[发明专利]一种三元层状硼化物陶瓷及其制备方法

说明书

本发明公开了一种三元层状硼化物陶瓷及其制备方法，其化学式为M₂SeB，其中M为Zr或Hf；M₂SeB的空间群为P6₃/mmc；其中，Zr₂SeB的晶格参数为Zr原子位于(1/3，2/3，0.60288)、Se原子位于(1/3，2/3，1/4)、B原子位于(0，0，0)；Hf₂SeB的晶格参数为Hf原子位于(1/3，2/3，0.59889)、Se原子位于(1/3，2/3，1/4)、B原子位于(0，0，0)。本发明首次发现了M₂SeB(M为过渡族金属)MAX相，为进一步研究奠定了基础。

技术领域

本发明涉及一种层状化合物，具体涉及一种三元层状硼化物陶瓷及其制备方法。

背景技术

MAX相或M_n+1AX_n相(n＝1-3)是一类三元层状化合物，其中M为早期过渡金属、A通常为主族元素、X为C或N元素。其结构特点为M_n+1X_n层与A元素层交替排列，随着n值的不同有着不同的排列组合，分别称为211(n＝1)、312(n＝2)、413(n＝3)相。这一类化合物由Nowotny等人在二十世纪六十年代首先提出。Barsoum等人在二十世纪九十年代通过热压合成了块体Ti₃SiC₂材料并报道了一系列独特的性能，包括高导热、高导电能力、很好的机械强度及高温强度、优异的可加工性、非常好的抗腐蚀及抗氧化性等。因此，MAX相吸引了众多研究人员的关注，并进行了大量的研究，目前已有超过650种MAX相经计算确定为热力学稳定相，但只有约80种MAX相在实验室中成功合成。

MAX相硼化物初期的研究开始很晚。Chakrabotry等人最先模拟了V₂AlC和V₂AlB的性质，认为硼元素的引入可以有效增强材料的韧性及强度。Ali等人模拟了M₂SC及M₂SB(M＝Zr，Hf，Nb)的一些物理性质，并进行了一系列的性能对比，认为M₂SB相动力学稳定，在太阳能吸收涂层中有很好的应用前景。2019年Rackl等人最先通过固相法合成了高纯的Nb₂SB粉末及对应的Nb₂SB_xC_1-x(x＝0-1)固溶体，并使用类似的工艺合成了纯度为99％的Hf₂SB及纯度为85％的Zr₂SB粉末。但是，目前已合成的MAX相硼化物还很少，有必要寻找新的MAX相硼化物成员。

发明内容

针对上述现有技术，本发明提供一种三元层状硼化物陶瓷及其制备方法。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：提供一种三元层状硼化物陶瓷及其制备方法，三元层状硼化物陶瓷的化学式为M₂SeB，其中M为Zr或Hf；M₂SeB的空间群为P6₃/mmc；其中，Zr₂SeB的晶格参数为Zr原子位于(1/3，2/3，0.60288)、Se原子位于(1/3，2/3，1/4)、B原子位于(0，0，0)；Hf₂SeB的晶格参数为Hf原子位于(1/3，2/3，0.59889)、Se原子位于(1/3，2/3，1/4)、B原子位于(0，0，0)。

本发明发现了两种新的MAX相硼化物：Zr₂SeB和Hf₂SeB。通过X射线衍射、第一性原理计算、扫描电镜及透射电镜等检测分析方法，确定了新相的晶格结构及其原子位置。Zr₂SeB和Hf₂SeB是纳米层状结构的三元过渡金属硼化物，属于MAX相陶瓷中的211相，也是首次发现的M₂SeB(M为过渡族金属)MAX相。这两种新相的发现与合成对制备高纯块体的工艺以及后续的性能研究有着重要的参考价值，并为其他新相的合成创建了新的方法和思路。