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Journal of Synthetic Crystals ›› 2026, Vol. 55 ›› Issue (9): 1410-1426.DOI: 10.16553/j.cnki.issn1000-985x.2026.0047
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LI Shupeng1,2(
), CHU Zhongqiu1,2, WANG Jialiang1,2, MA Shikun1,2, HE Jiahao3, KANG Hengtao1,2
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RSSReceived:2026-03-23
Online:2026-09-20
Published:2026-09-29
CLC Number:
LI Shupeng, CHU Zhongqiu, WANG Jialiang, MA Shikun, HE Jiahao, KANG Hengtao. Research Status and Prospects of MAX Phase/MXene Reinforced Ag-Based Electrical Contact Materials[J]. Journal of Synthetic Crystals, 2026, 55(9): 1410-1426.
| Material type | Reinforcement content/% | Hardness/HV | Resistivity/（μΩ·cm） | Density/（g·cm-3） | Voltage rating/V | Current rating/A | Reference |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Ag/CdO | 10~18 | 60~100 | 2.02~2.30 | 9.9~10.2 | 1 000 | 1 000 | ［ |
| Ag/SnO2 | 10~13 | 80~95 | 1.97~2.40 | 9.7~9.9 | 500 | 300 | ［ |
| Ag/ZnO | 8~10 | 72~85 | 3.2~3.5 | 9.5~9.8 | 500 | 300 | ［ |
| Ag/CuO | 5~15 | 55~60 | 1.9~2.5 | 9.4~10.1 | — | — | ［ |
| Ag/Ni | 5~40 | 60~100 | 1.9~2.7 | 9.7~10.9 | 1 000 | 1 000 | ［ |
| Ag/C | 3~5 | 42~52 | 1.96~2.21 | 8.6~9.1 | 200 | 1 000 | ［ |
| Ag/W | 40~70 | 140~170 | 3.0~3.8 | 11.5~15.1 | 200 | 1 000 | ［ |
| Ag/WC | 5~70 | 45~135 | 3.0~3.5 | 9.4~12.7 | 200 | 1 000 | ［ |
Table 1 Basic material properties of selected Ag-based electrical contact materials
| Material type | Reinforcement content/% | Hardness/HV | Resistivity/（μΩ·cm） | Density/（g·cm-3） | Voltage rating/V | Current rating/A | Reference |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Ag/CdO | 10~18 | 60~100 | 2.02~2.30 | 9.9~10.2 | 1 000 | 1 000 | ［ |
| Ag/SnO2 | 10~13 | 80~95 | 1.97~2.40 | 9.7~9.9 | 500 | 300 | ［ |
| Ag/ZnO | 8~10 | 72~85 | 3.2~3.5 | 9.5~9.8 | 500 | 300 | ［ |
| Ag/CuO | 5~15 | 55~60 | 1.9~2.5 | 9.4~10.1 | — | — | ［ |
| Ag/Ni | 5~40 | 60~100 | 1.9~2.7 | 9.7~10.9 | 1 000 | 1 000 | ［ |
| Ag/C | 3~5 | 42~52 | 1.96~2.21 | 8.6~9.1 | 200 | 1 000 | ［ |
| Ag/W | 40~70 | 140~170 | 3.0~3.8 | 11.5~15.1 | 200 | 1 000 | ［ |
| Ag/WC | 5~70 | 45~135 | 3.0~3.5 | 9.4~12.7 | 200 | 1 000 | ［ |
Fig.1 （a） Positions of the constituent elements of MAX phases and MXenes in the periodic table； （b） crystal structures of Ti2AlC and Ti3AlC2； （c） corresponding MXenes （Ti2C and Ti3C2）
| Technique | Objective | Preparation condition | Arc condition | Relative density/% | Hardness/HV | Tensile strength/MPa | Resistivity/ （μΩ·cm） | Cycling life/cycle | Mass loss/% |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
SPS ［ | Ag/5%Ti3SiC2 | 850 ℃/20 min/50 MPa | 400 V/100 A/50 Hz | 99.57 | 69.03 | — | 2.27 | 0.476 5 （100 cycles） | |
