[發(fā)明專利]一種二維片層材料增強的金屬基復(fù)合材料

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201611249539.6
• 申請日: 2016-12-29
• 公開（公告）號: CN107058851B
• 公開（公告）日: 2020-03-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 黃慶;司曉陽;周小兵;都時禹
• 申請（專利權(quán)）人: 上海大學(xué);中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所
• 主分類號: C22C32/00
• 分類號: C22C32/00;B22F3/10
• 代理公司: 寧波元為知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 33291
• 代理人: 單英

本發(fā)明提供了一種二維片層材料增強的金屬基復(fù)合材料，該材料以金屬為基體，以二維過渡金屬碳化物或碳氮化物，即MXenes作為增強相，MXenes顆粒均勻分散在金屬基體顆粒中。由于Mxenes材料含有碳空位，偏金屬性，因此金屬基體有良好的潤濕性，能夠有效地改善金屬基復(fù)合材料的界面結(jié)合強度，從而增強了金屬基復(fù)合材料的力學(xué)及耐磨損等性能。同時，Mxenes材料與金屬基體界面的“電子耦合”效應(yīng)更好，能夠避免現(xiàn)有技術(shù)中增強相在提高金屬基復(fù)合材料力學(xué)性能和耐腐蝕性能的同時降低其導(dǎo)熱導(dǎo)電性的問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及金屬基復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種二維片層材料Mxenes增強的金屬基復(fù)合材料。

背景技術(shù)

金屬基復(fù)合材料是被長期關(guān)注及研究的復(fù)合材料之一。在金屬基體中添加不同的增強相，可獲得具有良好的導(dǎo)熱、導(dǎo)電性能，高斷裂韌性、高強度、高剛度、強耐磨性、抗沖擊、耐腐蝕、抗疲勞及低熱膨脹系數(shù)的高性能復(fù)合材料。

但是，現(xiàn)有金屬基復(fù)合材料的增強相存在損耗金屬基體導(dǎo)熱導(dǎo)電的問題。

二維過渡金屬碳化物或碳氮化物，即MXenes，是由Gogotsi和Barsoum等人在2011年合作發(fā)現(xiàn)的具有二維片層結(jié)構(gòu)的新型材料，一般可用M_n+1X_nT_z表示，其中M指過渡族金屬(如Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Sc等)，X指C或/和N，n一般為1-3，T_z指表面基團(如O^2-、OH^-、F^-、NH₃、NH₄⁺等)。目前，MXenes一般來源于三元層狀金屬陶瓷M_n+1AX_n相(M為過渡金屬元素，A為主族元素，X為C和/或N，n一般為1～3，簡稱MAX相)，通過將MAX相中結(jié)合較弱的A位元素(如Al、Si等原子)抽出而得到。同石墨烯類似，MXenes具有優(yōu)良的導(dǎo)電導(dǎo)熱性，較高的比表面積，其單層結(jié)構(gòu)具有高導(dǎo)電率、高彈性模量，高比表面積及高彎曲強度等性能特點。而且，多層的MXenes具有“類手風(fēng)琴”結(jié)構(gòu)，不易團聚；同時，其表面帶有的豐富基團能夠作為鐵/鎳/鈷等離子的合適配體。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種對于金屬基體與增強相組成的金屬基復(fù)合材料而言，提高其力學(xué)性能和耐腐蝕性能的同時避免增強相降低其導(dǎo)熱導(dǎo)電性的方法，該方法選用二維片層結(jié)構(gòu)材料Mxenes作為增強相，能夠避免增強相在提高金屬基復(fù)合材料力學(xué)性能和耐腐蝕性能的同時降低其導(dǎo)熱導(dǎo)電性的問題。

即，本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種二維片層材料增強的金屬基復(fù)合材料，其特征是：以金屬材料為基體，二維過渡金屬碳化物或碳氮化物，即MXenes，作為增強相，所述的MXenes片層結(jié)構(gòu)均勻分散在金屬基體中。

所述金屬基體材料不限，包括銅、鋁、鎂、鎳、鐵、鉻、鋅、銀等中的一種或者其合金。

所述的MXenes材料用M_n+1X_nT_z表示，其中M指過渡族金屬(如Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Sc等)，X指C或/和N，n一般為1-3，T_z指表面基團(如O^2-、OH^-、F^-、NH₃、NH₄⁺等)，包括但不限于Ti₃C₂、Ti₂C、Nb₂C、V₂C、(Ti_0.5，Nb_0.5)₂C、(V_0.5，Cr_0.5)₃C₂、Ti₃CN、Ta₄C₃等。