MAX相及其氢氟酸腐蚀产物制备与摩擦学行为研究

摘要

Mn+1AXn(MAX)是一类三元层状化合物，其中M为过渡族金属，A主要为Ⅲ或Ⅳ族元素，X为C或N元素，n=1、2、3......。Mn+1AXn作为一种新型的陶瓷材料，结合了金属和陶瓷的很多优良性能。MAX可以通过化学气相沉积(CVD)，电弧熔炼，热等静压(HIP)，等离子放电烧结(SPS)，自蔓延高温合成(SHS)以及反应烧结等方法制备，其中无压烧结法与其他方法比较工艺简单，设备要求低，有利于MAX的量化生产。
　　通过剥离层状石墨制备的二维石墨烯，在研究中发现具有优异的抗磨减摩效果，可作为润滑油添加剂。层状Mn+1AXn(MAX)化合物同样可以通过剥离制备出二维类石墨烯结构，用HF选择性刻蚀掉Ti3AlC2中Al原子的，可以制备出二维结构的Ti3C2，其在包括润滑材料在内的领域具有广阔的应用前景，不同Mn+1AXn相在HF中的形貌，结构演变及机理有待进一步研究。
　　本文以Ti、Si、Cr、Al、石墨粉等为原料，采用优化的混料工艺，在酒精中液相磁力搅拌混料，无压烧结，研磨粉碎的方法制备了Ti3SiC2、 Ti3AlC2和Cr2AlC粉体。通过热力学试验和物相分析，结合一系列中间状态，分析了体系从初始产物到最终产物的反应路径，研究了不同体系的反应机理。研究了无压烧结合成工艺中原料组合、原料配比、烧结温度等因素对材料成分与组织结构的影响;同时研究了制备的Ti3AlC2和Cr2AlC在氢氟酸溶液中的常温腐蚀行为，结合腐蚀产物的成分与微观组织结构特征分析了氢氟酸浓度、反应时间对Ti3AlC2、Cr2AlC腐蚀产物的影响;并系统研究了Ti3SiC2、Ti3AlC2和Cr2AlC在氢氟酸溶剂热中的物相及形态演变，探讨了反应温度、反应时间对最终产物的影响;将无压烧结制备的MAX相、HF腐蚀的不同晶型的AlF3作为润滑油添加剂研究了其摩擦学性能。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 MAX相的制备与性能

1．2．1 MAX相的合成

1．2．2 MAX相的摩擦学性能

1．3 氢氟酸溶液腐蚀MAX相制备类石墨烯Mxenes

1．4 AlF3的制备研究

1．5 本文研究的意义及主要内容

1．5．1 选题的意义

1．5．2 主要研究内容

参考文献

第二章 MAX相制备及其HF腐蚀工艺与试验方法

2．1 实验原料及制备工艺

2．1．1 原材料

2．1．2 制备工艺

2．2 试验方法

2．2．1 X射线衍射分析

2．2．2 扫描电镜和能谱分析

2．2．3 透射电镜分析

2．2．4 差热分析

2．2．5 摩擦学性能测试

第三章 Ti3SiC2及其HF腐蚀产物的制备与表征

3．1 引言

3．2 Ti3SiC2的无压烧结制备

3．2．1 以Ti，Si和石墨为原料的Ti3SiC2物相组成

3．2．2 扫描电镜观察分析结构和形貌

3．2．3 以SiC，TiC为原料制备Ti3SiC2

3．2．4 Ti3SiC2的合成原理

3．3 氢氟酸溶剂热腐蚀Ti3SiC2制备立方AlF3

3．3．1 腐蚀反应时间对产物物相组成的影响

3．3．2 腐蚀产物的形貌分析

3．4 本章小结

参考文献

第四章 Ti3AlC2及其氢氟酸腐蚀产物的制备与与摩擦学行为

4．1 引言

4．2 Ti3AlC2的无压烧结制备及摩擦学行为

4．2．1 Ti3AlC2物相组成

4．2．2 Ti3AlC2的形貌分析

4．2．3 Ti3AlC2的合成原理

4．2．4 Ti3AlC2的摩擦磨损性能

4．3 氢氟酸腐蚀剥离Ti3AlC2制备类石墨烯结构碳化物

4．3．1 腐蚀剥离产物的物相组成

4．3．2 腐蚀剥离产物的形貌分析

4．3．3 水热制备类石墨烯TiO2／C杂化结构

4．4 氢氟酸溶剂热腐蚀Ti3AlC2制备碳化钛

4．4．1 腐蚀制备产物的物相组成

4．4．2 腐蚀产物的形貌分析

4．4．3 TiC微纳米颗粒的摩擦学性能

4．5 氢氟酸溶剂热腐蚀Ti3AlC2制备立方AlF3

4．5．1 腐蚀制备产物的物相组成

4．5．2 腐蚀产物的形貌分析

4．5．3 AlF3纳米立方体的摩擦学性能

4．5．4 反应时间和温度对产物的影响

4．6 本章小结

参考文献

第五章 Cr2AlC及其氢氟酸腐蚀产物的制备与与摩擦学行为

5．1 引言

5．2 Cr2AlC的无压烧结制备

5．2．1 Cr2AlC物相组成

5．2．2 Cr2AlC形貌分析

5．2．3 Cr2AlC的生长机理

5．2．4 层状Cr2AlC纳米晶的摩擦学行为

5．3 氢氟酸腐蚀Cr2AlC制备CrF3·3H2O

5．3．1 40％氢氟酸腐蚀Cr2AlC制备CrF3·3H2O

5．3．2 不同氢氟酸浓度和腐蚀时间对产物的影响

5．4 氢氟酸溶剂热腐蚀Cr2AlC制备棒状AlF3

5．4．1 腐蚀制备产物的物相组成

5．4．2 腐蚀制备产物的形貌分析

5．4．3 AlF3纳米纳米棒的摩擦学性能

5．4．4 反应时间和温度对产物的影响

5．5 本章小结

参考文献

第六章 结论与展望

致谢

攻读学位期间发表的学术论文及其它成果