| Ag/10%Ti3SiC2 | 850 ℃/20 min/50 MPa | 400 V/100 A/50 Hz | 99.89 | 92.17±0.15 | — | 2.18 | 6 106 | 0.536 8 （100 cycles） | |
| Ag/15%Ti3SiC2 | 850 ℃/20 min/50 MPa | 400 V/100 A/50 Hz | 99.51 | 130.97 | — | 4.46 | — | 0.644 3 （100 cycles） | |
| Ag/10%*Nb2AlC | 700 ℃/30 min/30 MPa | 10 kV | 99.2 | 77.4 | — | 7.46 | — | — | |
HP ［ | Ag/5%*Ti3AlC2 | 800 ℃/120 min/30 MPa | — | 99.90 | 94.5±0.3 | 220.0±0.7 | 2.90±0.01 | — | — |
| Ag/10%*Ti3AlC2 | 800 ℃/120 min/30 MPa | — | — | 101.5±0.3 | 246.9±0.7 | 4.20±0.02 | — | — | |
| Ag/15%*Ti3AlC2 | 800 ℃/120 min/30 MPa | — | — | 112.0±0.3 | 308.4±0.9 | 5.26±0.03 | — | — | |
| Ag/20%*Ti3AlC2 | 800 ℃/120 min/30 MPa | — | — | 136.3±0.1 | 357.3±1.1 | 7.19±0.04 | — | — | |
| Ag/25%*Ti3AlC2 | 800 ℃/120 min/30 MPa | — | — | 139.7±0.2 | 317.3±0.9 | 9.43±0.03 | — | — | |
| Ag/30%*Ti3AlC2 | 800 ℃/120 min/30 MPa | — | 98.5 | 169.0±0.2 | 235.5±0.7 | 10.87 | — | — | |
| Ag/10%*Ta2AlC | 700 ℃/30 min/30 MPa | 10 kV | 98.2 | — | — | 7.09 | — | — | |
| Ag/20%*Ta2AlC | 700 ℃/30 min/30 MPa | 10 kV | 96.4 | 97.4 | — | 7.69 | — | — | |
| Ag/30%*Ta2AlC | 700 ℃/30 min/30 MPa | 10 kV | 94.5 | — | — | 9.43 | — | — | |
Pressureless sintering ［ | Ag/10%Ti3AlC2 | 800 ℃/120 min | 400 V/100 A/50 Hz | 96.3±0.4 | 87.3±3.9 | — | （6.06±0.4） | — | 6.6±0.3 （6 000 cycles） |
| Ag/10%Ti3AlC2 | 700 ℃/120 min | 400 V/100 A/50 Hz | — | 79 | 145.52 | 4.2 | — | 0.82 （3 000 cycles） | |
| Ag/5%Ti3SiC2 | 950 ℃/60 min | 400 V/100 A/50 Hz | 95.82 | 53.02 | — | 2.35 | — | 0.546 0 （100 cycles） | |
| Ag/10%Ti3SiC2 | 800 ℃/120 min | 400 V/100 A/50 Hz | 95.1±0.4 | 73.6±4.9 | — | （2.71±0.4） | — | 3.3±0.2 （6 000 cycles） | |
| Ag/10%Ti3SiC2 | 950 ℃/60 min | 400 V/100 A/50 Hz | 94.97 | 55.63±0.16 | — | 2.76 | 2 917 | 0.593 5 （100 cycles） | |
| Ag/15%Ti3SiC2 | 950 ℃/60 min | 400 V/100 A/50 Hz | 92.67 | 87.70 | — | 5.98 | — | 0.720 3 （100 cycles） | |
| Ag/2%Ti2SnC | 850 ℃/120 min | 24 V/20 A/1 Hz | 96.87 | 50.80 | 161.74 | 2.96 | — | — | |
| Ag/4%Ti2SnC | 850 ℃/120 min | 24 V/20 A/1 Hz | 96.14 | 55.00 | 137.99 | 4.52 | — | — | |
| Ag/6%Ti2SnC | 850 ℃/120 min | 24 V/20 A/1 Hz | 95.40 | 56.91 | 123.31 | 6.15 | — | — | |
| Ag/8%Ti2SnC | 850 ℃/120 min | 24 V/20 A/1 Hz | 95.06 | 62.71 | 107.04 | 7.81 | — | — | |
| Ag/10%Ti2SnC | 800 ℃/120 min | 400 V/100 A/50 Hz | 95.02 | 75.0 | — | 11.83 | — | 4.576 （6 200 cycles） | |
| Ag/10%V2AlC | 800 ℃/120 min | 400 V/100 A/50 Hz | 95~96 | 80~90 | — | 2.84 | — | 3.0 （6 000 cycles） | |
| Ag/10%Cr2AlC | 800 ℃/120 min | 400 V/100 A/50 Hz | 95~96 | 75~80 | — | 14.19 | 1 270 | 88.4 （1 270 cycles） | |
| Ag/10%Ti2AlC | 800 ℃/120 min | 400 V/100 A/50 Hz | 95.9±0.6 | 85.6±2.4 | — | 7.60 | — | 7.7±0.9 （6 000 cycles） | |
| Ag/10%Ti2AlN | 800 ℃/120 min | 400 V/100 A/50 Hz | 95.2±0.7 | 75.6±2.5 | — | 4.53 | — | 5.8±0.8 （6 000 cycles） | |
