三元層狀陶瓷Cr2AlC的研究進展

白 陽，劉錦云，金應榮

(西華大學材料科學與工程學院，四川 成都 610039)

三元層狀陶瓷Cr2AlC的研究進展

白 陽，劉錦云，金應榮

(西華大學材料科學與工程學院，四川 成都 610039)

Cr2AlC特殊的晶體結構使其兼具金屬與陶瓷的性能，因而具有廣泛的應用前景。本文對Cr2AlC的晶體結構、合成方法、性能及應用方向進行了闡述，指出未來的研究方向是開發新技術提高合成Cr2AlC的純度并簡化工藝、降低成本，實現高質量Cr2AlC的大規模工業化生產。

新型材料；陶瓷材料；Cr2AlC

0 引 言

隨著現代科技的不斷發展，特別是電子信息、航空航天等領域的快速進步，對綜合性能優異的新型材料需求迫切，使得高性能、低能耗和低成本的材料在各行各業中逐漸嶄露頭角。各類新型材料的出現并逐漸形成體系，對經濟和高技術產業的發展起著重要的作用，新材料已成為各行各業持續發展的基礎。

Mn+1AXn(n = 1，2，3，M是過渡金屬；A是IIIA 或IVA主族元素；X是C或N)是屬于六方晶系的一系列碳化物或氮化物。按n = 1，2，3分別稱為211相、312相、413相。目前，在實驗中研究較多的M2AX相有大約50種[1-6]，M3AX2相3種(分別是Ti3SiC2、Ti3AlC2和Ti3GeC2)。這些化合物均為層狀六方結構，晶體結構為Mn+1層與Xn層之間為A原子構成的平面原子層，層與層之間間隔堆垛，空間群為P63/mmc。由于這種獨特的結構使其同時具有金屬和陶瓷的特點。在Mn+1AXn化合物中，M-A鍵具有金屬鍵的特征，使材料具有良好的導電性能，M-X鍵具有共價鍵與離子鍵的特征，使材料具有高強度。因此這類材料就兼具了金屬的高導電、導熱、可加工性能與陶瓷的抗氧化、高耐磨性能。正是由于Cr2AlC 陶瓷的這些特點，使其在未來的發展中具有廣闊的應用前景，越來越受到研究者的青睞。

1 Cr2AlC的晶體結構與特點

Cr2AlC屬六方晶系，是Cr－Al－C體系中唯一的層狀三元化合物。晶格常數為a = 0.286 mm，c = 1.282 mm，理論密度為5.229 g/m3，屬于P63/mmc對稱空間群。其結構如圖1所示。緊密堆積的Cr原子組成正八面體結構，八面體兩兩共棱；C原子填充于Cr原子組成的正八面體結構的中心孔隙位置，Al原子平鋪成平面層，將Cr原子與C原子組成的八面體層分隔開，Al原子的平面層與Cr原子的八面體層間隔排列，形成ABABAB[0001]層狀結構，如圖2所示。Cr原子與C原子以強σ鍵結合，這使Cr2AlC具備了高熔點、高彈性模量等性能。Cr原子與AB層的Al原子以金屬鍵結合，因此材料具有了類似于金屬的導電及導熱性能。同時，Al原子與Cr原子形成的ABABAB層狀結構類似于石墨層間范德華力的弱鍵結構，使材料具有良好的自潤滑性能。

