CN116947494A - 一种五元max相陶瓷材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种五元MAX相陶瓷材料及其制备方法，所述五元MAX相材料的分子式为(ZrCrTi)AlC2，其由包括Zr粉、Cr粉、Ti粉、Al粉和C粉混合粉末的原料先进行球磨，制备混合均匀的纳米结构混合粉末；将混合好的粉末放入钢模中进行压制成陶瓷素胚，成型后在真空热压烧结炉中进行真空热压烧结制备得到。本发明制备得到的(ZrCrTi)AlC2陶瓷材料突破了传统MAX相元素种类的四元限制，并与M(Zr、Cr、Ti)元素相互掺杂的i‑MAX不同，其单元素原子自成一层，因而具有较高的硬度、韧性和强度，并具有良好的可加工性，同时提高了五元MAX相陶瓷材料的导电性。
Description
技术领域
本发明属于无机非金属导电陶瓷领域，具体涉及一种五元MAX相陶瓷材料及其制备方法。
背景技术
MAX相是一类被充分研究的层状碳化物、碳氮化物和氮化物，M为过渡金属、A为主族元素Al或Si，X代表C和/或N元素。过渡金属的3d轨道与A的2p轨道会产生耦合，使MAX相材料具有良好的导电性，因而被称为导电陶瓷。传统的三元MAX相以P63/mmc六方结构中结晶。通过合金化，四元(M′M″)n+1AlCn的MAX相(Cr2TiAlC2，Mo2TiAlC2和Mo2Ti2AlC3)也以六方结构实验合成，其中(M′和M″代表两种不同的过渡金属元素。在这种六方结构中，内层M″被两层外层M′夹在中间，这两层外层被称为o-MAX相，并且其中n＝2。后来，人们又合成了新的四元MAX相V和Zr原子在单个M层内有序排列，它们被称为i-MAX相并表示为(仅针对于n＝1)。此前，五元MAX相材料还没有报道，且高熵多元MAX相材料多为i-MAX。
发明内容
为了改善上述技术问题，本发明首次提出一种五元MAX相材料，分子式为(ZrCrTi)AlC2及其制备方法，利用压制后的Zr粉、Cr粉、Ti粉、Al粉、C粉压片进行热压烧结，生成(ZrCrTi)AlC2陶瓷。本发明的五元MAX相材料的力学性能和导电性能更优于高熵i-MAX陶瓷。
本发明采用的技术方案如下：
一种五元MAX相材料，其分子式为(ZrCrTi)AlC2。
根据本发明的实施方案，所述五元MAX相材料由包括Zr粉、Cr粉、Ti粉、Al粉和C粉混合粉末的原料，经真空热压烧结制备得到所述五元MAX相材料。
本发明还提供上述五元MAX相材料的制备方法，包括以Zr粉、Cr粉、Ti粉、Al粉和C粉为原料，经真空热压烧结法，制备得到所述五元MAX相材料。
根据本发明的实施方案，所述Zr粉、Cr粉、Ti粉、Al粉和C粉的摩尔比为1:1:1:(1.0～1.3):(2.0～2.2)，优选为1:1:1:(1.05～1.15):(2.1～2.15)，示例性为1:1:1:1.1:2.1。
根据本发明的实施方案，所述制备方法还包括将Zr粉、Cr粉、Ti粉、Al粉和C粉进行球磨混合。优选地，所述球磨工艺为：球料比为(8～15):1，转速为200～400r/min，球磨时间为10～15h。
优选地，所述球磨介质选用0.2mm的玛瑙球。
根据本发明的实施方案，所述制备方法还包括对球磨后的混合粉末进行过筛。例如，采用标准92A型震击式振筛机，筛粉后的粉体粒径为10～15μm。
根据本发明的实施方案，所述制备方法还包括对过筛后的混合粉末加入助磨剂研磨、烘干处理得到混合粉末。优选地，所选助磨剂为无水乙醇。
优选地，所述助磨剂与混合粉体的质量之比为0.6:1～1:1，示例性为0.6:1、0.8:1、1:1。
根据本发明的实施方案，所述制备方法还包括对烘干后的混合粉末进行压片，得到陶瓷素胚。优选地，所述压片的压力为10～20MPa；保压时长为2～10min，示例性为2min、5min、10min。
根据本发明的实施方案，所述真空热压烧结法采用二次烧结处理；
