MAX相是一大类的三元过渡金属化合物,多种化学键的共存使其兼具陶瓷和金属的诸多优良性能,具有广泛的应用前景。Nb₄AlC₃作为众多MAX相中的一员,具有十分优异的高温力学性能,被认为是最有希望作为高温结构材料使用的MAX相之一。但其室温下的强度和硬度相对较低。另一方面,在Nb₄AlC₃的氧化过程中,由于Al不能发生优先氧化形成Al₂O₃膜,使其抗氧化性能较差。因此,若能进一步改善其室温力学性能和抗氧化性能,将会更有利于实现它的高温应用。此外,利用MAX相中MX片层与Al之间的弱结合力,可以成功将Al刻蚀掉,从而制备出一种新型的二维碳化物材料,称之为“MXene”。其作为锂离子电池电极材料被研究的较多。稳定的层状结构能够提供较多的锂离子嵌入位点。而钠离子电池具有与锂离子电池类似的电化学工作原理。且相对于锂,钠的储存量更加丰富,价格更加低廉,被认为是最具希望的下一代二次电池之一。寻找合适的电极材料从而提高钠离子电池的容量一直是人们研究的重点。因此,探索二维MXene材料Nb₄C₃T_x（T_x代表-O、-OH或-F等）作为钠离子电池电极材料的性能具有一定的意义。本课题首先采用Nb、Al和C单质粉体作为原料,利用原位反应热压烧结工艺制得相对密度为97.6%的Nb₄AlC₃陶瓷。通过Ta或W固溶来提高Nb₄AlC₃的力学性能。对固溶后样品的物相组成和微观结构演变与性能之间的关系进行分析。结果显示,随着Ta添加量的增加,样品中首先出现类似核壳结构的(Nb_1-xTa_x)₄AlC₃晶粒。继续增加Ta含量,又生成类似核壳结构的第二相TaC/(Nb_1-xTa_x)C晶粒。这种结构可以对晶粒内部或外部边缘起到强化作用。Ta添加量为50 mol%的样品具有较佳的综合力学性能。相比之下,W在Nb₄AlC₃中的固溶量较低,在添加量仅为1.25 mol%时,样品中就出现了第二相(Nb_1-xW_x)C晶粒。W添加量为2.5mol%样品的综合力学性能较佳。Ta或W的添加使Nb₄AlC₃力学性能提高的机制主要为固溶和第二相颗粒的共同强化。Ta或W的添加对Nb₄AlC₃的热膨胀系数影响较小。较多第二相TaC/(Nb_1-xTa_x)C和(Nb_1-xW_x)C的生成使添加Ta或W样品的热导率有所降低。其次,对Nb₄AlC₃的抗氧化性能进行了研究。结果显示,其在600°C氧化后期发生严重的氧化增重现象。这主要是因为其氧化膜由粉末状的Nb₂O₅和NbAlO₄组成,不能对基体起到保护作用。Ta或W的添加对Nb₄AlC₃抗氧化性能的提高十分有限。因此,为进一步改善Nb₄AlC₃的抗氧化性,采用熔盐渗硅法在Nb₄AlC₃及其Ta或W固溶的样品表面制备了厚度约为53.3⁵6.5μm的致密硅化物层,其主要由（Nb,Me）Si₂和SiC组成,其中Me指Ta或W元素。在氧化初期或氧化温度较低时,渗硅后Nb₄AlC₃样品表面会生成一层较连续的SiO₂氧化膜,使其抗氧化性能得到大幅度提高。由于TaSi₂的抗氧化性能优于NbSi₂,使Ta添加量为50 mol%的样品渗硅后的抗氧化性能相对更好,其在1000¹100°C（0-20 h）的氧化速率常数与抗氧化性能较好的Ti₃AlC₂处于同一数量级。但在1200°C下,大量过渡族金属氧化物的形成,使样品不能形成连续的SiO₂膜,因此其氧化增重迅速增加。对于W添加量为2.5 mol%的样品,硅化物层中的W氧化生成的WO₃,在高温下存在挥发,使其氧化速率常数略低于渗硅后的Nb₄AlC₃。硅化物层的形成使Nb₄AlC₃的抗氧化温度提升至1100°C,可以较好的匹配其良好的高温力学性能,使Nb₄AlC₃更有希望应用到高温结构材料领域。最后,对Nb₄C₃T_x基二维材料的制备与性能进行了初步探索。采用Nb₄AlC₃、Nb_3.5Ta_0.5AlC₃和Nb_3.9W_0.1AlC₃陶瓷粉体作为前驱体,经过氢氟酸水溶液刻蚀后制备出了转化率大于87 wt.%的MXene材料。作为钠离子电池负极材料使用的实验结果显示,Nb₄C₃T_x具有较好的电化学性能,其在100 mA g^-1电流密度下,经过100次循环后的放电容量为69 mA h g^-1,与被广泛研究的Ti₃C₂T_x的储钠性能相当。说明Nb₄C₃T_x在电极材料领域具有一定的应用潜力。相比之下,Nb_3.5Ta_0.5T_x和Nb_3.9W_0.1T_x的层间距较小,以及固溶会引起缺陷,使两者的电化学性能较差。