Cr2AlC層狀陶瓷制備及酸堿腐蝕剝離探索.pdf

1、三元層狀碳化物Cr2AlC因特殊的層狀結(jié)構(gòu)而具有陶瓷和金屬優(yōu)良的綜合性能，如良好的導(dǎo)電和導(dǎo)熱性、可加工性、良好的耐高溫性和熱穩(wěn)定性。然而，合成溫度高及產(chǎn)物純度低限制了其作為結(jié)構(gòu)材料的廣泛應(yīng)用。為能夠在較低溫度下得到高純度的Cr2AlC陶瓷材料，本論文分別采用熔鹽法和高能球磨輔助真空燒結(jié)法進行Cr2AlC陶瓷材料的合成研究。
　　本文以Cr-Al-C和Cr3C2-Cr-Al為反應(yīng)體系，采用熔鹽法（KCl鹽作為熔劑）和高能球磨輔助真空

2、熱處理技術(shù)合成Cr2AlC材料。通過差示掃描量熱法（DSC）、X-射線衍射分析（XRD）和掃描電鏡顯微鏡分析（SEM）等測試技術(shù)探討了兩個體系合成Cr2AlC粉體的反應(yīng)機理。研究了Al和熔鹽含量、燒結(jié)溫度和保溫時間等參數(shù)對合成的Cr2AlC的物相組成、顆粒尺寸和微觀形貌的影響，并確定了合成Cr2AlC材料的最佳工藝。同時，對高能球磨粉體經(jīng)熱壓燒結(jié)后制備的Cr2AlC塊體力學(xué)性能進行了研究。
　　熔鹽法制備Cr2AlC粉體的合成結(jié)果

3、表明：以KCl作為熔劑，在1250℃的燒結(jié)溫度下保溫60 min，能成功合成Cr2AlC粉體；當(dāng)碳化鉻代替碳粉引入碳源可合成高純度的Cr2AlC粉體。Cr2AlC合成過程總結(jié)為：Al與Cr反應(yīng)首先生成Cr-Al間金屬化合物，并逐步轉(zhuǎn)化為Cr2Al相，Cr2Al相進而與其他原料反應(yīng)合成Cr2AlC。
　　高能球磨輔助真空燒結(jié)制備Cr2AlC結(jié)果表明：高能球磨促進粉體顆粒細(xì)化，且活性增大，致使后續(xù)燒結(jié)合成Cr2AlC塊體材料的反應(yīng)時間

4、和合成溫度降低。將高能球磨和熔鹽法相結(jié)合可在1050℃合成高純度Cr2AlC粉體；高能球磨輔助熱壓燒結(jié)獲得的塊體材料具有良好的力學(xué)性能，其硬度、彎曲強度和斷裂韌性與直接熱壓燒結(jié)塊體相比分別提高了約32.65％、15.57%和6.11%。
　　二維層狀材料MXenes因具有類石墨烯結(jié)構(gòu)而受到廣泛關(guān)注。本文分別采用HF、HNO3和NaOH溶液采取磁力攪拌和水熱反應(yīng)兩種方式，對Cr2AlC和Ti3AlC2粉體進行腐蝕剝離，為二維層狀材料

5、MXenes的制備進行了初步探索。腐蝕結(jié)果表明：采用40%HF常溫腐蝕8 h，可有效溶解Ti3AlC2顆粒中的Al層，且Ti3C2層穩(wěn)定存在。升高腐蝕溫度，Ti3C2層厚度逐漸變小，部分層狀出現(xiàn)斷裂，且在層表面有納米晶粒生成。常溫下對Cr2AlC粉體進行腐蝕，HF濃度不易掌握，濃度較低難以腐蝕剝離掉Al層，而濃度稍高時又會同時腐蝕溶解掉 Cr-C片層。而 Ti3AlC2粉體在 HNO3中極易被 HNO3氧化轉(zhuǎn)化為TiO2。與Ti3AlC