MAXフェーズ

MAX_phases
MAX相は、一般式を有する層状、六方晶炭化物、窒化物である:M n + 1 AX nは、(MAX)は、n = 1〜4、とMは早期遷移金属であり、Aは、A群であります(主にIIIAとIVA、またはグループ13と14)元素とXは、炭素および/または窒素のいずれかです。層状構造は、稜共有で構成され、歪んだXM 6八面体はA族元素の単一平面層によってインターリーブ。
周期表の元素が反応して、顕著なMAX相を形成します。赤い四角はM要素を表しています。青はA要素です。黒はX、またはCおよび/またはNです。
バルクおよび薄膜の両方の形態で、これまでに知られているMAX相のリスト:
211 TI 2 CDC、Scの2社、サウスカロライナ州2 SNC、TI 2のAlC、Tiの2 GAC、TI 2 INC、TI 2 TLC、V 2のAlC、V 2 GACはCr 2 GAC、TI 2のAlN、TI 2の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はNb 2のAlC、Nbの2 GAC、Nbの2社、Moの2 GACとZr 2のInN、Zrの2 TLN、Zrの2 SNC、Zrの2 PBCはNb 2 SNCはNb 2 PC、Nbの2 ASCと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のAlC 2、TI 3 GAC 2、TI 3 INC 2、V 3のAlC 2、TI 3のSiC 2、Tiの3たGeC 2、TI 3 SNC 2、Taを3のAlC 2、TI 3 ZNC 2、Zrの3の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
内容
1 歴史
2 合成
3 プロパティ
3.1 電気 3.2 物理的 3.3 機械的
4 潜在的なアプリケーション
5 参考文献
歴史
1960年代に、H。Nowotnyとその同僚は、「H」相と呼ばれる3成分の層状炭化物と窒化物の大きなファミリーを発見しました。 現在は「211」として知られています。 ‘MAXフェーズ(つまりn = 1)、およびいくつかの’ 312’MAXフェーズ。 その後の研究は、Ti 3 SiC 2などの「312」相に拡張され、異常な機械的特性を持っていることが示されました。 1996年、BarsoumとEl-Raghyは初めて完全に緻密で相純粋なTi 3 SiC 2を合成し、特性評価により、金属とエンジニアリングセラミックのいくつかの最高の特性の明確な組み合わせを持っていることを明らかにしました。 1999年に、彼らはTi 4 AlN 3(つまり、「413」MAX相)も合成し、すべて同じように動作するはるかに大きな固体ファミリーを扱っていることに気づきました。2020年に、Mo 4 VAlC 4(つまり、「514」MAXフェーズ)が公開されました。これは、20年以上ぶりのファミリの定義の大幅な拡張です。この主題に関する最初の「現代の」論文が発表された1996年以来、これらの段階の特性を理解する上で大きな進歩が見られました。2006年以降、研究はMAX相材料を含む複合材料の製造、特性評価、および実装に焦点を合わせてきました。アルミニウム-MAX相複合材料を含むこのようなシステムは、純粋なMAX相材料よりも延性と靭性をさらに向上させることができます。
合成
三元MAX相化合物および複合材料の合成は、燃焼合成、化学蒸着、さまざまな温度および磁束速度での物理蒸着、アーク溶融、熱間静水圧プレス、自己伝播高温など、さまざまな方法で実現されています。合成(SHS)、反応性焼結、スパークプラズマ焼結、メカニカルアロイング、溶融塩中での反応。 溶融塩中の要素の交換方法は、Mの一連得るために開発されたN + 1 ZnX N及びM N + 1つのCUX N MAX相を。
プロパティ
これらの炭化物および窒化物は、化学的、物理的、電気的、および機械的特性の異常な組み合わせを持ち、さまざまな条件下で金属特性とセラミック特性の両方を示します。 これらには、高い電気伝導率と熱伝導率、耐熱衝撃性、損傷許容性、被削性、高い弾性剛性、および低い熱膨張係数が含まれます。一部のMAX相は、化学的攻撃(Ti 3 SiC 2など)や空気中の高温酸化(Ti 2 AlC、Cr 2 AlC、Ti 3 AlC 2)に対しても高い耐性がこれらは、高効率エンジン、損傷許容熱システム、耐疲労性の向上、および高温での剛性の保持を含む技術で役立ちます。これらの特性は、MAX相の電子構造と化学結合に関連している可能性がそれは高電子密度領域と低電子密度領域の周期的な変化として説明することができます。これは、Mo等の電子構造の類似性に基づいて、他のナノラミネートの設計を可能にする2 BC とPDFE 3 N.