一次真空热压烧结采用二级煅烧处理，一级真空热压烧结的温度为600～700℃，示例性为600℃、660℃、700℃；一级真空热压烧结的保温时间为0.5～2h，示例性为0.5h、1h、2h；二级真空热压烧结的温度为800～1000℃，示例性为800℃、900℃、1000℃；二级真空热压烧结的时间为3-5h，示例性为3h、4h、5h。
二次真空热压烧结采用二级煅烧处理，一级真空热压烧结的温度为900～1100℃，示例性为900℃、1000℃、1100℃；二级真空热压烧结的温度为1100～1300℃，示例性为1100℃、1250℃、1300℃；所述二级真空热压烧结的保温时间为1-20h，示例性为1h、10h、20h。
二次真空热压烧结的真空度为1×10-1～2×10-2MPa，示例性为1×10-2MPa、1.5×10-2MPa、2×10-2MPa。
根据本发明的实施方案，所述真空热压烧结法中，一次烧结、二次烧结的升温速率相同或不同，彼此独立为1～10℃/min，示例性为1℃/min、5℃/min、10℃/min。
根据本发明的实施方案，所述制备方法还包括对一次真空热压烧结后的压片进行破碎。
例如，将烧结后的混合粉末放入到行星球磨机中，球料比为(8～15)：1，转速为300～400r/min，时间10～15h；优选地，球料比15：1，转速400r/min，时间10h；和/或，进行筛粉过程，过筛的筛网的尺寸为200～225目，对于无法通过筛网的粉末颗粒使用研钵将粉体研细，再通过筛网，使粉体尺寸为15μm。
根据本发明的实施方案，所述制备方法还包括对破碎后的粉末进行压片。优选地，所述压片的压力为30～50MPa，示例性为50MPa。
根据本发明的实施方案，所述五元MAX相材料的制备方法，包括如下步骤：
S1、将Zr粉、Cr粉、Ti粉、Al粉和C粉进行球磨混合，筛粉，后加入助磨剂研磨、烘干处理得到混合粉末；
S2、将步骤S1制备的混合粉末压制成型，得到MAX相素胚；放入真空热压烧结炉中进行一次真空热压烧结，在最高温度保温后，自然降温；
S3、将步骤S2中一次真空热压烧结后的压片重新研磨，压制，用真空热压烧结炉进行二次真空热压烧结；二次真空热压烧结后降温，即得到所述五元MAX相陶瓷材料。
本发明的有益效果:
通过从三元MAX相转变为四元MAX相的启发，本发明制备了一种五元MAX相材料及其制备方法。具体而言：
本发明选用真空热压烧结来制备五元MAX相陶瓷，一方面在于减少杂质气体(如氧气、氮气)对材料的污染；另一方面通过热压会使压力传递的更加充分，因而使制得的陶瓷相的组织更加致密，以利于获得良好的力学性能。
本发明采用真空热压烧结的方法制备得到的五元MAX相材料，丰富了MAX相材料的种类。与多元高熵MAX相相比，本发明的五元MAX相材料有序型更好，具有相对规则的组织结构，杂质原子少以及晶格畸变较小，其剩余电阻率较低，导电性好(如有序的(Cr2/3Ti1/3)3AlC2的电阻率为0.31μΩm，而无序的(CrxTi1-x)3AlC2的电阻率为0.68μΩm)。同时本发明的五元MAX相材料的M-X之间的强共价键，有序的M层与A层的强共价键，使其强度、韧性得以提高。
附图说明
图1为对比例1制备得到的(ZrCrTi)AlC2五元MAX相陶瓷材料的室温断口的SEM照片。
图2为实施例1制备得到的(ZrCrTi)AlC2五元MAX相陶瓷材料的室温断口的SEM照片。
图3为实施例2制备得到的(ZrCrTi)AlC2五元MAX相陶瓷材料的室温断口的SEM照片。
具体实施方式
下文将结合具体实施例对本发明的技术方案做更进一步的详细说明。应当理解，下列实施例仅为示例性地说明和解释本发明，而不应被解释为对本发明保护范围的限制。凡基于本发明上述内容所实现的技术均涵盖在本发明旨在保护的范围内。
除非另有说明，以下实施例中使用的原料和试剂均为市售商品，或者可以通过已知方法制备。
