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三元层状可加工陶瓷Mn+1AXn(n=1，2，3)(其中M是过渡族金属，A是主族元素，X是C或N元素)结合了陶瓷和金属的优点，具有低硬度、可机械加工、高模量、高强度、优良的损伤容限和抗热震性、高的电导率和热导率，是极具应用前景的结构材料。近十年来，国内外的学者对这个家族的成员进行了广泛深入的研究，了解了一些三元化合物的结构、物理性能和力学性能。但是，很多的问题依然存在。例如，其它三元层状化合物成员的性能如何、以及是否存在新相等等。基于此，我们在总结前人的基础上，对MAX相开展更进一步的研究。本文探索了Ta-Al-C、Nb-Al-C和V-Al-C体系，合成了Ta2AlC、β-Ta4AlC3、Nb4AlC3、V2AlC和V4AlC3陶瓷，其中β-T4AlC3、Nb4AlC3和V4AlC3为三种新的MAX相。另外，我们研究了Ta2AlC、β-T4AlC3、Nb4AlC3和V2AlC的物理性能和力学性能。相关的内容论述如下：
(A)以Ta、Al和C粉为原料通过原位反应/热压工艺制备出Ta2AlC陶瓷。通过研究其反应路径发现Ta2AlC可能由AlTa2和石墨，或者Ta5Al3C、TaC和石墨在1500-1550℃反应生成。单相Ta2AlC可由摩尔配比为Ta：Al：C=2：1.2：0.9的混合粉在1550℃氩气中烧结合成。另外，Ta2AlC在1600℃以上不稳定，它首先分解为β-T4AlC3，再分解为TaCx。
(B)通过原位反应/热压工艺制备的致密Ta2AlC块体材料平均晶粒尺寸长度为15μm，而宽度为3μm。对其物理性能和力学性能研究发现Ta2AlC是良好的热电导体。它的弯曲强度和断裂韧性分别为360 MPa和7.7 MPa·m1/2。在样品表面打上不超过200N的维氏压痕后其弯曲强度不下降。在1200℃高温时，Ta2AlC仍能维持高的弹性模量和表现出优良的热震阻力。
(C)以Ta、Al和C粉为原料通过原位反应/热压工艺制备出致密β-Ta4AlC3块体陶瓷，并确定了其晶格参数和X射线衍射数据。对它的物理性能和力学性能进行研究发现β-T4AlC3具有高的电导率和热导率，其弯曲强度和断裂韧性分别为372 MPa和7.7 MPa·m1/2。在样品表面打上不超过200N的维氏压痕后，其弯曲强度不下降。另外，在1200℃的空气中，β-T4AlC3仍能维持高的弯曲强度和表现出优良的热震阻力。
(D)通过在1700℃对块体Nb2AlC进行热处理，发现了一种新的MAX相：Nb4AlC3。经X射线衍射、高分辨透射电镜和第一原理计算，确定了其晶格结构为Ti4AlN3型。
(E)以Nb、Al和C粉为原料通过原位反应/热压工艺制备出致密Nb4AlC3块体陶瓷，系统研究了其反应路径、显微结构、物理性能和力学性能。Nb4AlC3在200-1100℃温度范围内的平均热膨胀系数为7.2×10-6 K-1。从室温至1227℃，Nb4AlC3的热导率从13.5 W·(m·K)-1升高为21.2 W·(m·K)-1。在5-300 K温度范围内，Nb4AlC3的电导率从3.35×106 O-1·m-1下降为1.13×106 O-1·m-1。另外，Nb4AlC3具有低的硬度(2.6 GPa)，高的弯曲强度(346 MPa)和高的断裂韧性(7.1 MPa·m1/2)。最重要的是，Nb4AlC3能够维持其弹性模量和弯曲强度至很高的温度。它的弹性模量在1580℃时为241 GPa(为室温弹性模量的79％)，弯曲强度可维持到1400℃以上不下降。
(F)以V、Al和C粉为原料通过原位反应热压技术合成出了V2AlC陶瓷，在1400-1700℃的烧结温度下可制备出含不同晶粒尺寸的单相致密V2AlC块体。研究了其力学性能，发现在1500℃烧结的样品具有最高的弯曲强度和断裂韧性，而在1400℃烧结的样品表现出最高的压缩强度。此外，V2AlC的高温弹性模量可维持到1200℃。
(G)以V、Al和C粉为原料通过原位反应/热压工艺在1700℃制备出一种新的MAX相：V4AlC3。使用X射线衍射分析和第一原理计算，确定其晶格结构为Ti4AlN3型。