文 献 综 述

前言

随着近年来随着航天航空工业的迅速发展，高超音速飞行器、高超声速武器的研发和性能提高对防热材料提出了严峻的挑战，要求材料必须具有优异的耐高温、抗氧化烧蚀性能、抗热震性能和轻质强韧的特点。陶瓷材料具有较高的强度、模量和硬度，而且密度和热膨胀系数较低，以及优异的耐高温和抗氧化性能这使得它成为能够满足上述大部分性能要求的一类潜在材料，具有无可比拟的优势。但陶瓷材料存在脆性大、韧性低和难以机械加工的缺点。目前对超高温结构材料的研究主要集中于过渡金属的硼化物和碳化物的研究，难熔二元过渡族金属碳(氮)化物广泛用于高温环境和硬质陶瓷，但由于抗氧化性差和本征脆性，从而限制了他们的技术应用。近年来，三元层状M_{n 1}AX_n化合物 (式中N=1，2，3；M为过渡金属元素，A为IIIA族或IVA族元素)因其特殊的物理化学性能受到了国内外材料研究者们的重视^[1]。目前，三元层状过渡金属碳化物陶瓷主要以Ti₃SiC₂为研究对象^[2-4]。

图1-1 Zr₃A₄C₆(a)和Zr₂A₄C₅(c)的晶体结构以及(1 2(#8212;) 1 0)面上2#215;2#215;1切片原子

日本FuKuda等人^[10,11]成功制备了Zr₂[Al(Si)]₄C₅和Zr₃[Al(Si)]₄C₆(以下分别用Zr₂A₄C₅和Zr₃A₄C₆来指代)两种四元化合物并测定了其晶体结构。Zr₂A₄C₅和Zr₃A₄C₆都属于六方晶系，空间群为R3m，FuKuda等人测出的晶格参数分别为：a=0.3311nm，c=4.0945nm；a=0.3314nm，c=4.9008nm。中国林志军等人^[10]用第一性原理计算出的晶格参数分别为：a=0.3303nm，c=4.0525nm；a=0.3288nm，c=4.9682nm。四元化合物Zr₂A₄C₅和Zr₃A₄C₆的晶体结构包含两个基本单元：一个是NaCl-型结构的(TC)_n(n=2时对应于Zr₂A₄C₅和n=3时对应于Zr₃A₄C₆)板坯，另一个是Al₄C₃-型结构的Al₄C₃(A=Al or Si)单元(图1-2)。

图1-2 Zr₂A₄C₅(a)和Zr₃A₄C₆(c)沿[1 2(#8212;) 1 0]面方向上反Z轴扫描透射图，(b)(d)分别

为(a)(c)的傅里叶变换图^[12]

2 Zr-Al(Si)-C的性能

2.1 力学性能