本发明以下实施例及对比例中，采用Archimedes法进行致密度测试、按照GB/T4340-2009标准进行维氏硬度测试、GB/T 21143-2014标准进行断裂韧性测试，用四探针测电阻率方法并按照GB/T 21143-2014标准进行电阻率测定。
对比例1
五元MAX相材料的制备方法，包括如下步骤：
一次真空烧结前的球磨步骤：将Zr粉、Cr粉、Ti粉、Al粉和C粉按比例1:1:1:1:2进行球磨混合，球磨工艺为：球料比为15:1，转速为400r/min，球磨时间为15h，球磨介质选用0.2mm的玛瑙球；
筛粉步骤：用标准92A型震击式振筛机，筛粉后的粉体粒径为10～15μm；
压片步骤：准备一个Φ19.80mm的钢制模具，在模具内壁以及压头表面喷涂BN涂料，将筛分后得到的混合粉末置于钢模中，加载压力为15MPa，保压时长为5min，得陶瓷素胚；
一次真空烧结步骤：准备一个Φ20mm的石墨模具并内嵌厚度为0.2mm的碳纸，将所得陶瓷素胚置于石墨模具中，于真空热压烧结炉中进行烧结，烧结方式如下：室温下对烧结炉抽真空至20Pa以下，以5℃/min的升温速率升至660℃，保温1h，加载压力5MPa，再以3℃/min的升温速率升至900℃，保温4h，加载压力10MPa，保温结束后随即降压、降温，样品随炉冷却，最终制备出(ZrCrTi)AlC2陶瓷材料。
图1为对比例1制备得到的(ZrCrTi)AlC2五元MAX相陶瓷材料的室温断口的SEM照片。从图中可以看到本对比例制备得到的(ZrCrTi)AlC2五元MAX相陶瓷材料为片状结构，但其内部含有细小的Al颗粒，由此说明一次真空烧结时产生了大量的液相，且温度较低，因而使Al没有插入片状层中。
经测试，对比例1制备得到的(ZrCrTi)AlC2陶瓷材料的致密度为95.4％，维氏硬度为7.2GPa，断裂韧性为7.1MPa·m，电阻率为0.63μΩm。
实施例1
五元MAX相材料的制备方法，包括如下步骤：
一次烧结前的球磨步骤：将Zr粉、Cr粉、Ti粉、Al粉和C粉按比例1:1:1:1:2进行球磨混合，球磨工艺为：球料比为15:1，转速为400r/min，球磨时间为15h，球磨介质选用0.2mm的玛瑙球；
筛粉步骤：用标准92A型震击式振筛机，筛粉后的粉体粒径为10～15μm；
压片步骤：准备一个Φ19.80mm的钢制模具，在模具内壁以及压头表面喷涂BN涂料，将筛分后得到的混合粉末置于钢模中，加载压力为15MPa，保压时长为5min，得陶瓷素胚；
一次烧结步骤：准备一个Φ20mm的石墨模具并内嵌厚度为0.2mm的碳纸，将所得陶瓷素胚置于石墨模具中，于真空热压烧结炉中进行烧结，烧结方式如下：室温下对烧结炉抽真空至20Pa以下，以5℃/min的升温速率升至660℃，保温1h，加载压力5MPa，再以3℃/min的升温速率升至900℃，保温4h，加载压力10MPa，保温结束后随即降压、降温，样品随炉冷却，得到烧结后的五元MAX压片(ZrCrTi)AlC2；
将烧结后的五元MAX压片放入玛瑙研钵中破碎，混合粉末放入到行星球磨机中，球料比为15：1，转速为400r/min，时间10h；用225目的筛网经行过筛，对于无法通过筛网的粉末颗粒使用研钵将粉体研细，再通过筛网，使粉体尺寸为15μm；
将混合粉体放入19.80mm钢模中压制，向压头表面喷涂BN涂料，施加压力50MPa，进行两次压制；
用Φ20mm石墨模具承载压片，放入真空热压烧结炉中。二次烧结的初始升温速率为5℃/min达到1000℃，加压15MPa，真空度2×10-2Pa；达到1000℃以后，以2℃/min升温到1250℃，加压55MPa，保温10h，再自然降温到室温，最终制备出(ZrCrTi)AlC2陶瓷材料。
图2为实施例1制备得到的(ZrCrTi)AlC2五元MAX相陶瓷材料的室温断口的SEM照片。从图中可以看到本实施例制备得到的(ZrCrTi)AlC2五元MAX相陶瓷材料为层状结构，且颗粒粒径小，因而使制得的(ZrCrTi)AlC2五元MAX相陶瓷材料具有优异的力学性能和导电性。