電気
MAX相は、金属結合の性質により、電気的および熱的に伝導性がMAX相のほとんどは、Tiよりも優れた電気および熱伝導体です。これは電子構造にも関係しています。
物理的
MAX相は剛性がありますが、一部の金属と同じくらい簡単に加工できます。それらのいくつかはチタン金属の3倍の剛性があり、チタンと同じ密度であるという事実にもかかわらず、それらはすべて弓のこを使用して手動で機械加工することができます。また、導電性に優れているため、金属光沢に研磨することもできます。それらは熱衝撃の影響を受けにくく、非常に損傷許容性がTiなどのいくつかの、2のAlCおよびCr 2 ALCが、酸化および腐食耐性が多結晶のTi 3 SiCの2がゼロ熱電、その異方性の電子構造に相関する特徴を有しています。
機械的
クラスとしてのMAX相は、一般に、高温で剛性、軽量、および塑性です。これらの化合物の層状原子構造に起因する、いくつかは、Tiのように3のSiC 2とTi 2のAlC、またあるクリープと疲労、耐と高温にその強度を維持します。それらは、基底すべりを特徴とする独特の変形を示します(基底面外のa-転位と転位のクロススリップの証拠は、高温で変形したMAX相とCu-マトリックス拡散によって誘発されたフランク部分c-転位で最近報告されました。キンクとせん断帯の変形の組み合わせ、および個々の粒子の層間剥離も報告されました)。 機械的試験中に、多結晶Ti 3 SiC 2シリンダーは、室温で最大1 GPaの応力まで繰り返し圧縮でき、散逸しながら負荷を取り除くと完全に回復することがわかっています。エネルギーの25%。ねじれ非線形固体が発見されたのは、MAX相のこれらのユニークな機械的特性を特徴づけることによってでした。これらの特性の原因であると思われるマイクロメカニズムは、初期キンクバンド(IKB)です。ただし、これらのIKBの直接的な証拠はまだ得られていないため、想定をあまり必要としない他のメカニズムへの扉が開かれたままになっています。実際、最近の研究では、MAX多結晶をサイクリングするときの可逆的なヒステリシスループは、非常に異方性の層状微細構造の複雑な応答によっても説明できることが示されています。
潜在的なアプリケーション
丈夫で機械加工が可能で、耐熱衝撃に強い耐火物
高温発熱体
電気接点のコーティング
原子力用途向けの中性子照射耐性部品
炭化物由来の炭素を 合成するための前駆体
二次元遷移金属の炭化物、窒化物、および炭窒化物のファミリーであるMXenesの合成の前駆体
参考文献
^ a b Deysher、Grayson; シャック、クリストファー・ユージーン; ハンタナシリサクル、カニット; フレイ、ネイサンC。; Foucher、Alexandre C。; マレスキー、キャスリーン; サリチェバ、アジア; シェノイ、ヴィヴェックB。; Stach、Eric A。; アナソリ、ババク; Gogotsi、Yury(2019年12月5日)。「Moを合成4 VALC 4 MAX相と二次元のMo 4 VC 4遷移金属の五アトミックレイヤーとMXene」。ACSナノ。14(1):204–217。土井:10.1021 /acsnano.9b07708。PMID  31804797。
^ Eklund、P。; ベッカーズ、M。; Jansson U。; Högberg、H。; Hultman、L。(2010)。「Mn + 1 AX nフェーズ:材料科学と薄膜処理」。薄い固体フィルム。518(8):1851–1878。Bibcode:2010TSF … 518.1851E。土井:10.1016 /j.tsf.2009.07.184。
^ Jeitschko、W。; Nowotny、H。; ベネソフスキー、F。(1964-08-01)。「フォーミュラT2MCの炭化物」。あまり一般的ではない金属のジャーナル。7(2):133–138。土井:10.1016 / 0022-5088(64)90055-4。
^ Schuster、JC; Nowotny、H。; Vaccaro、C。(1980-04-01)。「三元系:CrAlC、VAlC、TiAlCとH相(M2AlC)の挙動」。Journal of Solid StateChemistry。32(2):213–219。Bibcode:1980JSSCh..32..213S。土井:10.1016 / 0022-4596(80)90569-1。
^ Jeitschko、W。; Nowotny、H。; ベネソフスキー、F。(1963-11-01)。「Ti2AlN、einestickstoffhaltigeH-Phase」。MonatsheftefürChemieundVerwandteTeile Anderer Wissenschaften(ドイツ語)。94(6):1198–1200。土井:10.1007 / bf00905710。ISSN 0343から7329まで。
