西北工業(yè)大學杜乘風/余泓課題組報道了對Ti3AlC2 MAX相陶瓷的A位點進行Al-Si的系列固溶摻雜，并揭示了Si對Ti3Al1?xSixC2在1000°C條件下的氧化行為影響機制。
MAX相陶瓷材料具有良好的熱穩(wěn)定性、抗氧化性和高溫機械強度，其高溫應(yīng)用被廣泛研究。例如，Ti3AlC2是被廣泛研究的MAX相陶瓷材料，其良好的抗氧化性得益于高溫下原位形成的氧化膜，氧化膜可以阻止氧氣進一步滲透。A位Al-Si固溶調(diào)控的研究表明Ti3AlC2 MAX相陶瓷進一步增強抗氧化性的可能。然而，Si的含量優(yōu)化及其對Ti3Al1?xSixC2陶瓷氧化行為作用機理還有待挖掘。
因此，杜乘風/余泓課題組合成了系列Al-Si固溶的Ti3Al1?xSixC2 (x=0, 0.2, 0.4, 0.6)陶瓷材料，并對其晶體結(jié)構(gòu)和在1000°C空氣中的氧化行為進行了研究。Si的添加，不僅會形成Ti5Si3雜相導致陶瓷相純度降低，也影響了氧化膜的形成及陶瓷相的抗氧化性能。在有Si固溶的陶瓷材料氧化膜上，可以觀測到Si摻雜的TiO2晶柱聚集結(jié)構(gòu)，這是由于Si的加入降低了TiO2中(110)面形成的能壘，同時也提高了O原子在(110)面上的吸附能。Si可以加速氧化膜形成的傳質(zhì)過程，形成TiO2/Al2O3交替保護外層和Al2O3連續(xù)內(nèi)層，進而阻止氧的進一步內(nèi)滲而提高陶瓷材料的抗氧化性。因此，適量的Si可以形成致密而連續(xù)氧化膜而獲得良好的抗氧化性；然而過量的Si會破壞Al2O3氧化膜的連續(xù)性導致抗氧化性能衰減。 論文信息 Effect of Si on the Oxidation Behaviors of Ti3Al1?xSixC2 at 1000?°C Dr. Cheng-Feng Du, Zihan Yang, Qingyan Zeng, Longqi Xue, Chuanchao Wang, Jinjin Wang, Dr. Hong Yu Chemistry – A European Journal DOI: 10.1002/chem.202203106