经测试，实施例1制备得到的(ZrCrTi)AlC2五元MAX相陶瓷材料的致密度为99.1％，维氏硬度为11.5GPa，断裂韧性为6.3MPa·m，电阻率为0.26μΩm。
对比例2
五元MAX相材料的制备方法，包括如下步骤：
一次烧结前的球磨步骤：将Zr粉、Cr粉、Ti粉、Al粉和C粉按比例1:1:1:1.1:2.1进行球磨混合，球磨工艺为：球料比为15:1，转速为400r/min，球磨时间为15h，球磨介质选用0.2mm的玛瑙球；
筛粉步骤：用标准92A型震击式振筛机，筛粉后的粉体粒径为10～15μm；
压片步骤：准备一个Φ19.80mm的钢制模具，在模具内壁以及压头表面喷涂BN涂料，将筛分后得到的混合粉末置于钢模中，加载压力为15MPa，保压时长为5min，得陶瓷素胚；
一次烧结步骤：准备一个Φ20mm的石墨模具并内嵌厚度为0.2mm的碳纸，将所得陶瓷素胚置于石墨模具中，于真空热压烧结炉中进行烧结，烧结方式如下：室温下对烧结炉抽真空至20Pa以下，以5℃/min的升温速率升至660℃，保温1h，加载压力5MPa，再以3℃/min的升温速率升至900℃，保温5h，加载压力10MPa，保温结束后随即降压、降温，样品随炉冷却，最终制备出(ZrCrTi)AlC2陶瓷材料。
经测试，对比例2制备得到的(ZrCrTi)AlC22五元MAX相陶瓷材料的致密度为96.7％，维氏硬度为7.8GPa，断裂韧性为6.6MPa·m，电阻率为0.58μΩm。
实施例2
五元MAX相材料的制备方法，包括如下步骤：
一次烧结前的球磨步骤：将Zr粉、Cr粉、Ti粉、Al粉和C粉按比例1:1:1:1.1:2.1进行球磨混合，球磨工艺为：球料比为15:1，转速为400r/min，球磨时间为15h，球磨介质选用0.2mm的玛瑙球；
筛粉步骤：用标准92A型震击式振筛机，筛粉后的粉体粒径为10～15μm；
压片步骤：准备一个Φ19.80mm的钢制模具，在模具内壁以及压头表面喷涂BN涂料，将筛分后得到的混合粉末置于钢模中，加载压力15MPa，保压时长5min，得陶瓷素胚；
一次烧结步骤：准备一个Φ20mm的石墨模具并内嵌厚度为0.2mm的碳纸，将所得陶瓷素胚置于石墨模具中，于真空热压烧结炉中进行烧结，烧结方式如下：室温下对烧结炉抽真空至20Pa以下，以5℃/min的升温速率升至660℃，保温1h，加载压力5MPa，再以3℃/min的升温速率升至900℃，保温5h，加载压力10MPa，保温结束后随即降压、降温，样品随炉冷却，得到烧结后的五元MAX压片(ZrCrTi)AlC2；
将烧结后的五元MAX压片放入玛瑙研钵中破碎，混合粉末放入到行星球磨机中，球料比为15：1，转速为400r/min，时间10h；用225目的筛网经行过筛，对于无法通过筛网的粉末颗粒使用研钵将粉体研细，再通过筛网，使粉体尺寸为15μm；
将混合粉体放入19.80mm钢模中压制，向压头表面喷涂BN涂料，施加压力50MPa，进行两次压制；
用Φ20mm石墨模具承载压片，放入真空热压烧结炉中。二次烧结的初始升温速率为5℃/min达到1000℃，加压15MPa，真空度2×10-2Pa；达到1000℃以后，以2℃/min升温到1250℃，加压55MPa，保温10h，再自然降温到室温，最终制备出(ZrCrTi)AlC2陶瓷材料。
图3为实施例2制备得到的(ZrCrTi)AlC2五元MAX相陶瓷材料的室温断口的SEM照片。从图中可以看到本实施例制备得到的(ZrCrTi)AlC2五元MAX相陶瓷材料为层状结构，同时堆垛层数高且颗粒粒径大。因而使制得的(ZrCrTi)AlC2五元MAX相陶瓷材料具有较好的导电性。
经测试，实施例2制备得到的(ZrCrTi)AlC22五元MAX相陶瓷材料的致密度为99.3％，维氏硬度为12.4GPa，断裂韧性为5.8MPa·m，电阻率为0.23μΩm。
