第一作者：谭启玚；通讯作者：张明星

通讯单位：昆士兰大学机械与采矿工程学院

DOI：https://doi.org/10.1016/j.jmst.2022.05.026

近日，Journal of Materials Science & Technology 在线发表了澳大利亚昆士兰大学张明星教授（通讯作者，H-index=62）团队的综述“Recent progress in additive manufacturing of bulk MAX phase components: A review” （131，2022，30-47）。昆士兰大学的研究员谭启玚为该论文的第一作者。

本文系统地概述了MAX相部件增材制造（AM）的研究现状。以典型AM技术为例，重点讨论了制造工艺、微观结构和机械性能之间的内在关系；提出了当前MAX相部件AM中的各类问题；概括了用于进一步提高AM制造MAX相部件性能的相关技术；最后指出了MAX相部件AM 所面临的挑战和前景。

MAX相本质上是具有六方对称晶体结构的层状碳化物或氮化物，形式为M_n+1AX_n，其中M为早期过渡金属，A为A族元素，X为碳或氮，n = 1~6。这一系列材料由于其结合了金属和陶瓷的优点而在航空航天、国防和核工业中得到了越来越多的关注。这归因于它们独特的晶体结构，由金属层交错的共价层堆叠而成。它们既可以像金属那样导电和导热，可加工，具有合理的损伤容忍度；也可以像陶瓷那样具有高刚度、良好的耐腐蚀性和高温下的高抗氧化性。

块体MAX相部件通常通过粉末烧结工艺生产。这包括直接烧结商业MAX相粉末或高温烧结M/A/X、M/AX/X和M/A/MX粉末混合物。烧结技术包括热压(HP)、热等静压(HIP)、火花等离子烧结(SPS，又称脉冲放电烧结(PDS))、机械合金化(MA)和自蔓延高温合成(SHS)。除了传统的烧结技术外，最近研究采用了增材制造(AM)技术，如粘结剂喷射，直墨书写(材料挤压AM技术)和薄板层压，以合成MAX相。与粉末固体烧结技术不同，AM允许直接制造难以加工的具有高几何复杂性的MAX相。例如，涡轮发动机中具有复杂特征的部件(如叶片、转子和喷嘴)，甚至具有多孔结构的部件等。另一方面，AM作为一种先进的高附加值、小批量制造技术，更适合于制造产品定制化程度较高的高附加值零部件。在制造先进的、高附加值的MAX相中采用AM不仅将扩大AM的材料面板，而且还将切实促进AM的工业应用。然而，MAX阶段零件的AM目前仍处于实验阶段，在进入工业应用之前还有许多挑战需要解决。这些缺陷包括高夹杂物含量、低尺寸精度和制造路线的复杂性等。因此，对MAX相部件AM研究进展进行全面的总结分析具有重要的理论和实践意义。

本论文首先对烧结MAX相部件进行了简要概述，重点介绍了典型的微观结构和性能。粉末固体烧结是一种有效制造高密度，高纯度MAX相的方法。然而这种方法的挑战在于制造灵活性低，设计自由度少，生产规模小。这是粉末固态合成固有的缺点。

之后，本文更全面地综述了AM法合成MAX相部件的最新进展和特征。它旨在为读者提供MAX相材料AM的最前沿知识。目前，典型的生产MAX相的AM工艺包括Binder Jetting, Direct-ink-writing以及Sheet Lamination。本文以常见的MAX相Ti₃SiC₂以及Ti₃AlC₂为例，从生产工艺，相成分，微观结构以及力学性能方面讨论了这些AM方法较传统固体烧结在生产MAX相部件的特点与区别。本文还讨论了与这些工艺在生产MAX相方面的关键挑战，包括AM可加工性差、MAX相纯度低以及最终部件的几何精度不足等。

基于上述内容，作者提出了一些可能值得未来研究关注的主题。

 (1）鉴于目前制造MAX相部件的粉末烧结方法的局限性，AM被认为是一种非常有前途的技术，可以在极端环境操作条件下制造这种类型的工程部件，例如在超音速和高超声速飞行速度下。因此，需要对MAX相AM进行研究，以释放其潜力。

（2）粉末融合AM的优势使得在制造具有几何复杂性的部件时，可以使用市上可用的金属粉末和陶瓷粉末原位合成MAX相。在此方法中合成的MAX相由于形成了不同的微结构而提高了性能。但是，在AM过程中原位合成优良MAX相的技术还需要进一步的研究。

（3）到目前为止，已经报道了150多种不同的MAX相，它们具有不同的物理、化学和机械性能。有必要为特定应用开发不同的AM制造路线，以定制MAX阶段。

（4）鉴于MAX相在高温下的应用潜力，建议综合评价AM法制备MAX相的高温性能，如高温抗氧化性和蠕变行为。

（1）粉末固体烧结是一种有效的方法，以制造高密度，纯MAX相所需的性能所需的工程应用。然而，这种方法的挑战在于制造灵活性低，设计自由度少，生产规模小，这是固态合成所固有的。

（2）前沿的AM工艺，如粉末床融合和定向能量沉积，有望能够生产具有复杂几何特征的高密度MAX相部件。

（3）AM - MAX相的显微组织与烧结相的显微组织明显不同，主要特征是AM - MAX相中辅助夹杂物的比例明显较高。

（4）这些夹杂物对AM制备的MAX相的力学性能影响不大。然而，由于MAX相纯度较低，其他性能，如热传导率和电导率以及高温抗氧化性可能会显著受损。

（5）AM制造的MAX相纯度较低可能是由于MAX相合成反应的不足和/或在后续烧结过程中辅助反应的参与。

（6）后期热处理和烧结对粘结剂的去除和固结是必不可少的。然而，这些过程导致最终样品显著收缩和几何变形。

（7）为了提高样品质量和最终的MAX相纯度，工艺优化是目前基于AM的方法的关键。这可能包括反应物之间的化学计量比、温度以及热处理、烧结和RMI中的相关保持时间。此外，为了补偿后处理引起的畸变，在CAD模型设计中应考虑几何补偿因子。

（8）与现有的基于AM的方法相比，包括PBF和DED在内的先进粉末熔合AM技术可能更有效地直接合成具有高几何复杂性的高性能MAX相。