^ Jeitschko、W。; Nowotny、H。; ベネソフスキー、F。(1964-03-01)。「ダイH相Ti2TlC、Ti2PbC、Nb2InC、Nb2SnCおよびTa2GaC」。MonatsheftefürChemieundVerwandteTeile Anderer Wissenschaften(ドイツ語)。95(2):431–435。土井:10.1007 / bf00901306。ISSN 0343から7329まで。
^ Jeitschko、W。; Nowotny、H。(1967-03-01)。「DieKristallstrukturvon Ti3SiC2—ein neuerKomplexcarbid-Typ」。MonatsheftefürChemie-ChemicalMonthly(ドイツ語)。98(2):329–337。土井:10.1007 / bf00899949。ISSN 0026から9247まで。
^ Wolfsgruber、H。; Nowotny、H。; ベネソフスキー、F。(1967-11-01)。「DieKristallstrukturvonTi3GeC2」。MonatsheftefürChemieundVerwandteTeile Anderer Wissenschaften(ドイツ語)。98(6):2403–2405。土井:10.1007 / bf00902438。ISSN 0343から7329まで。
^ 後藤徹; 平井徹(1987-09-01)。「化学蒸着されたTi3SiC2」。材料研究速報。22(9):1195–1201。土井:10.1016 / 0025-5408(87)90128-0。
^ Barsoum、Michel W。; El-Raghy、Tamer(1996-07-01)。「顕著なセラミックの合成とキャラクタリゼーション:のTi 3 SiCの2」。混雑する。セラム。Soc。79(7):1953–1956。土井:10.1111 /j.1151-2916.1996.tb08018.x。ISSN 1551年から2916年。
^ Hanaor、DAH; 胡、L。; カン、WH; プルースト、G。; フォーリー、M。; カラマン、I。; ラドビッチ、M。(2016)。「アルミニウム合金/ Tiの中の圧縮性能及び亀裂伝播2のALC複合」。材料工学A。672:247–256。arXiv:1908.08757。土井:10.1016 /j.msea.2016.06.073。
^ Bingchu、M。; 明、Y。; Jiaoqun、Z。; Weibing、Z。(2006)。「その場ホットプレスによるTi / Al / C粉末を用いたTiAl / Ti2AlC複合材料の調製」。ウーハン工科大学ジャーナル-Mater。科学。21(2):14–16。土井:10.1007 / bf02840829。S2CID 135148379。
^ マグナソン、M。; Tengdelius、L。; グレチンスキー、G。; エリクソン、F。; ジェンセン、J。; Lu、J。; サミュエルソン、M。; Eklund、P。; Hultman、L。; ホグバーグ、H。(2019)。「組成エピタキシャルチタンの依存N + 1のSiC NのTiから成長MAX相薄膜3のSiC 2化合物ターゲット」。J.Vac。科学 技術。A。37(2):021506. arXivの:1901.05904。Bibcode:2019JVSTA..37b1506M。土井:10.1116 /1.5065468。ISSN 0734から2101まで。S2CID 104356941。
  
^ 尹希; チェン、ケキシン; 周、河平; 寧、小山。「チタンの燃焼合成3のSiC 2 /高重力条件下元素粉末からのTiC複合」。アメリカセラミック学会誌。93(8):2182–2187。土井:10.1111 /j.1551-2916.2010.03714.x。
^ 最大相複合材料材料科学および工学A
^ Arunajatesan、Sowmya; Carim、Altaf H.(1995年3月)。「チタン炭化ケイ素の合成」。アメリカセラミック学会誌。78(3):667–672。土井:10.1111 /j.1151-2916.1995.tb08230.x。
^ Gao、NF; 宮本恭子; Zhang、D。(1999)。”密たTi 3 SiCの2は、反応性HIPによって調製しました”。材料科学ジャーナル。34(18):4385–4392。Bibcode:1999JMatS..34.4385G。土井:10.1023 / A:1004664500254。S2CID 136980187。
^ Li、Shi-Bo; Zhai、Hong-Xiang(2005年6月8日)。「合成およびTiの反応機構3のSiC 2元素のTi、SiおよびC粉末のメカニカルアロイングによって」。アメリカセラミック学会誌。88(8):2092〜2098。土井:10.1111 /j.1551-2916.2005.00417.x。
