[發明專利]三元層狀化合物、金屬基復合材料及其制作方法和原料

有效

• 申請號: 202110491267.5
• 申請日: 2021-05-06
• 公開（公告）號: CN113199024B
• 公開（公告）日: 2023-01-31
• 發明（設計）人: 蘇懿;廖磊;張平;冉渭;劉錦云;魯云;金應榮;賀毅
• 申請（專利權）人: 西華大學
• 主分類號: B22F1/18
• 分類號: B22F1/18;B22F3/10;C22C29/06;C22C29/16;C22C1/05;C22C1/10
• 代理公司: 北京超凡宏宇專利代理事務所(特殊普通合伙) 11463
• 代理人: 付興奇

一種三元層狀化合物、金屬基復合材料及其制作方法和原料，屬于材料工程領域。原料包括第一原料和用于與第一原料混合的第二原料。其中，第一原料具有三元層狀化合物粉體以及包覆于所述三元層狀化合物粉體的表面的第一金屬材料；第二原料具有金屬粉體以及可選地包覆于所述金屬粉體的表面以與金屬粉體合金化形式存在的第二金屬材料。利用上述的原料可以用簡便的方法制作具有大尺寸的塊狀金屬基復合材料，從而有助于在工程中的應用。

技術領域

本申請涉及材料工程領域，具體而言，涉及一種三元層狀化合物、金屬基復合材料及其制作方法和原料。

背景技術

Cr2AlC是一種具有層狀結構的三元化合物。其屬于MAX相，是一類新型的類金屬陶瓷材料；其中M為過渡金屬，典型如Ti、Cr、V等；A則為主族元素，常用如Al、Si等；X是C或N。這類材料不僅具有陶瓷材料的硬度高、耐腐蝕等特性，還具有金屬的導電、導熱等特性。

目前，合成Cr2AlC的兩種主要方法是固相反應法和熔鹽合成法。然而這些方法都或多或少地存在一定的問題，從而限制了Cr2AlC材料的進一步應用。

發明內容

本申請提供了一種三元層狀化合物、金屬基復合材料及其制作方法和原料，以部分或全部地改善、甚至解決層狀結構的三元化合物難以形成大尺寸塊材的問題。

本申請是這樣實現的：

在第一方面，本申請的示例提供了一種活化的三元層狀化合物。其中的三元層狀化合物具有通式M_n+1AX_n。在通式中，n的取值包括1、2或3；并且M表示過渡族金屬元素，A表示主族元素，X為C或N元素。該活化的三元層狀化合物呈粉末狀、且其中的三元層狀化合物顆粒的表面包覆有第一金屬材料。并且該第一金屬材料中含有與三元層狀化合物中的A表示的元素相同的元素。

根據本申請的一些示例，第一金屬材料中的A元素來自于所述三元層狀化合物的顆粒。

在部分示例中，第一金屬材料中的A元素通過下述方式獲得：

加熱三元層狀化合物以及包覆在其表面的金屬包覆材料，使三元層狀化合物的顆粒中的A表示的元素擴散并至少部分溶解于金屬包覆材料，從而形成第一金屬材料；

可選地，三元層狀化合物是Cr2AlC，第一金屬材料是鎳。

在第二方面，本申請的示例提供了一種制備金屬基復合材料的原料。該原料包括：第一原料和用于與第一原料混合的第二原料。其中的第一原料具有三元層狀化合物粉體以及包覆于三元層狀化合物粉體的表面的第一金屬材料，其中，三元層狀化合物具有通式M_n+1AX_n，其中，n的取值包括1、2或3，M表示過渡族金屬元素，A表示主族元素，X為C或N元素；其中的第二原料具有金屬粉體以及可選地包覆于金屬粉體的表面或以與金屬粉體合金化形式存在的第二金屬材料，且該第二金屬材料能夠固溶于第一金屬材料。

根據本申請的一些示例，三元層狀化合物粉體包括Cr2AlC、Ti2AlC、Ti2AlN、Ti2SnC、Ti3AlC2、Ti3SiC2和Ti4AlN3中的任意一種或多種；和/或，第一金屬材料包括鎳；和/或，金屬粉體包括銅；和/或，第二金屬材料包括錫。

根據本申請的一些示例，金屬粉體包括鱗片狀銅粉；或者，金屬粉體包括厚度為2μm至10μm的鱗片狀銅粉。

根據本申請的一些示例，三元層狀化合物粉體是Cr2AlC，第一金屬材料為鎳，金屬粉體為厚度為2μm至10μm的鱗片狀銅粉，第二金屬材料為錫。

在第三方面，本申請的示例提供了一種金屬基復合材料，其利用上述的原料制作而成，并且在該金屬基復合材料中的三元層狀化合物的含量為20-40wt％。