圖1 Cr2AlC的晶體結構Fig.1 Crystal structure of Cr2AlC

圖2 Cr2AlC的晶面原子排列Fig.2 Arrangement of atoms on a plane of Cr2AlC

2 Cr2AlC的合成方法

2.1 無壓燒結法

無壓燒結是制備Cr2AlC的傳統方法，該方法是將試樣放入真空管式爐中進行燒結，自行控制升溫速率，燒結完成后隨爐冷卻至室溫。該方法的特點是成本低，操作簡單，易于大規模工業化生產，但其缺點是燒結產物晶粒尺寸較大，致密度與純度不高，相關力學性能不理想。關春龍[7]等采用無壓燒結法合成Cr2AlC 陶瓷粉體。以Cr3C2粉、Al粉、Cr粉為原料，按摩爾比Cr3C2∶Al∶Cr＝1∶(2.1/2.15/2.2)∶1的比例在氬氣氣氛的保護下，于700-1400 ℃范圍內，以5 ℃/min升溫至目標溫度，保溫30 min后制得樣品。研究表明，當反應物摩爾比為Cr3C2∶Al∶Cr＝1∶2.2∶1，溫度為1250 ℃時，樣品中有少量的Cr7C3雜質存在，當溫度升高到1350 ℃時，生成物Cr2AlC中基本沒有雜質，純度較高。溫度低于800 ℃時，Cr3C2和Al反應生成Cr2AlC和Al4C3。950 ℃時中間生成物Cr2Al和C反應得到Cr2AlC。1350 ℃時, Cr2Al、Cr3C2和Al反應生成Cr2AlC。Xiao[8]等人以Cr2Al和C為原料采用無壓燒結法合成Cr2AlC。按摩爾比Cr2Al∶C＝1∶1的比例，在氬氣氣氛保護下1050-1400 ℃范圍內，保溫15 min成功制備出Cr2AlC 粉體。結果表明，當溫度為1050 ℃時，樣品中除目標產物Cr2AlC外,還含有Cr2Al和C。當溫度升高到1200 ℃時，樣品中的Cr2Al和C含量急劇減少，產物基本為高純的Cr2AlC。Hyeon－Cheol Oh[9]等人用兩種不同晶粒尺寸的原料在1200 ℃氬氣條件下制得含少量Cr2Al的Cr2AlC。

2.2 熱壓燒結法

熱壓燒結法是將原料填充在模具內，加熱與加壓同時進行，使成型與燒結同時完成的一種燒結方法。熱壓燒結法的最大優點是可以大大降低成型壓力、縮短燒結時間，同時制得材料的致密度普遍較高，且晶粒較細，容易得到機械性能和電學性能優良的產品。但其缺點是生產效率低，成本高。Tian[10]等以Al粉、Cr粉、C粉為原料，在氬氣氣氛保護下用熱壓燒結法制得Cr2AlC塊體材料。結果表明，當原料中Al的含量低于20 %時，產物中除主相Cr2AlC外還含有少量Cr7C3;當Al的含量超過20 %后，產物全為Cr2AlC單相。樣品的致密度隨著Al含量的增加而下降，這與Al熔點低，在反應過程中易揮發而形成大量氣孔有關。Lin[11]等按原料摩爾比Cr∶Al∶Cr ＝ 2∶1.05∶1的比例混合原料，通過熱壓燒結法制備了Cr2AlC塊體材料。實驗在氬氣保護氣氛中進行，采用兩個步驟，先是壓力5 MPa，燒結溫度1400 ℃，保溫1 h，然后壓力30 MPa，燒結溫度1350 ℃，保溫0.5 h。制得的樣品密度較高，達到理論密度的95%。研究表明，在700-1050℃范圍內，采用單質原料合成Cr2AlC，產物中主要存在Cr2Al，Cr9Al17和Cr5Al8相。江浩[12]以Cr-Al-C，Cr-Al-C-V，Cr-Al-C-Cr2O3和Cr3C2-Al-Cr-Cr2O3為原料，采用原位熱壓燒結法，在1600 MPa、1400 ℃條件下，制備了高純Cr2AlC單相材料。研究表明，原料中Al與Cr首先發生反應生成化合物Al8Cr5，當溫度在700-900 ℃時，Al8Cr5與Cr、Al反應生成Cr2Al；溫度繼續升高后，Cr2Al與C化合生成Cr2AlC。該方法制得的Cr2AlC純度高，平均晶粒直徑為17.9 mm，其抗彎強度、斷裂韌性和顯微硬度分別為303 MPa、4.87 MPa?m1/2和4.14 GPa。