实施例3
五元MAX相材料的制备方法，包括如下步骤：
一次烧结前的球磨步骤：将Zr粉、Cr粉、Ti粉、Al粉和C粉按比例1:1:1:1.1:2.1进行球磨混合，球磨工艺为：球料比为10:1，转速为300r/min，球磨时间为10h，球磨介质选用0.2mm的玛瑙球；
筛粉步骤：用标准92A型震击式振筛机，筛粉后的粉体粒径为10～15μm；
压片步骤：准备一个Φ19.80mm的钢制模具，在模具内壁以及压头表面喷涂BN涂料，将筛分后得到的混合粉末置于钢模中，加载压力为15MPa，保压时长为5min，得陶瓷素胚；
一次烧结步骤：准备一个Φ20mm的石墨模具并内嵌厚度为0.2mm的碳纸，将所得陶瓷素胚置于石墨模具中，于真空热压烧结炉中进行烧结，烧结方式如下：室温下对烧结炉抽真空至20Pa以下，以5℃/min的升温速率升至660℃，保温1h，加载压力5MPa，再以4℃/min的升温速率升至1000℃，保温5h，加载压力10MPa，保温结束后随即降压、降温，样品随炉冷却，得到烧结后的五元MAX压片；(ZrCrTi)AlC2将烧结后的五元MAX压片放入玛瑙研钵中破碎，混合粉末放入到行星球磨机中，球料比为15：1，转速为400r/min，时间15h；用225目的筛网经行过筛，对于无法通过筛网的粉末颗粒使用研钵将粉体研细，再通过筛网，使粉体尺寸为15μm；
将混合粉体放入19.80mm钢模中压制，向压头表面喷涂BN涂料，施加压力50MPa，进行两次压制；
用Φ20mm石墨模具承载压片，放入真空热压烧结炉中。二次烧结的初始升温速率为5℃/min达到1000℃，加压15MPa，真空度2×10-2Pa；达到1000℃以后，以2℃/min升温到1300℃，加压55MPa，保温20h，再自然降温到室温，最终制备出(ZrCrTi)AlC2陶瓷材料。
经测试，实施例3制备得到的(ZrCrTi)AlC2五元MAX相陶瓷材料的致密度为98.4％，维氏硬度为10.5GPa，断裂韧性为6.6MPa·m，电阻率为0.28μΩm。
实施例4
五元MAX相材料的制备方法，包括如下步骤：
一次烧结前的球磨步骤：将Zr粉、Cr粉、Ti粉、Al粉和C粉按比例1:1:1:1.15:2.15进行球磨混合，球磨工艺为：球料比为10:1，转速为300r/min，球磨时间为10h，球磨介质选用0.2mm的玛瑙球；
筛粉步骤：用标准92A型震击式振筛机，筛粉后的粉体粒径为10～15μm；
压片步骤：准备一个Φ19.80mm的钢制模具，在模具内壁以及压头表面喷涂BN涂料，将筛分后得到的混合粉末置于钢模中，加载压力15MPa，保压时长5min，得陶瓷素胚；
一次烧结步骤：准备一个Φ20mm的石墨模具并内嵌厚度为0.2mm的碳纸，将所得陶瓷素胚置于石墨模具中，于真空热压烧结炉中进行烧结，烧结方式如下：室温下对烧结炉抽真空至20Pa以下，以5℃/min的升温速率升至660℃，保温1h，加载压力5MPa，再以3℃/min的升温速率升至900℃，保温5h，加载压力10MPa，保温结束后随即降压、降温，样品随炉冷却，得到烧结后的五元MAX压片；(ZrCrTi)AlC2
将烧结后的五元MAX压片放入玛瑙研钵中破碎，混合粉末放入到行星球磨机中，球料比为15：1，转速为400r/min，时间10h；用225目的筛网经行过筛，对于无法通过筛网的粉末颗粒使用研钵将粉体研细，再通过筛网，使粉体尺寸为15μm；
将混合粉体放入19.80mm钢模中压制，向压头表面喷涂BN涂料，施加压力50MPa，进行两次压制；
用Φ20mm石墨模具承载压片，放入真空热压烧结炉中。二次烧结的初始升温速率为5℃/min达到1000℃，加压15MPa，2×10-2Pa；达到1000℃以后，以2℃/min升温到1250℃，加压55MPa，保温10h，再自然降温到室温，最终制备出(ZrCrTi)AlC2陶瓷材料。
