前言

前言

上世纪50年代，由于化工合成和特殊制备工艺的快速发展，工程师们已经能够用高纯和超细的无机原料或有机前驱体为原料，使用特定的工艺合成陶瓷材料，即高性能陶瓷。通常所指的高性能陶瓷不仅具有传统陶瓷材料的基本力学特征，而且还具有独特的光学、磁学、电学或声学等特征。按性能和用途，可分为高性能结构陶瓷和高性能功能陶瓷两大类。高性能结构陶瓷具有优异的力学性能，可耐高温、耐腐蚀和耐磨损。高性能功能陶瓷则具有电、磁、声、光、热等性能或具有耦合效应，可满足功能方面的要求。

陶瓷材料主要以离子键或共价键结合，具有高硬度、高弹性模量、耐高温和耐腐蚀等优良性能。但是，陶瓷材料的缺点在于脆性大、韦布模数低和难于机械加工。在工程应用中，陶瓷的应用远低于金属材料，最主要的原因就是强度弥散性大，在使役过程中发生的灾难性断裂无法进行有效的预防和控制。另外，在一种陶瓷中不仅存在强的共价键和离子键、又有金属键，或许可以得到理想的力学性能。值得庆幸的是三元层状MAX 相就是这一类陶瓷。

1.MAX研究现状

1.1MAX的简介

近些年来，一类具有层状结构的三元碳化物或氮化物(MAX)受到了材料科学工作者的广泛重视。它结合了陶瓷和金属的优点，具有低硬度、可机械加工、高模量、高强度、优良的损伤容限和抗热震性、高的电导率和热导率，是极具应用前景的结构材料。近十年来，国内外的学者对这个家族的成员进行了广泛深入的研究，了解了一些三元化合物的结构、物理性能和力学性能。但是，很多的问题依然存在。例如，MAX材料的硬度和强度偏低，耐磨性较差，抗氧化性能仍需突破性提高。

1.2MAX的种类

上世纪60年代，Nowotny等^[1-2]发现了一个三元层状陶瓷家族。现在这个家族已有数十个成员，其中大多数可以用统一的分子式M_{n 1}AX_n(简称MAX)来表示，其中，M为早期过渡金属，A主要为Ⅲ和Ⅳ族元素，X为C和N (晶体结构简图见图1)。当n=l时（图1-a），代表性的化合物有Ti₂GeC^[4]、Ti₂AlC^[5]和Ti₂AlN^[6]等，简称为211相；当n=2时（图1-b），代表性的化合物有Ti₃SiC₂^[7]、Ti₃GeC₂^[8]和Ti₃AlC₂^[9]，简称为312相；当n=3时（图1-c），称为413相，代表性的化合物有Ti₄AlN₃^[10]等。

图1 MAX相的结构简图^[3]