n型碲化铋基材料的制备及其热电性能研究

以Bi_2Te_(2.7)Se_(0.3)为基础配比,99.99%的高纯Te、Bi、Se为原料,通过高温真空熔炼合金化-无氧环境机械粉碎-精密筛分制粉-独创热压装置快速热压工艺,制备出块体n型碲化铋基热电材料。采用粒度分析仪、扫描电镜、氧氮分析仪对合金粉末的粒度和氧含量进行了测定,用X射线衍射仪对合金粉末的物相结构进行了表征,并对热压块体样品的抗弯强度进行测试。热电性能测试结果显示,所制备热压块体样品不同方向的Seebeck系数和ZT值(热电优值系数)基本相同,但电阻率和热导率有不同程度的取向,但与市购区熔热电材料相比取向度明显降低。热压块体样品的相对密度高达99%,抗弯强度达到87 MPa,最高ZT值约为0.7。该工艺的生产设备简单可靠,生产成本低,工作效率高,适合产业化。     

溶剂热法合成碲化铋纳米粉末及其热电性能研究

采用溶剂热法合成碲化铋纳米粉末,随后进行热压烧结制备热电材料,并对粉末的物相和粒度及烧结材料的热电性能进行检测和分析。分析结果表明,采用TeO2为碲源比采用Te粉为碲源所制备碲化铋粉末的相纯度更高、结晶性能更好、晶粒度更小。当溶剂热反应温度为130、140℃时,所制备粉末中还残留有少量Bi、Te单质相和BiTe相;当反应温度为150、160℃时,得到的粉末为Bi2Te3纯相,而150℃下反应所得粉末的晶粒度更小,结晶性能良好。溶剂热-热压烧结法所制备碲化铋热电材料比传统区域熔炼-热压烧结法所制备材料具有更低的热导率及更优的综合热电性能。     

热变形工艺制备强织构n型碲化铋基热电材料及其性能研究

采用高纯原料并按名义成分Bi_2Te_(2.7)Se_(0.3)配料,利用工业化设备及区熔工艺得到晶体取向性良好的材料,然后通过热变形工艺获得了较强织构的n型碲化铋基合金。该合金保持了区熔晶棒的高功率因子,同时热变形诱导产生的多尺度微观结构能散射宽波长的声子,有效降低了材料的热导率,使其热电优值(ZT)明显提升。进一步掺杂SbI_3对材料进行优化,最终制备的n型热变形样品在300 K下具有最大ZT值1.11,而在300～460 K温度范围内平均ZT值达到1.02,同时抗弯强度较区熔样品提升了3倍多。热变形工艺优化了碲化铋基热电材料的电输运和热输运性能,使其在中低温余热发电领域展现出广阔的应用前景。     

In掺杂Ag_(0.8)Pb_(18)SbTe_(20)热电材料的快速热压制备及性能表征

研究了快速热压工艺和In掺杂对Ag0.8Pb18SbTe20基热电材料微结构和热电性能的影响。采用真空封管熔炼法成功制备n型Ag0.8Pb18InxSb1-xTe20(x=0.25,0.5,0.75,1)合金粉末材料,同时结合高能球磨使合金粉末粒度达到微米量级。利用快速热压烧结工艺,在693 K温度、15 MPa压力下烧结30 min,制备块体热电材料。研究结果表明,In对Sb的取代增加了热电材料的电导率,改善了材料的热电性能。当In掺杂量x=1时,材料于623 K的电导率达到最大值239 S/cm;当x=0.5时,材料于623 K的功率因子达到最大值3.1×10-3W/(m.K2)。     

N型(Bi_2Te_3)_(0.9)(Ag_xBi_(2-x)Se_3)_(0.1)热电材料的快速热压法制备及性能表征

采用水热法制备平均粒度约300 nm的六方相Bi2Te3纳米粉末.再以Bi2Te3粉末为原料,采用封管熔炼法制备N型(Bi2Te3)0.9(AgxBi2-xSe3)0.1(x为Ag的摩尔分数.x=0.1,0.2,0.3,0.4)合金粉体材料,通过快速热压制备N型(Bi2Te3)0.9(AgxBi2-xSe3)0.1块状热电材料.在300～550 K温度范围内研究该材料的热电性能与Ag掺杂量之间的关系,以及热压工艺对材料热电性能的影响.结果表明在775 K,40 MPa条件下烧结20 min后材料的相对密度达到97%以上,晶粒大小在3岬左右.当Ag掺杂量x=0.2时,在300 K温度下热导率达到最小值0.71 W/mK,同时获得最高的热电优值(ZT值)1.07.     