2.3 熱等靜壓燒結法

熱等靜壓法是將液體或氣體作為加壓的介質注入高溫高壓密閉容器中，在加熱的同時，從不同方向對材料施加均勻的壓力，使材料的成型和燒結工作一起進行的一種材料制備方法。與熱壓燒結法相比，該方法更易制得高致密的材料，同時燒結溫度較熱壓法更低。Manoun[13]等Cr粉、Al粉、C粉為原料，采用熱等靜壓燒結法制備了Cr2AlC塊體材料。在真空下將混合好的粉末放入硼硅酸鹽玻璃管中，先在650 ℃下預燒10 h，待玻璃管軟化后將其放入熱等靜壓爐中，快速升溫至1200 ℃，在壓力100 MPa下保溫12 h，后隨爐冷卻，得到單相Cr2AlC。

2.4 放電等離子燒結法

等離子放電燒結法是利用現代化設備，快速升溫至需要溫度，對樣品進行快速燒結的一種新型材料制備技術。該方法的優點是升溫速率快，燒結時間短，能耗低，易獲得晶粒均勻、致密度高和性能優良的材料。Tian[14]等采用放電等離子法燒結法，按原料摩爾比Cr∶Al∶C＝2∶1.1∶1混合粉體，在50 MPa，1100-1400 ℃的條件下制得Cr2AlC塊體材料。結果表明，在樣品中含有少量的Cr-Al、Cr-C等化合物雜質。Duan[15]等人按摩爾比Cr∶Al∶C ＝2∶1.15∶1的比例混料，采用放電等離子燒結法制備出高致密的Cr2AlC塊體材料。制得的樣品的密度為5.17 g/cm3，為理論密度的98.87%。

2.5 熔鹽法

熔鹽法是將無機鹽作為溶劑，讓原料在熔融的溶劑中進行晶粒生長的一種材料制備方法。熔鹽法是一種能在較低的反應溫度下和較短的反應時間內制備特定組分各向異性高純粉體的簡便方法。該方法還便于控制粉體的形狀和尺寸，被認為是合成高純符合化學計量比的多組分氧化物粉體最簡單的方法。Tian[16-17]等以Cr粉、Al粉和C粉為原料，KCl和NaCl為助溶劑，助熔劑比例為n(KCl)∶n(NaCl)＝1∶1，將原料按照比例n(Cr)∶n(Al)∶n(C)＝2∶1.1∶1混合；再按原料∶助溶劑(質量比)為1∶1均勻混合壓制成塊狀坯料。將坯料放入石英管中，在真空條件下，900-1000 ℃進行燒結。研究表明，原料中Al含量過量比例逐漸增大到10%時，產物中Cr-Al化合物明顯增加，Cr7C3高溫相明顯減少。郭陽[18]以Cr3C2粉，Al粉、Cr粉為原料，按n(Cr3C2)∶n(Al)∶n(Cr)＝(0.494-0.51)∶(1～1.3)∶(0.5-0.505)的比例混合，將NaCl、KCl按質量比1∶1混合后，加入活性炭混合得到助溶劑。將原料與適量助溶劑混合后壓制成塊，待混合鹽分別在850 ℃、900 ℃、950 ℃和1000 ℃溫度下熔化后，加入原料塊保溫0.6-3 h，冷卻后用蒸餾水反復清洗，最后干燥，得到Cr2AlC粉體。結果表明，Al的揮發對合成Cr2AlC有較大影響，反應中需要加入過量的Al以保證Cr2AlC的產率。當合成溫度低于970 ℃時，Al過量存在也不能使反應充分進行。通過研究得到的合成Cr2AlC最佳工藝條件：Al過量20%，溫度970 ℃，保溫時間2 h。該條件下合成的產物中幾乎沒有雜相。

