子的A原子层以三明治结构堆垛而成，具有与MAX相相同的晶体结构，且Al、Si、Ir、Ge元素进入A层是可行的。
[0011]本专利技术的MAX相中A原子层具有一定的空位平衡浓度，且MAX相中的A原子不能跨晶粒、跨A层移动，在A
’
原子从A原子层扩散出来形成氧化膜后，MAX相的晶粒内部将产生A
’
空位，A原子会再扩散进入MAX相中的A
’
空位中，达到热力学平衡，从而仍然能保持MAX相的晶体结构，其示意图如图1所示。
[0012]有益效果：本专利技术与现有技术相比，取得如下显著效果：(1)利用固溶的A
’
原子易于在MAX相表面形成致密氧化膜来充当保护层的特征，阻碍A原子向MAX相表面扩散，切断表面A晶须生长所需的物质来源，可有效抑制晶须生长；图2证明了实施例2中Ti2(Sn
0.8
Al
0.2
)C固溶体颗粒表面形成了完整的非晶氧化膜。(2)A
’
原子固溶到MAX相中后，还能起到改善MAX相力学性能的作用，在一定程度上抵抗断裂、打磨、抛光、球磨等损伤，并利用形成氧化膜对MAX相暴露的断裂面进行“自修复”。(3)本专利技术适用于所有MAX相。为评价对晶须的抑制效果，本专利技术采用对MAX相破坏程度大的球磨方式损伤MAX相，并观察晶须的生长情况。在不同球磨时间处理后，含有A
’
固溶原子的MAX相在高/低温、高/低湿度的环境下，均没有出现晶须生长现象。(4)本专利技术工艺简单，成本低，能从根本上抑制MAX相的A晶须生长。
附图说明
[0013]图1为含有固溶原子A
’
的MAX相表面形成氧化膜后的结构示意图；
[0014]图2为实施例2中球磨后Ti2(Sn
0.8
Al
0.2
)C颗粒表面氧化膜的透射电镜图；
[0015]图3为实施例1在不同条件下培养后的晶须生长情况图：其中(a)为在温度80℃，相对湿度90％的环境下培养2天后的晶须生长情况图，(b)为在室温环境下培养6个月后的晶须生长情况图；
[0016]图4为实施例2在室温环境下培养6个月后的晶须生长情况图；
[0017]图5为实施例3在室温环境下培养6个月后的晶须生长情况图；
[0018]图6为实施例4在室温环境下培养6个月后的晶须生长情况图；
[0019]图7为对比例1在室温环境下培养2天后的晶须生长情况图；
[0020]图8为对比例2在室温环境下培养2天后的晶须生长情况图；
[0021]图9为对比例3在室温环境下培养2天后的晶须生长情况图。
具体实施方式
[0022]下面对本专利技术作进一步详细描述。
[0023]实施例1
[0024]一种具有A位固溶元素的MAX相固溶体Ti3(Sn
0.9
Al
0.1
)C2，其中，MAX相为Ti3SnC2，A
’
固溶原子为Al，A
’
固溶原子在A原子层中的浓度为10at％，其制备方法为：
[0025](1)将商用的Ti粉、Sn粉、Al粉、石墨粉，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种抑制MAX相中A元素晶须生长的方法，其特征在于，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。2.根据权利要求1所述的抑制MAX相中A位元素晶须生长的方法，其特征在于，所述A
’
元素为Al、Si、Ir或Ge中的一种。3.根据权利要求1所述的抑制MAX相中A位元素晶须生长的方法，其特征在于，所述A
’
元素在MAX相A位原子层中的浓度为5.0～99.9at％。4.根据权利要求1所述的抑制MAX相中A位元素晶须生长的方法，其特征在于，所述A元素为Sn、In、Ga、Zn、Cd、Tl或Pb中的一种。5.根据权利要求1所述的抑制MAX相中A位元素晶须生长的方法，其特征在于，所述MAX相为Ti2SnC、Zr2SnC、Nb2SnC、Lu2SnC、Hf2SnC、Hf2SnN、Ti3SnC2、Ti2InC、Ti2InN、Zr2I...

【专利技术属性】
技术研发人员：张培根，田志华，唐静雯，孙正明，刘健，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：