^ ダッシュ、Apurv; ヴァッセン、ロバート; ギロン、オリヴィエ; ゴンザレス-ジュリアン、イエス。「空気中の酸化しやすい材料の溶融塩シールド合成」。ネイチャーマテリアルズ。18(5):465–470。Bibcode:2019NatMa..18..465D。土井:10.1038 / s41563-019-0328-1。ISSN 1476から4660まで。PMID 30936480。S2CID 91188246。
   
^ ミアン、LI; You-Bing、LI; カン、LUO; ジュン、LU; パー、EKLUND; パーソン; ヨハンナ、ローゼン; ラース、ハルトマン; Shi-Yu、DU(2019)。「Aサイト元素置換アプローチによる新規MAX相Ti3ZnC2の合成」。Journal of InorganicMaterials。34(1):60 DOI:10.15541 / jim20180377。ISSN 1000-324X。
^ Li、Mian(2019)。「ルイス酸性溶融塩との反応による元素置換アプローチによるナノラミネートMAX相とMXeneの合成」。アメリカ化学会誌。141(11):4730–4737。arXiv:1901.05120。土井:10.1021 /jacs.9b00574。PMID 30821963。S2CID 73507099 。2019-05-09を取得しました。
  
^ Li、Youbing; リー、ミアン; 陸俊; マ、バオカイ; 王、ジパン; Cheong、Ling-Zhi; 羅、菅; Zha、Xianhu; チェン、ケ(2019-07-24)。「ナノラミネートTi3(Al x Cu 1– x)C2で実現された単一原子厚の活性層とその人工酵素の挙動」。ACSナノ。13(8):9198–9205。土井:10.1021 /acsnano.9b03530。ISSN 1936から0851まで。PMID 31330102。
  
^ 黄、清; 黄、ピン; 王、紅傑; チャイ、ジファン; 黄、鄭蓮; ドゥ、シユ; Eklund、Per; ハルトマン、ラース; Persson、Per OA(2019-07-19)。「溶融塩中でのAサイト置換反応によるMAX相Nb2CuCおよびTi2(Al0.1Cu0.9)Nの合成」。arXiv:1907.08405 [ cond-mat.mtrl-sci ]。
^ Barsoum、MW(2000)。「Mn + 1 AX n相:新しいクラスの固体;熱力学的に安定なナノラミネート」(PDF)。Prog。固体化学。28:201–281。土井:10.1016 / S0079-6786(00)00006-6。
^ Barsoum、MW(2006)「MAXフェーズの物理的特性」、材料科学技術百科事典、KHJ Buschow(編)。エルゼビア、アムステルダム。
^ バス、ビクラムジット; カンテシュバラニ(2011)。高度な構造用セラミック。ワイリー。ISBN
 978-0470497111。
^ マグナソン、M。; Mattesini、M。(2017)。「X線分光法と密度汎関数理論から見たMAX相の化学結合と電子構造」。薄い固体フィルム。621:108–130。arXiv:1612.04398。Bibcode:2017TSF … 621..108M。土井:10.1016 /j.tsf.2016.11.005。S2CID 119404316。
^ 音楽、D。; シュナイダー、JM(2007)。「ナノラミネートの電子構造と弾性特性の間の相関関係」。JOM。59(7):60 Bibcode:2007JOM …. 59g..60M。土井:10.1007 / s11837-007-0091-7。S2CID 135558323。
^ Emmerlich、J。; 音楽、D。; ブラウン、M。; Fayek、P。; Munnik、F。; シュナイダー、JM(2009)。「異常に剛性と適度延性ハードコート材料の提案:Moの2 BC」。Journal of Physics D:AppliedPhysics。42(18):185406. Bibcode:2009JPhD … 42r5406E。土井:10.1088 / 0022-3727 / 42/18/185406。
^ 高橋徹; 音楽、D。; シュナイダー、JM(2012)。「PDFEの弾性特性に磁気秩序の影響3 N」。Journal of Vacuum Science and TechnologyA。30(3):030602. Bibcode:2012JVSTA..30c0602T。土井:10.1116 /1.4703897。
^ Magnuson、M。(2006)。「Tiの中の電子構造と化学結合2 ALCがX線発光分光法によって調査しました」。物理学。牧師B。74(19):195108. arXivの:1111.2910。Bibcode:2006PhRvB..74s5108M。土井:10.1103 /PhysRevB.74.195108。S2CID 117094434。