3 Cr2AlC陶瓷的性能

3.1 力學性能

Lin[19]等測試了Cr2AlC在載荷為10 N的條件下的力學性能，測得Cr2AlC維氏硬度為5.5±0.4 GPa，彎曲強度為378 MPa；Ying[20]等人分別測試了高純Cr2AlC 和含有質量分數為14.4%的Cr7C3的Cr2AlC的力學性質。測試結果表明，純Cr2AlC的密度、顯微硬度、抗彎強度和斷裂韌性分別為5.17 g/cm3、4.9 GPa、469 MPa 和6.22 MPa?m1/2。而含有14.4%的Cr7C3的Cr2AlC的密度、顯微硬度、抗彎強度和斷裂韌性分別為5.29 g/cm3、5.5 GPa、483 MPa 和5.85 MPa?m1/2。造成這一現象的原因是Cr7C3具有較高的密度和強度(密度5.2 g/cm3、維氏硬度3.5 MPa、抗彎強度(285±4) GPa)。Tian[23]等以小粒度顆粒作為原料制備樣品，測得其抗彎強度為483±29 MPa，顯微硬度值為5.2 GPa，其原因是采用小尺寸顆粒合成的樣品晶粒細小，出現了細晶強化的效果。

3.2 電學性能

Tian[21]等測試了在1400 ℃熱壓1 h制得的Cr2AlC材料的電阻率與溫度的關系。如圖3所示，在50-300 ℃的范圍，Cr2AlC的電阻率隨溫度的升高而升高，具有金屬的特性。測得其電阻溫度系數為0.0028 K-1，這個值與Ti3Al1.1C1.8電阻溫度系數(0.0024 K-1)非常接近。通過外推電阻值方法，在室溫下得到Cr2AlC電阻率為1.4×10-6Ω?m，低于Ti2AlC的2.56×10-6Ω?m。應國兵[22]等人測試了Cr2AlC的電學性能。室溫下Cr2AlC 的電阻率為1.78×10-6Ω?m，當溫度升高到900 ℃時，Cr2AlC的電阻率為5.56×10-5Ω?m。可知，Cr2AlC 的電導率隨溫度的升高而下降。

3.3 熱學性能

田無邊[21]等測試了200 ℃下Cr2AlC的熱導率，其值為17.5 W/(m?K)，且在200-400 ℃溫度范圍內，隨著溫度升高而略微降低。Wang[23]等以Cr粉、Al粉和石墨為原料，按摩爾比Cr∶Al∶C＝2∶1.1∶1制備了Cr2AlC陶瓷材料，并研究了熱學性能。結果表明，Cr2AlC的熱膨脹系數為1.33×10－5K－1。在200-400 ℃范圍內，樣品的熱導率隨溫度的增加而下降。應國兵[20]等也研究了Cr2AlC陶瓷的熱學性能。在200-1200 ℃范圍內，Cr2AlC 的熱容為671.8-934.9 J/( kg?K) ，熱導率為15.73 W/m?K (200 ℃)。Monika等研究發現,Cr2AlC材料的熱容在3-260 K溫度區間內是三元層狀碳化物M2AlC(M = Ti，V，Cr)中最高的。

3.4 自潤滑性能

Gupta[24-25]等以Inc718為摩擦副，測得Cr2AlC的摩擦系數約為1.2×10-3，驗證了其在耐磨性方面的不錯表現。薛茂權[26]等以摩爾比Cr∶Al∶C =2∶1.2∶1混合原料粉末，在燒結溫度1400 ℃下合成了Cr2AlC納米材料。探討了Cr2AlC納米材料在濕潤滑條件下的摩擦學性能，在摩擦過程中機體表面形成了一層具有減摩抗磨作用的潤滑膜，這說明Cr2AlC具有良好的自潤滑性能。

圖3 Cr2AlC的電阻與溫度關系Fig.3 Temperature dependence of resistivity of Cr2AlC

4 Cr2AlC陶瓷的應用

為了充分發揮Cr2AlC的優異性能，擴大這種材料的工業應用范圍，許多學者開始研究各種Cr2AlC相關復合材料的制備。根據復合材料的顯微組織結構，Cr2AlC復合材料可分為四類。第一類是Cr2AlC顆粒彌散強化金屬基復合材料，有效提高了金屬材料的性能；第二類是固溶強化Cr2AlC復合材料，這種材料有效提高了Cr2AlC材料的韌性；第三類是彌散顆粒增強Cr2AlC復合材料，有效提高了金屬材料的性能，改善了Cr2AlC材料的耐磨性和強度；第四類是通過不同的工藝將Cr2AlC與基質材料結合形成層狀復合材料，有效保護了基體材料，擴大了材料在惡劣環境中的應用范圍。

