Phase MAX

Ces structures présentent des combinaisons inhabituelles de propriétés chimiques, physiques, électriques et mécaniques, cumulant des caractéristiques à la fois de métaux et de céramiques dans diverses conditions[1], notamment conductivité électrique et conductivité thermique élevées, résistance aux chocs thermiques, ténacité[2], usinabilité, raideur élevée et faibles coefficients de dilatation thermique. Certaines d'entre elles sont également très résistantes aux attaques chimiques, comme Ti₃SiC₂, et à l'oxydation dans l'air à haute température, comme Ti₂AlC, Cr₂AlC et Ti₃AlC₂. On les retrouve dans les technologies impliquant une meilleure résistance à la fatigue, des moteurs à haut rendement, et des systèmes thermiques devant résister aux pannes et aux avaries et devant conserver leur rigidité à haute température[3].

Ces propriétés peuvent être expliquées par la configuration électronique et les liaisons chimiques existant dans les phases MAX[4], qui peuvent être décrites comme des variations périodiques de régions à densité électronique élevée et faible[5]. Ceci permet de concevoir d'autres matériaux ayant une nanostructure laminaire présentant une structure électronique semblable, comme Mo₂BC[6] et PdFe₃N[7]. Par exemple, la conductivité électrique et thermique des phases MAX provient de la nature quasiment métallique de leurs liaisons chimiques, la plupart de ces matériaux étant meilleurs conducteurs de l'électricité que le titane[8].

Bien que les phases MAX soient rigides, elles peuvent être usinées aussi facilement que certains métaux. Elles peuvent toutes être usinées manuellement à l'aide d'une scie à métaux, même si certaines d'entre elles sont trois fois plus rigides que le titane pour une masse volumique comparable. Elles peuvent également être polies jusqu'à présenter un éclat métallique en raison de leur conductivité électrique élevée. Certaines, comme Ti₂AlC et Cr₂AlC, sont résistantes à l'oxydation et à la corrosion[9]. Le Ti₃SiC₂ a un coefficient de Seebeck (en) nul, propriété à mettre en relation avec sa structure électronique anisotrope[10].

Les phases MAX sont généralement légères, rigides et plastiques à haute température. En raison de leur structure atomique en couches[2], certains de ces matériaux sont également résistants au fluage et à la fatigue, comme Ti₂AlC et Ti₃SiC₂[11], et conservent leur rigidité à haute température.

La production de phases MAX et de composites intégrant de telles structures a été réalisée par différentes méthodes, comme la combustion[12], le dépôt chimique en phase vapeur, le dépôt physique par phase vapeur, le four à arc électrique[13], le pressage isostatique à chaud[14], la synthèse auto-propagée à haute température, le frittage réactif, le frittage flash, l'alliage mécanique (en)[15] et les réactions sous sel fondu[16]. La méthode sous sels fondus peut être amendée pour développer la production de phases M_n+1ZnX_n et M_n+1CuX_n[17] - [18] - [19] - [20].

Les phases MAX sont étudiées dans l'optique d'applications telles que :

• matériaux réfractaires présentant ténacité, usinabilité et résistance aux chocs thermiques élevées[21] ;
• éléments chauffants pour applications haute température[9] ;
• revêtements pour contacts électriques ;
• pièces résistantes à l'irradiation aux neutrons pour applications nucléaires[22] ;
• précurseur pour la synthèse de matériaux carbonés dérivés de carbures[23] ;
• précurseur pour la synthèse de MXènes (en)[24].