经测试，实施例4制备得到的(ZrCrTi)AlC2五元MAX相陶瓷材料的致密度为98.7％，维氏硬度为10.8GPa，断裂韧性为6.4MPa·m，电阻率为0.31μΩm。
对比例3
五元MAX相材料的制备方法，包括如下步骤：
一次烧结前的球磨步骤：将ZrC粉、Cr粉、Ti粉、Al粉和C粉按比例1:1:1:1.1:1.1进行球磨混合，球磨工艺为：球料比为10:1，转速为300r/min，球磨时间为10h，球磨介质选用0.2mm的玛瑙球；
筛粉步骤：用标准92A型震击式振筛机，筛粉后的粉体粒径为10～15μm；
压片步骤：准备一个Φ19.80mm的钢制模具，在模具内壁以及压头表面喷涂BN涂料，将筛分后得到的混合粉末置于钢模中，加载压力15MPa，保压时长5min，得陶瓷素胚；
一次烧结步骤：准备一个Φ20mm的石墨模具并内嵌厚度为0.2mm的碳纸，将所得陶瓷素胚置于石墨模具中，于真空热压烧结炉中进行烧结，烧结方式如下：室温下对烧结炉抽真空至20Pa以下，以5℃/min的升温速率升至660℃，保温1h，加载压力5MPa，再以3℃/min的升温速率升至900℃，保温5h，加载压力10MPa，保温结束后随即降压、降温，样品随炉冷却，得到烧结后的五元MAX压片；
将烧结后的五元MAX压片放入玛瑙研钵中破碎，混合粉末放入到行星球磨机中，球料比为15：1，转速为400r/min，时间10h；用225目的筛网经行过筛，对于无法通过筛网的粉末颗粒使用研钵将粉体研细，再通过筛网，使粉体尺寸为15μm；
将混合粉体放入19.80mm钢模中压制，向压头表面喷涂BN涂料，施加压力50MPa，进行两次压制；
用Φ20mm石墨模具承载压片，放入真空热压烧结炉中。二次烧结的初始升温速率为5℃/min达到1000℃，加压15MPa，2×10-2Pa；达到1000℃以后，以2℃/min升温到1250℃，加压55MPa，保温10h，再自然降温到室温，最终制备出(ZrCrTi)AlC2陶瓷材料。
经测试，对比例3制备得到的(ZrCrTi)AlC2五元MAX相陶瓷材料的致密度为99.0％，维氏硬度为8.9GPa，断裂韧性为5.4MPa·m，电阻率为0.41μΩm。
对比例4
五元MAX相材料的制备方法，包括如下步骤：
一次烧结前的球磨步骤：将Zr粉、Cr粉、TiAl合金粉和C粉按比例1:1:1.1:2.1进行球磨混合，球磨工艺为：球料比为10:1，转速为300r/min，球磨时间为10h，球磨介质选用0.2mm的玛瑙球；
筛粉步骤：用标准92A型震击式振筛机，筛粉后的粉体粒径为10～15μm；
压片步骤：准备一个Φ19.80mm的钢制模具，在模具内壁以及压头表面喷涂BN涂料，将筛分后得到的混合粉末置于钢模中，加载压力15MPa，保压时长5min，得陶瓷素胚；
一次烧结步骤：准备一个Φ20mm的石墨模具并内嵌厚度为0.2mm的碳纸，将所得陶瓷素胚置于石墨模具中，于真空热压烧结炉中进行烧结，烧结方式如下：室温下对烧结炉抽真空至20Pa以下，以5℃/min的升温速率升至660℃，保温1h，加载压力5MPa，再以3℃/min的升温速率升至900℃，保温5h，加载压力10MPa，保温结束后随即降压、降温，样品随炉冷却，得到烧结后的五元MAX压片；
将烧结后的五元MAX压片放入玛瑙研钵中破碎，混合粉末放入到行星球磨机中，球料比为15：1，转速为400r/min，时间10h；用225目的筛网经行过筛，对于无法通过筛网的粉末颗粒使用研钵将粉体研细，再通过筛网，使粉体尺寸为15μm；
将混合粉体放入19.80mm钢模中压制，向压头表面喷涂BN涂料，施加压力50MPa，进行两次压制；
用Φ20mm石墨模具承载压片，放入真空热压烧结炉中。二次烧结的初始升温速率为5℃/min达到1000℃，加压15MPa，2×10-2Pa；达到1000℃以后，以2℃/min升温到1350℃，加压55MPa，保温10h，再自然降温到室温，最终制备出(ZrCrTi)AlC2陶瓷材料。