4.1 金屬-Cr2AlC復合材料

4.1.1 Fe-Cr2AlC復合材料

Fe具有較高的熔點，根據固相燒結理論，燒結溫度一般為0.7-0.8 Tm(Tm為絕對熔點，以K計)，因此，燒結溫度較高。在原位反應過程中，原料中的Cr2AlC分解形成Cr-C化合物，Cr-C化合物在Fe晶界中形成網狀增強結構，其有效分布在Fe基體之間，增強了材料的強度[18]。

陳新華[27]等采用原位法合成了Fe-Cr2AlC復合材料制備。在高溫原位反應過程中，原料中的Cr2AlC分解，所得到的Cr-C化合物在Fe晶界形成網狀陶瓷增強結構。制備的復合材料在室溫下具有良好的強度和韌性。然而，隨著復合材料中Cr2AlC含量的增加，強度與斷裂韌性呈負相關關系。當原料中的Cr2AlC的含量為50%，燒結溫度為1300 ℃時，復合材料的抗彎強度達到1417.05 MPa。而在30 MPa壓力下保溫30 min時，復合材料的斷裂韌性僅為18 MPa?m1/2。

4.1.2 Cu-Cr2AlC復合材料

Cu-Cr2AlC復合材料主要由熱壓法制備。Cr2AlC的添加將阻止Cu晶粒的生長和晶界遷移，為Cu晶粒的再結晶提供了形核點，增強了粒子與基體界面之間的鍵合作用，起到分散強化的效果，有效地提高了材料的強度，改善了Cu及Cu合金的性能[28]。

雷宇[29]等采用粉末冶金法制備Cr2AlC顆粒增強Cu基復合材料。隨著Cr2AlC含量的增加，復合材料硬度首先升高后降低，密度和壓縮率逐漸降低。Cu-10%Cr2AlC的硬度值達到130 HV；曾舒[30]等采用熱壓法制備Cu-Cr2AlC復合材料。當Cr2AlC的體積分數為20%時，復合材料的拉伸強度和屈服強度分別為315 MPa和230 MPa。隨著Cr2AlC體積分數的增加，屈服強度和拉伸強度降低，斷裂模式從韌性斷裂變為脆性斷裂。孫林[31]等采用無壓真空燒結技術制備了Cu-15%Cr2AlC復合材料。通過對Cu-15%Cr2AlC復合材料熱導率、電阻率和摩擦系數的逐漸研究可知，隨著壓制壓力的增加，燒結溫度的升高，復合材料的電阻率和摩擦系數降低，熱導率逐漸增加。隨著燒結時間的增加，復合材料的電阻率和摩擦系數降低，熱導率先升高后降低。復合材料的斷裂模式均是脆性斷裂。隨著燒結溫度、燒結時間的增大，Cr2AlC和Cu發生固溶強化，使Cr2AlC晶格常數產生變化。當壓制壓力為500 MPa，燒結時間為1 h，燒結溫度為1000 ℃時，復合材料密度為6.91 g/cm3，顯微硬度達到158.93 HV。

4.2 顆粒增強Cr2AlC復合材料

應國兵[32]等采用SHS/PHIP法以Ti-Cr-Al-C為體系粉末制備三元陶瓷基復合材料，對應的摩爾比為(2-m)∶m∶1∶1。當m = 0.75和m = 1時，復合材料主要成分為Cr2AlC、Ti3AlC和TiC。復合材料的密度降低，硬度值大大提高，但韌性和強度增幅不大。根據斷口的微觀結構可知，網狀結構的間隙中均勻分布有小顆粒。這些網絡結構是通過重疊Cr2AlC和Ti3AlC交疊形成的，TiCx彌散分布在這些網狀疊層之間。這種致密、均勻、重疊的微觀結構可以使材料容易傳遞負載，再加上第二硬質相TiCx顆粒的作用，彌散增強效果明顯，使復合材料具有更好的抗變形性，更高的強度和硬度。

