Войти
Эти фазы MAX являются слоистыми, гексагональной карбиды и нитриды, которые имеют общую формулу: М п + 1 АХ п, (МАКС), где п = 1 до 4, и М представляет собой ранний переходный металл, А является А-группа ( в основном IIIA и IVA, или элементы групп 13 и 14), и X представляет собой углерод и / или азот. Слоистая структура состоит из искаженных октаэдров XM 6 с разделенными краями, чередующихся отдельными плоскими слоями элемента A-группы.
Элементы периодической таблицы, которые вместе реагируют, образуя замечательные МАКС-фазы. Красные квадраты представляют M-элементы; синие - элементы А; черный - X, C и / или N. | 211 | Ti 2 CdC, Sc 2 InC, Sc 2 SnC, Ti 2 AlC, Ti 2 GaC, Ti 2 InC, Ti 2 TlC, V 2 AlC, V 2 GaC, Cr 2 GaC, Ti 2 AlN, Ti 2 GaN, Ti 2 InN, V 2 GaN, Cr 2 GaN, Ti 2 GeC, Ti 2 SnC, Ti 2 PbC, V 2 GeC, Cr 2 AlC, Cr 2 GeC, V 2 PC, V 2 AsC, Ti 2 SC, Zr 2 InC, Zr 2 TlC, Nb 2 AlC, Nb 2 GaC, Nb 2 InC, Mo 2 GaC, Zr 2 InN, Zr 2 TlN, Zr 2 SnC, Zr 2 PbC, Nb 2 SnC, Nb 2 PC, Nb 2 AsC, Zr 2 SC, Nb 2 SC, Hf 2 InC, Hf 2 TlC, Ta 2 AlC, Ta 2 GaC, Hf 2 SnC, Hf 2 PbC, Hf 2 SnN, Hf 2 SC, Zr 2 AlC, Ti 2 ZnC, Ti 2 ZnN, V 2 ZnC, Nb 2 CuC, Mn 2 GaC, Mo 2 AuC, Ti 2 AuN |
|---|---|
| 312 | Ti 3 AlC 2, Ti 3 GaC 2, Ti 3 InC 2, V 3 AlC 2, Ti 3 SiC 2, Ti 3 GeC 2, Ti 3 SnC 2, Ta 3 AlC 2, Ti 3 ZnC 2, Zr 3 AlC 2 |
| 413 | Ti 4 AlN 3, V 4 AlC 3, Ti 4 GaC 3, Ti 4 SiC 3, Ti 4 GeC 3, Nb 4 AlC 3, Ta 4 AlC 3, (Mo, V) 4 AlC 3 |
| 514 | Mo 4 VAlC 4 |
В 1960-х Х. Новотны и его сотрудники открыли большое семейство тройных слоистых карбидов и нитридов, которые они назвали H-фазами, теперь известными как MAX-фазы 211 (т.е. n = 1), и несколько «312» МАКС. Фаз. Последующая работа была распространена на фазы «312», такие как Ti 3 SiC 2, и показала, что они обладают необычными механическими свойствами. В 1996 году Барсум и Эль-Раги впервые синтезировали полностью плотный и фазово-чистый Ti 3 SiC 2 и выявили путем исследования, что он обладает отличным сочетанием некоторых из лучших свойств металлов и инженерной керамики. В 1999 году они также синтезировали Ti 4 AlN 3 (т.е. MAX-фазу «413») и поняли, что имеют дело с гораздо большим семейством твердых тел, которые ведут себя одинаково. В 2020 году была опубликована Mo 4 VAlC 4 (т.е. фаза «514» MAX), первое значительное расширение определения семьи за более чем двадцать лет. С 1996 года, когда была опубликована первая «современная» статья по этому вопросу, был достигнут огромный прогресс в понимании свойств этих фаз. С 2006 года исследования были сосредоточены на изготовлении, описании и применении композитов, включая материалы MAX-фазы. Такие системы, в том числе композиты с алюминиевой фазой MAX, обладают способностью дополнительно улучшать пластичность и ударную вязкость по сравнению с чистым материалом с фазой MAX.