经测试，对比例4制备得到的(ZrCrTi)AlC2五元MAX相陶瓷材料的致密度为98.8％，维氏硬度为10.0GPa，断裂韧性为5.6MPa·m，电阻率为0.32μΩm。
各实施例及对比例中制备得到的五元MAX相陶瓷材料测试得到的性能结果示于下表1中。
表1
以上，对本发明的实施方式进行了说明。但是，本发明不限定于上述实施方式。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种五元MAX相材料，其特征在于，其分子式为(ZrCrTi)AlC2。
2.如权利要求1所述的五元MAX相材料，其特征在于，所述五元MAX相材料由包括Zr粉、Cr粉、Ti粉、Al粉和C粉混合粉末的原料，经真空热压烧结制备得到所述五元MAX相材料。
3.权利要求1或2所述的五元MAX相材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以Zr粉、Cr粉、Ti粉、Al粉和C粉为原料，经真空热压烧结法，制备得到所述五元MAX相材料。
4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述Zr粉、Cr粉、Ti粉、Al粉和C粉的摩尔比为1:1:1:(1.0～1.3):(2.0～2.2)。
5.如权利要求3或4所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括将Zr粉、Cr粉、Ti粉、Al粉和C粉进行球磨混合。
优选地，所述球磨工艺为：球料比为(8～15):1，转速为200～400r/min，球磨时间为10～15h。
6.如权利要求3-5任一项所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括对球磨后的混合粉末进行过筛。
优选地，所述制备方法还包括对过筛后的混合粉末加入助磨剂研磨、烘干处理得到混合粉末。
优选地，所述助磨剂与混合粉体的质量之比为0.6:1～1:1。
7.如权利要求3-6任一项所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括对烘干后的混合粉末进行压片，得到陶瓷素胚。
优选地，所述压片的压力为10～20MPa；保压时长为2～10min。
8.如权利要求3-7任一项所述的制备方法，其特征在于，所述真空热压烧结法采用二次烧结处理；
一次真空热压烧结采用二级煅烧处理，一级真空热压烧结的温度为600～700℃；一级真空热压烧结的保温时间为0.5～2h；二级真空热压烧结的温度为800～1000℃；二级真空热压烧结的时间为3-5h；
二次真空热压烧结采用二级煅烧处理，一级真空热压烧结的温度为900～1100℃；二级真空热压烧结的温度为1100～1300℃；所述二级真空热压烧结的保温时间为1-20h。
9.如权利要求3-8任一项所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括对一次真空热压烧结后的压片进行破碎。
优选地，所述制备方法还包括对破碎后的粉末进行压片。
优选地，所述压片的压力为30～50MPa。
10.如权利要求3-9任一项所述的制备方法，其特征在于，所述五元MAX相材料的制备方法，包括如下步骤：
S1、将Zr粉、Cr粉、Ti粉、Al粉和C粉进行球磨混合，筛粉，后加入助磨剂研磨、烘干处理得到混合粉末；
S2、将步骤S1制备的混合粉末压制成型，得到MAX相素胚；放入真空热压烧结炉中进行一次真空热压烧结，在最高温度保温后，自然降温；
S3、将步骤S2中一次真空热压烧结后的压片重新研磨，压制，用真空热压烧结炉进行二次真空热压烧结；二次真空热压烧结后降温，即得到所述五元MAX相陶瓷材料。
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