S Gupt[33]等制備了Ag-Cr2AlC復合材料。在室溫到550 ℃范圍內，復合材料的磨損率小于10-4mm3/N?m，摩擦系數小于0.5。在熱循環條件下，Cr2AlC/Ag摩擦磨損性能進一步改善。在以Inconel718和Al2O3為摩擦副的干滑動摩擦的情況下，復合材料磨損數量級分別小于10-4mm3/N?m和10-5mm3/N?m。但隨著溫度升高到550 ℃，磨損率提高了一個數量級。 Ag-Cr2AlC復合材料在室溫下的拉伸強度大于150 MPa，抗壓強度σc＞1.5 GPa。硬度約為5-6 GPa。Ra為0.1-0.2 μm，表現出易加工的性能。在燒結反應中，Cr2AlC與Ag液相發生以下反應：

生成的硬質合金相Ag2Al與Cr7C3顆粒起到了彌散強化作用，增強了Cr2AlC-Ag復合材料的強度。復合材料的表面形成光滑致密的氧化物潤滑膜使材料的摩擦系數降低，有效提高了摩擦性能。隨著溫度的升高，氧化膜逐漸分解，從而降低了摩擦性能。當添加Ag的量很少時，復合材料的摩擦系數明顯降低，添加Ag的量逐漸增多，復合材料的摩擦系數降低不明顯或不降低。這說明Ag-Cr2AlC復合材料的摩擦性能主要由Cr2AlC決定。

4.3 固溶強化Cr2AlC復合材料

Cr2AlC本身比較脆弱。已有研究表明，Cr2AlC的M位置會發生固溶體增韌現象(如(Ti1-xCrx)2AlC，(Ti1-xVx)2AlC)。通過將Ti，V，Mo等原子固溶在Cr2AlC的M位置，可以提高材料的韌性。根據Pugh S F[34]等人的研究經驗，體模量和剪切模量(B/G)的比例可以用作金屬材料的脆性和韌性的標準。B/G越大，材料的韌性越好；脆性材料的B/G臨界值約為1.75，即如果B/G ＞ 1.75，則為韌性材料，反之，則為脆性材料。Wang[35-36]等對(MxM′2-x)AlC(M, M′ = Ti, V和Cr)進行過研究，預測(MxM′2-x)AlC具有較好的強度。田陽采用基于密度泛函理論的第一原理贗勢平面波法計算了Cr2AlC的M位置中Cr4-xMoxAl2C2的相穩定性和電子結構。Cr4-xMoxAl2C2在結構和力學上是穩定的。Cr4-xMoxAl2C2表現出脆性，但隨著Mo含量的增加，Cr4-xMoxAl2C2的韌性逐漸增加。由計算結果可知，Cr4-xMoxAl2C2的B/G的值隨著Mo含量的增加而增加，材料的韌性也提高。材料在力學和熱力學上穩定，表現出金屬的導電性。可能是由于添加了Mo，形成了Mo-C共價鍵，并且這種共價鍵強度弱于Cr-C和Al-C共價鍵，因而變相增加了離子鍵的強度，使材料的韌性和導電性都增加。

4.4 Cr2AlC層狀復合材料

到目前為止，層狀復合材料的發展方向是通過在基體材料表面噴涂一層強化層，以增加材料的使用壽命，減少材料的浪費。Cr2AlC涂層具有優異的性能，原因是Cr2AlC涂層在相互摩擦過程中，表面會生成CrAl薄膜，這種薄膜有效地提高了Cr2AlC涂層的耐磨性能。