Синтез тройных фазовых соединений и композитов MAX был реализован различными методами, включая синтез горением, химическое осаждение из паровой фазы, физическое осаждение из паровой фазы при различных температурах и скоростях потока, дуговое плавление, горячее изостатическое прессование, самораспространяющийся высокотемпературный синтез (СВС).), реактивное спекание, искровое плазменное спекание, механическое легирование и реакции в солевом расплаве. Метод замещения элементов в расплавленных солях разработан для получения серий M n + 1 ZnX n и M n + 1 CuX n MAX фаз.
Эти карбиды и нитриды обладают необычным сочетанием химических, физических, электрических и механических свойств, проявляя как металлические, так и керамические характеристики в различных условиях. К ним относятся высокая электрическая и теплопроводность, термостойкость, устойчивость к повреждениям, обрабатываемость, высокая упругая жесткость и низкие коэффициенты теплового расширения. Некоторые фазы MAX также обладают высокой устойчивостью к химическому воздействию (например, Ti 3 SiC 2) и высокотемпературному окислению на воздухе (Ti 2 AlC, Cr 2 AlC и Ti 3 AlC 2). Они используются в технологиях, включающих высокоэффективные двигатели, устойчивые к повреждениям тепловые системы, повышающие сопротивление усталости и сохранение жесткости при высоких температурах. Эти свойства могут быть связаны с электронной структурой и химической связью в MAX-фазах. Это можно описать как периодическое изменение областей высокой и низкой электронной плотности. Это позволяет создавать другие наноламинаты на основе подобия электронной структуры, такие как Mo 2 BC и PdFe 3 N.
Фазы MAX являются электрически и термически проводом щим из - за металлическую как характер их соединения. Большинство фаз MAX являются лучшими электрическими и тепловыми проводниками, чем Ti. Это также связано с электронной структурой.
Хотя фазы MAX жесткие, их можно обрабатывать так же легко, как и некоторые металлы. Все они могут быть обработаны вручную с помощью ножовки, несмотря на то, что некоторые из них в три раза жестче металлического титана и имеют ту же плотность, что и титан. Их также можно полировать до металлического блеска из-за их превосходной электропроводности. Они не подвержены термическому удару и исключительно устойчивы к повреждениям. Некоторые из них, такие как Ti 2 AlC и Cr 2 AlC, устойчивы к окислению и коррозии. Поликристаллический Ti 3 SiC 2 имеет нулевую термоэдс, что коррелирует с их анизотропной электронной структурой.
Фазы MAX как класс обычно жесткие, легкие и пластичные при высоких температурах. Из-за слоистой атомной структуры этих соединений некоторые, такие как Ti 3 SiC 2 и Ti 2 AlC, также устойчивы к ползучести и усталости и сохраняют свою прочность при высоких температурах. Они демонстрируют уникальную деформацию, характеризующуюся базальным скольжением (недавно сообщалось о доказательствах наличия а-дислокаций вне базисной плоскости и поперечных смещений дислокаций в МАХ-фазе, деформированной при высокой температуре, а также сообщалось о частичных с-дислокациях Франка, индуцированных диффузией Cu-матрицы.), сочетание деформации полосы перегиба и сдвига и расслоения отдельных зерен. Во время механических испытаний было обнаружено, что поликристаллические цилиндры из Ti 3 SiC 2 можно многократно сжимать при комнатной температуре до напряжений 1 ГПа и полностью восстанавливать после снятия нагрузки при рассеивании 25% энергии. Именно благодаря характеристике этих уникальных механических свойств MAX-фаз были обнаружены изгибающиеся нелинейные твердые тела. Предполагается, что за эти свойства отвечает микромеханизм зарождающейся полосы перегиба (IKB). Однако никаких прямых доказательств наличия этих IKB пока не получено, что оставляет дверь открытой для других механизмов, которые менее требовательны к предположениям. Действительно, недавнее исследование демонстрирует, что обратимые петли гистерезиса при циклировании поликристаллов MAX также могут быть объяснены сложным откликом очень анизотропной пластинчатой микроструктуры.