| Ag/10%Ti3C2 | 700 ℃/120 min | 400 V/100 A/50 Hz | — | 64 | 32.77 | 3.0 | 1 233 | 54 （1 233 cycles） |
Table 2 Properties comparision of Ag/MAX/MXene composites under different preparation methods
| Technique | Objective | Preparation condition | Arc condition | Relative density/% | Hardness/HV | Tensile strength/MPa | Resistivity/ （μΩ·cm） | Cycling life/cycle | Mass loss/% |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
SPS ［ | Ag/5%Ti3SiC2 | 850 ℃/20 min/50 MPa | 400 V/100 A/50 Hz | 99.57 | 69.03 | — | 2.27 | 0.476 5 （100 cycles） | |
| Ag/10%Ti3SiC2 | 850 ℃/20 min/50 MPa | 400 V/100 A/50 Hz | 99.89 | 92.17±0.15 | — | 2.18 | 6 106 | 0.536 8 （100 cycles） | |
| Ag/15%Ti3SiC2 | 850 ℃/20 min/50 MPa | 400 V/100 A/50 Hz | 99.51 | 130.97 | — | 4.46 | — | 0.644 3 （100 cycles） | |
| Ag/10%*Nb2AlC | 700 ℃/30 min/30 MPa | 10 kV | 99.2 | 77.4 | — | 7.46 | — | — | |
HP ［ | Ag/5%*Ti3AlC2 | 800 ℃/120 min/30 MPa | — | 99.90 | 94.5±0.3 | 220.0±0.7 | 2.90±0.01 | — | — |
| Ag/10%*Ti3AlC2 | 800 ℃/120 min/30 MPa | — | — | 101.5±0.3 | 246.9±0.7 | 4.20±0.02 | — | — | |
| Ag/15%*Ti3AlC2 | 800 ℃/120 min/30 MPa | — | — | 112.0±0.3 | 308.4±0.9 | 5.26±0.03 | — | — | |
| Ag/20%*Ti3AlC2 | 800 ℃/120 min/30 MPa | — | — | 136.3±0.1 | 357.3±1.1 | 7.19±0.04 | — | — | |
| Ag/25%*Ti3AlC2 | 800 ℃/120 min/30 MPa | — | — | 139.7±0.2 | 317.3±0.9 | 9.43±0.03 | — | — | |
| Ag/30%*Ti3AlC2 | 800 ℃/120 min/30 MPa | — | 98.5 | 169.0±0.2 | 235.5±0.7 | 10.87 | — | — | |
| Ag/10%*Ta2AlC | 700 ℃/30 min/30 MPa | 10 kV | 98.2 | — | — | 7.09 | — | — | |
| Ag/20%*Ta2AlC | 700 ℃/30 min/30 MPa | 10 kV | 96.4 | 97.4 | — | 7.69 | — | — | |
| Ag/30%*Ta2AlC | 700 ℃/30 min/30 MPa | 10 kV | 94.5 | — | — | 9.43 | — | — | |
Pressureless sintering ［ | Ag/10%Ti3AlC2 | 800 ℃/120 min | 400 V/100 A/50 Hz | 96.3±0.4 | 87.3±3.9 | — | （6.06±0.4） | — | 6.6±0.3 （6 000 cycles） |
| Ag/10%Ti3AlC2 | 700 ℃/120 min | 400 V/100 A/50 Hz | — | 79 | 145.52 | 4.2 | — | 0.82 （3 000 cycles） | |
| Ag/5%Ti3SiC2 | 950 ℃/60 min | 400 V/100 A/50 Hz | 95.82 | 53.02 | — | 2.35 | — | 0.546 0 （100 cycles） | |
| Ag/10%Ti3SiC2 | 800 ℃/120 min | 400 V/100 A/50 Hz | 95.1±0.4 | 73.6±4.9 | — | （2.71±0.4） | — | 3.3±0.2 （6 000 cycles） | |
| Ag/10%Ti3SiC2 | 950 ℃/60 min | 400 V/100 A/50 Hz | 94.97 | 55.63±0.16 | — | 2.76 | 2 917 | 0.593 5 （100 cycles） | |
| Ag/15%Ti3SiC2 | 950 ℃/60 min | 400 V/100 A/50 Hz | 92.67 | 87.70 | — | 5.98 | — | 0.720 3 （100 cycles） | |
| Ag/2%Ti2SnC | 850 ℃/120 min | 24 V/20 A/1 Hz | 96.87 | 50.80 | 161.74 | 2.96 | — | — | |
| Ag/4%Ti2SnC | 850 ℃/120 min | 24 V/20 A/1 Hz | 96.14 | 55.00 | 137.99 | 4.52 | — | — | |
| Ag/6%Ti2SnC | 850 ℃/120 min | 24 V/20 A/1 Hz | 95.40 | 56.91 | 123.31 | 6.15 | — | — | |
| Ag/8%Ti2SnC | 850 ℃/120 min | 24 V/20 A/1 Hz | 95.06 | 62.71 | 107.04 | 7.81 | — | — | |