S Gupta等人研究了在550 ℃下不同配副與層狀Cr2AlC復合材料的摩擦學性能。發現Cr2AlC復合材料與Al2O3配副時，摩擦系數為0.44±0.09，磨損率約為6×10-5mm3/N?m。形成的CrAl氧化物與鎳基合金配副時的摩擦系數約為0.3，磨損率小于或等于1×10-6mm3/N?m，討論了摩擦面潤滑膜的形成機理[37-38]。薛茂全[26]等使用液相磁力攪拌混合原料比Cr∶Al∶C＝2∶1.2∶1的原料粉，在1400 ℃下無壓燒結合成Cr2AlC。觀察到Cr2AlC層厚度約為50-100 nm。研究了Cr2AlC納米復合材料在潤滑油中的摩擦學性能。Cr2AlC在油摩擦過程中表現出良好的摩擦性能。Cr2AlC添加量低時，分散性更好，可以顯著降低基礎油的摩擦系數和摩擦磨損。在該實驗條件下，Cr2AlC在10 N載荷下加入0.6%和1%的潤滑油，摩擦過程中也在表面形成具有抗摩擦和抗磨損的潤滑膜，顯示出良好的摩擦學性能。陳洋[39]等通過真空燒結法制備了不同粒度的兩種單相Cr2AlC復合粉末，并使用超音速火焰噴涂(HVOF)法在GH4196高溫鎳合金上成功制備了Cr2AlC涂層。制備的Cr2AlC涂層的厚度大于200 μm，并且與襯底緊密結合，致密度高。在高溫噴涂的過程中，少量Cr2AlC粉末分解形成高溫Cr7C3化合物，但沒有明顯的氧化發生。粉末的尺寸越小，越有利于制備更低孔隙率，更致密的涂層。一些研究人員采用磁控濺射法制備Cr2AlC薄膜，研究了Cr2AlC的性能且Cr2AlC薄膜厚度＜1 μm，極大的限制了Cr2AlC的應用范圍[40-42]。

5 展 望

目前制備Cr2AlC的方法有很多，但產物中或多或少都含有部分雜質相，而且有些工藝生產成本高，操作復雜，不利于大規模生產。對于制備Cr2AlC的成本而言，熱壓、熱等靜壓和放電等離子燒結方法使用的儀器精密、昂貴，制備過程中都要求高真空且需要通氬氣作為保護氣體，技術要求高，這就使生產成本提高。較上述制備方法而言，熔鹽法制備Cr2AlC具有操作簡單，對實驗環境和技術要求不高，產量高等有點，這利于工業化生產，但該方法存在的問題是產物純度不夠理想，還需要繼續研究以提高產物純度。因此在提高合成Cr2AlC純度的同時，降低生產成本，簡化合成工藝是今后制備Cr2AlC的研究方向。

Cr2AlC復合材料具有優異的性能，在現代很多領域都有廣泛的應用前景，但要實現大規模工業應用還需解決幾個問題：

(1) 降低Cr2AlC粉末的合成成本，簡化合成工藝，提高Cr2AlC粉末的合成效率，確保Cr2AlC復合材料的原料充足。

(2) 研究原料的配比，第二相的摻量及合成工藝對復合材料性能的影響。嘗試用工藝簡單，成本較低的方法合成Cr2AlC復合材料，縮短生產周期。

(3) 進一步研究Cr2AlC復合材料微觀結構與宏觀性能之間的關系。

(4) 拓寬Cr2AlC復合材料性能研究的范圍，擴大Cr2AlC復合材料的應用。

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Research Progress of Layered Cr2AlC Ternary Ceramic

BAI Yang，LIU Jinyun，JIN Yingrong
(College of Materials Science and Engineering, Xihua University, Chengdu 610039, Sichuan, China)

With special crystal structure, Cr2AlC has broad application prospects in many fi elds due to its metal and ceramic properties. This paper introduces the crystal structure, synthesis methods, properties and application prospects of Cr2AlC. It points out that Developing new technology, improving the synthesis of Cr2AlC purity, simplifying operation, reducing cost and advancing mass industrialized production will be the research directions in the future.

new material; ceramic material; Cr2AlC

date:2017-04-15 Revised date: 2017-04-18

TQ174.75

A

1006-2874-(2017)05-0022-08

10.13958/j.cnki.ztcg.2017.05.004

2017-04-15。

2017-04-18。

教育部春暉計劃資助項目(z2010096)。

白陽，男，碩士生。

Correspondent author:BAI Yang, male, Master.

E-mail:cuitBy3772@163.com