近年来,三元层状碳化物和氮化物由于其兼具了金属和陶瓷材料的诸多优异性能而引起了越来越多研究者的关注,它们被称为413相、312相或211相,可用化学式M_n+1AX_n（记为MAX,其中M为过渡族金属,A主要为ⅢA和ⅣA族原子,X是C或N原子）表示。作为MAX体系的一员,计算材料学预报Cr₂AlC具有良好的弹性性能,而且Cr₂AlC在氧化过程中可形成抗氧化的Al₂O₃和Cr₂O₃保护层,可以预期它在较宽温度范围内具有优良的抗氧化性能,甚至比Ti₃SiC₂更优异,能够承受更为恶劣的氧化环境以及具有更长的氧化寿命。这说明Cr₂AlC是一种潜在的有用的新材料。据此,本课题开展了Cr₂AlC块体材料的制备及性能研究,着重研究合成Cr₂AlC的反应过程,以及起始原料、组分和工艺参数对材料的相含量和致密度的影响规律。在此基础上,利用优化的组分和工艺参数制备了Cr₂AlC陶瓷,并报导了Cr₂AlC陶瓷的力学、电学、热学、静态化学腐蚀及高温抗氧化性能。合成Cr₂AlC的反应动力学过程研究结果表明,以Cr₃C₂粉代替部分元素单质粉作原料,外加Al粉和Cr粉,按照配比n（Cr₃C₂）:n（Al）:n（Cr）=0.5:1.2:0.5合成Cr₂AlC时,相继出现的中间相Cr₅Al₈和Cr₂Al。随着烧结温度的升高,Cr-Al金属间化合物、未反应的Cr₃C₂和Cr之间发生反应,Cr₂AlC相的含量逐渐增加;当温度达1350℃时中间相消失,样品为纯Cr₂AlC相。对Cr₂AlC相的制备研究表明,随着组分中过量Al的量从10at%增加至30at%,烧结样品中Cr₂AlC相的含量逐渐增加,而第二相Cr₃C₂的含量随之减少,进而当过量Al的量达到20 at%时,Cr₂AlC成为样品中唯一的相,与此同时,样品的密度随着过量Al的量增加而减小;对于固定的组分n（Cr₃C₂）:n（Al）:n（Cr）=0.5:1.2:0.5,1350℃热压2h制得的样品中有主相Cr₂AlC和少量Cr₃C₂,进一步升高温度到1500℃,Cr₂AlC有分解的迹象,样品的密度也减小;随保温时间0.5h增加到2h,Cr₂AlC峰增强杂质峰减弱,但对密度的影响甚微。Cr₂AlC样品的维氏硬度,抗弯强度和抗压强度分别为4.7～5.2 GPa,498 MPa和627 MPa,这与Ti₃AlC₂和Nb₂AlC的性能相当。对Cr₂AlC样品的热学和电学性能的研究结果表明,Cr₂AlC样品的热导在室温到600℃之间随着温度增加而略有上升。在300K～900K温度区间,Cr₂AlC样品的电阻率随着温度升高而线性增加,这是一种金属导电特征,说明Cr₂AlC材料是电子导电。样品在室温至1300℃温度区间的平均热膨胀系数、200℃热导、室温热容以及电导率分别为1.36×10^-5K^-1、13.35W/m·K、619J/kg·K和1.6x10⁶ S·m^-1。Cr₂AlC在酸碱中的静态化学腐蚀行为表明,在浓HCl中的腐蚀率最大,在NaOH中腐蚀率最小,其耐碱腐蚀性能比耐酸腐蚀性能要好的多。Cr₂AlC样品在1000℃～1200℃氧化循环30次后Cr₂AlC表面生成致密的氧化层,由两层组成:外层为Al₂O₃层,内层为薄的Cr₃C₂层,没有出现剥落现象。1000℃和1100℃时氧化层厚度小于3μm,表现出优异的抗氧化性能,优于Ti₂AlN和Ti₃SiC₂。其氧化过程主要是通过O向内扩散和Al向外扩散在表面形成Al₂O₃的方式完成的。