^ a b Tallman、Darin J.(2013)。「空気中のTi2AlC、Ti3AlC2およびCr2AlCの酸化の批評的レビュー」。材料研究レター。1(3):115–125。土井:10.1080 /21663831.2013.806364。
^ Magnuson、M。(2012)。「ナノ積層のTiの異方性熱電の電子構造の原点3のSiC 2偏光X線分析法およびゼーベック測定によって決定」。物理学。牧師B。85(19):195134. arXivの:1205.4993。Bibcode:2012PhRvB..85s5134M。土井:10.1103 /PhysRevB.85.195134。S2CID 29492896。
^ ギルバート、CJ(2000)。「疲労亀裂成長と粗の破壊特性とFinegrainedたTi 3 SiCの2」(PDF) 。ScriptaMaterialia。238(2):761–767。土井:10.1016 / S1359-6462(99)00427-3。
^ Guitton、A。; Joulain、A。; Thilly、L。&Tromas、C。(2014)「高温で変形したMAX相の転位クロススリップの証拠」。科学 担当者。4:6358. Bibcode:2014NatSR … 4E6358G。土井:10.1038 / srep06358。PMC 4163670。PMID 25220949。
  
^ Yu、W。; Guénolé、J。; Ghanbaja、J。; Vallet、M。&Guitton、A。(2021)”Tiのフランク部分転位2マトリックスCu拡散によって誘発されるALC-MAX相” (PDF) 。Scr。Mater。19:34–39。土井:10.1016 /j.scriptamat.2020.09.007。
^ Barsoum、MW&El-Raghy、T。(1999)。「室温延性炭化物」。冶金と材料の取引A。30(2):363–369。Bibcode:1999MMTA … 30..363B。土井:10.1007 / s11661-999-0325-0。S2CID 136828800。
^ Barsoum、MW; ファーバー、L。; El-Raghy、T。&Levin、I。(1999)「転位、キンクバンドとTiの室温可塑3のSiC 2」。会った。メイター。トランス。30A(7):1727–1738。Bibcode:1999MMTA … 30.1727B。土井:10.1007 / s11661-999-0172-z。S2CID 137467860。
^ Guitton、A。; Joulain、A。; Thilly、L。&Tromas、C。(2012)「チタンの転位分析2 AlNを閉じ込める圧力下、室温で変形しました」。フィロソフィカルマガジン。92(36):4536–4546。Bibcode:2012PMag … 92.4536G。土井:10.1080 /14786435.2012.715250。S2CID 137436803。
^ Guitton、A。; ヴァンペテゲム、S。; Tromas、C。; Joulain、A。; Van Swygenhoven、H。&Thilly、L。(2014)「中性子回折と組み合わせたその場圧縮によって研究されたMAX多結晶の変形に対する微細構造異方性の影響」。応用物理学の手紙。104(24):241910. Bibcode:2014ApPhL.104x1910G。土井:10.1063 /1.4884601。
^ Farle、A(2016)。「燃焼室条件下でのいくつかの選択されたセラミックの自己修復挙動の実証」。スマート材料と構造。25(8):084019. Bibcode:2016SMaS … 25h4019F。土井:10.1088 / 0964-1726 / 25/8/084019。
^ ホフマン、エリザベス(2012)。「MAX相の炭化物および窒化物:将来の原子力発電所の炉内用途および中性子核変換分析のための特性」。核工学と設計。244:17–24。土井:10.1016 /j.nucengdes.2011.12.009。
^ ホフマン、エリザベス(2008)。「三元および二元金属炭化物に由来する炭素のミクロおよびメソ多孔性」。ミクロポーラスおよびメソポーラス材料。112(1–3):526–532。土井:10.1016 /j.micromeso.2007.10.033。
^ Naguib、Michael(2011)。「Tiを剥離することによって生成された2次元ナノ結晶3のAlC 2」。先端材料。23(37):4248–53。CiteSeerX 10.1.1.497.9340。土井:10.1002 /adma.201102306。PMID 21861270。
  

投稿日:
カテゴリー: M