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三元层状陶瓷Mn+1AXn(n=1-6)(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异性能，具有高强度、高模量、低密度、优良的损伤容限和抗热冲击、高的电导率和热导率、易加工等优异性能，是极具应用前景的结构材料，特别是Ti3sic2、Ti-Al-C体系(Ti2AlC、Ti3AlC2)更因其良好的高温性能而受到广泛的关注和研究。但是与其它陶瓷一样，合成大尺寸或者形状复杂的Mn+1AXn相体材料或构件还存在困难，因而限制了其在实际中的推广应用。一个简单有效的解决方法就是陶瓷材料的连接。但是，目前关于Mn+1AXn相陶瓷连接方面的研究报道非常少，而且现有的报道中的连接方法存在工艺复杂、连接温度过高等缺陷，我们的工作就是寻找一种更加简单实用和连接温度较低的Mn+1AXn相陶瓷的连接方法。陶瓷作为结构材料应用的最大障碍就是其脆性。Clegg等人将贝壳珍珠层的强弱相间的层状结构应用到了脆性的单一陶瓷中制备出层状结构复合材料，发现这些层状复合材料的断裂韧性和断裂功较单一陶瓷有了很大的提高，并且在断裂过程中表现出非灾难性的破坏方式。自然界中另外一种天然的层状材料，树，也具有优异的力学性质，在压缩实验过程中表现出高的形变能力和好的柔韧性。但是，迄今为止，还没有仿造树的层状结构制备复合材料的先例。我们的工作就是仿造贝壳珍珠层和树的软硬相间的层状结构制备平板状Ti-Al-C/Al2O3层状复合材料和圆柱状Zi2AlC/graphite多层复合材料。得出的主要结果如下：
㈠Ti-Al-C体系(Ti2AlC、Ti3AlC2)以及Ti3SiC2的连接：⑴在1400℃、120 min氩气气氛的连接条件下实现了Ti-Al-C陶瓷强的连接。连接的机理主要是由于在低氧压的氩气气氛下Ti2AlC和Ti3AlC2基体中的Al发生选择性氧化从而在连接界面处形成连续致密且与基体结合良好的Al2O3层。得到的Ti-Al-C连接体的室温弯曲强度可达到基体材料的～90％，而且这种高的连接强度可保持到1000℃的高温。这种良好的力学性能表明这种通过Al的选择性氧化从而在整个连接界面处形成连续Al2O3层的方法是一种简单有效的连接Ti-Al-C陶瓷的方法。同时还发现温度对连接体的强度有显著的影响，在稍低的连接温度1300℃下得到的Ti-Al-C连接体的弯曲强度远远低于1400℃得到的连接体的强度。⑵利用Cu或者Zr作为连接反应层可以在较低温度下实现对Ti3SiC2的连接，连接温度分别为950℃和1100℃。连接机制为：Si原子从Ti3SiC2基体中扩散出来进入溅射的Cu或Zr膜中并与之发生反应，在界面处生成与基体结合良好的Cu3Si或者Zr-Si化合物层。Ti3SiC2/Cu/Ti3SiC2接头的强度可以高达238 MPa，为基体强度的68％。与Yin等人1500℃得到的Ti3SiC2/Al/Ti3SiC2接头相比，Ti3SiC2/Cu/Ti3SiC2接头的连接温度要低550℃，但仍然获得了可与之相媲美的接头力学性能。而且在低温的连接过程中并没有发生Ti3SiC2基体晶粒长大的现象，因此不会对Ti3SiC2基体的力学性能造成损伤。
㈡平板状Ti-Al-C/Al2O3层状复合材料和圆柱状Ti2AlC/graphite多层复合材料的制备和表征：⑴基于在低氧分压氛围中1300℃条件下得到的Ti-Al-C连接体具有弱的连接界面层的原理，制备出Ti2AlC/Al2O3和Ti3ALC2/Al2O3层状复合材料。这种层状复合材料由原位生成的弱的Al2O3界面层连接的Ti-Al-C薄片层组成。断裂韧性测试过程中发现弱的Al2O3界面层可以使裂纹发生偏转，从而避免了层状材料的灾难性破坏，同时断裂韧性和断裂功较单一陶瓷也有较大的提高。⑵为了改善Ti2AlC陶瓷在压缩过程中的脆性，仿照树的软硬相间的层状结构，成功的将超软的石墨层和弱的Ti2AlC界面结合层引入到单一Ti2AlC陶瓷中，从而制备出Ti2AlC/graphite圆柱状多层复合材料。压缩实验的结果表明，Ti2AlC/graphite圆柱状多层复合材料中引入的弱的界面层可以起到裂纹偏转的作用，从而阻止了断裂过程中灾难性破坏的发生，而且材料的形变能力也得到了提高，几乎是Ti2AlC单一陶瓷的两倍。由于弱的界面结合层与Ti2AlC硬质层之间良好的界面结合力，Ti2AlC/graphite圆柱状多层复合材料的压缩强度可以达到348 MPa，为Ti2AlC单一陶瓷的60％。