| Ag/10%Ti2SnC | 800 ℃/120 min | 400 V/100 A/50 Hz | 95.02 | 75.0 | — | 11.83 | — | 4.576 （6 200 cycles） | |
| Ag/10%V2AlC | 800 ℃/120 min | 400 V/100 A/50 Hz | 95~96 | 80~90 | — | 2.84 | — | 3.0 （6 000 cycles） | |
| Ag/10%Cr2AlC | 800 ℃/120 min | 400 V/100 A/50 Hz | 95~96 | 75~80 | — | 14.19 | 1 270 | 88.4 （1 270 cycles） | |
| Ag/10%Ti2AlC | 800 ℃/120 min | 400 V/100 A/50 Hz | 95.9±0.6 | 85.6±2.4 | — | 7.60 | — | 7.7±0.9 （6 000 cycles） | |
| Ag/10%Ti2AlN | 800 ℃/120 min | 400 V/100 A/50 Hz | 95.2±0.7 | 75.6±2.5 | — | 4.53 | — | 5.8±0.8 （6 000 cycles） | |
| Ag/10%Ti3C2 | 700 ℃/120 min | 400 V/100 A/50 Hz | — | 64 | 32.77 | 3.0 | 1 233 | 54 （1 233 cycles） |
Fig.2 （a）， （b） Microstructures of Ag/xTi3AlC2（x=10， 20） electrical contacts after arc erosion； （c）， （d） cross-sectional microstructures of the corresponding contacts； （e）， （f） enlarged views of the corresponding regions［87］
Fig.3 SEM images of Ag/Ti3AlC2 （a） and Ag/Ti3SiC2 （b） composites and their corresponding elemental distribution maps （c）， （d）； relative density （e）， electrical resistivity （f）， and Vickers hardness （g） of Ag/MAX composites［82］
Fig.4 （a）， （b） SEM images of Ti3AlC2 particles without ball milling； （c）， （d） SEM images of Ti3AlC2 particles after 3 h of ball milling； （e） corresponding EDS spectra［91］
Fig.5 Maximum compressive stress， strain （a） and electrical resistivity （b） of the sintered and ECAPed samples； schematic illustrations of Ti3AlC2 alignment parallel （c） and perpendicular （d） to the contact surface in the ECAPed Ag/ Ti3AlC2 composite， respectively［92］
Fig.6 （a） XRD patterns of Ag/Ti3AlC2 sintered at different temperatures； interfacial structures of Ag/Ti3AlC2 sintered at 850 （b）， 800 （c）， and 750 ℃ （d）， respectively； （e）， （f） bright-field TEM images of the supersaturated Ag（Al） solid solution and the corresponding SAED patterns［94］
Fig.7 （a） XRD patterns of unetched Ti3AlC2 and x h-Ti3AlC2 samples； （b）~（d） schematic representations of the structures of the three samples； （e）~（g） corresponding EDS line scans［97］
Fig.8 （a）~（d） Microstructural evolution of Ag/Ti3AlC2 with increasing discharge cycles of 10， 100， 1 000， and 6 200［73］. Typical Ag morphologies on the surface of Ag/Ti3AlC2 composite after arc erosion and corresponding formation mechanism： （e） nanoparticles； （f） 1D whiskers； （g） 2D flakes； （h） 3D spheres； （i） schematic of microstructural evolution of Ag matrix under arc discharge［98］
Fig.9 （a）~（f） Arc erosion resistance mechanism of Ag/Ti3AlC2 composites［73］； （g）， （h） partial density of states （PDOS） distributions of different Ag（111）/Ti2SnC（001） interfaces corresponding to Ag/C and Ag/Ti interfaces， respectively； （i） work functions of various Ag/Ti2SnC crystal plane systems［83］
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