粉末冶金法制取热电材料

热电材料碲化铋 (Bi2Te3)合金 ,工作温度接近 4 5 0℃ ,可用于制造家用冰箱、空调机、小型探测仪及传感器等。碲化铋可与少量碲化锑 (Sb2 Te3)合金化形成P型半导体固溶体 ,与少量硒化铋(Bi2 Se3)合金化形成N型半导体固溶体。碲化铋、它与其它组分形成的合金都具有高度各向异性的六方结构。拉制碲化铋合金单晶最常用的方法是定向结晶法。可是这种方法生产率低 ,组织偏析 ,且力学性能差。加拿大经过三年研制 ,开发出一种通过粉末冶金途径制造碲化铋合金的方法。它是将直径为 2～ 5mm的粒状纯元素 (Bi,Te ,Se ,Sb等 )粉在球磨机中进行机械…     

快速热压制备(AgSbTe_2)_x(Pb_(0.5)Sn_(0.5)Te)_(1-x)半导体材料及热电性能研究

为了进一步提高PbTe系列合金的热电性能和降低生产成本,采用溶剂热反应合成平均粒度为500 nm的PbTe粉末,以所合成的PbTe粉末为主要原料通过封管熔炼法制备(AgSbTe2)x(Pb0.5SnvTe) 1-x(x=0,0.05,0.1,0.15,0.2)系合金.所得合金锭经过高能球磨制成微米级的超细合金粉,再通过快速热压烧结制备测试用的多晶试样,所有试样的相对密度均达到90%以上.通过XRD和SEM等手段分析材料的物相组成和微观结构,研究x的变化对于该体系材料热电性能(电阻率、Seebeck系数、热导率和ZT值)的影响.研究表明,当X取值为0.1时该体系材料的热电性能得到最优化,在575 K时取得最人的ZT值为1.093.     

机械合金化结合放电等离子烧结技术制备热电材料的研究进展

近年来,热电材料研究取得重要突破,不仅传统Bi₂Te₃、PbTe基热电材料性能得到提升,同时还发现一批新型高性能热电材料,如SnSe、GeTe等。热电材料性能的提升不仅取决于材料成分、结构及缺陷,还与制备工艺密不可分。机械合金化（mechanical alloying,MA）结合放电等离子体烧结（spark plasma sintering,SPS）的粉末冶金技术是制备热电材料的重要方法,该方法简单、高效,获得的晶粒尺寸较小,同时可以引入纳米结构和缺陷,有助于降低晶格热导率,获得高热电性能。此外,基于机械合金化结合放电等离子体烧结技术制备出的块体材料具有更优的力学性能,可以有效地增强热电器件的使用寿命。本文介绍了机械合金化与放电等离子体烧结方法制备热电材料的基本原理和关键影响因素,并概述了利用该方法制备的碲化物、硫化物和硒化物基热电材料的研究进展。     

AlN-SiC复合衰减材料的制备及其微波衰减性能

以氮化铝、不同晶体类型的碳化硅为原料,采用热压烧结工艺,在1 900～1 950℃,氮气气氛下制备AlN-SiC复合材料.采用网络分析以及激光热导仪等检测仪器,研究了热压烧结制备的材料的微波衰减性能及导热性能.研究结果表明:采用热压烧结工艺可以在1 900～1 950℃(2制备组织致密均匀的AlN-SiC复合材料;采用α-SiC为原料的AlN-SiC复合材料具有适当的介电性能和良好的导热性能,有望替代大功率真空电子设备中的BeO基衰减材料.     

SiC对粉碎烧结法制备P型Bi0.5Sb1.5Te3合金热电性能的影响

向粉碎法制备的Bi_0.5Sb_1.5Te₃+5%Te（质量分数）合金粉体中混入不同体积分数的SiC颗粒，利用放电等离子体烧结法制备SiC复合块体材料，探究块体材料组织和热电性能的变化规律。研究发现:随着SiC体积分数的增加，块体材料的取向性弱化，组织细化，载流子浓度增加，迁移率降低；由于取向性弱化及组织细化，加强了声子散射，降低了晶格热导率。由于SiC复合块体材料的电学性能恶化，块体材料的无量纲热电优值（ZT）并未获得显著的提升；当SiC体积分数为0.40%时，SiC复合块体材料在322 K时具有最优的无量纲热电优值（ZT=～0.81）。     

Thermoelectric Properties of CexCo4Sb12 Prepared by MA-SPS

Starting with elementary powders, thermoelectric materials CexCo4Sb12 were prepared by mechanical alloying and spark plasma sintering (MA-SPS). XRD analyses reveal that the expected major phase, named skutterudite was formed in MA process and was kept after SPS. The thermoelectric properties of MA-SPS samples including resistivity, Seebeck coefficient, power factor, thermal conductivity and the dimensionless figure of merit (ZT) were studied by varying Ce content and temperature. Depending on Ce levels, both P and N types of thermoelectric semiconductors were obtained. MA-SPS sintered Ce1.0Co4Sb12 exhibits the highest ZT in the range of 100-500℃ and the maximum ZT is found at x=1.0 and 400℃.     

3D打印用金属粉末的制备研究

针对国内3D打印用金属粉体材料的现状,通过对雾化喷嘴的设计改造,采用气雾化方法制备了304L不锈钢粉末;并通过扫描电镜、激光粒度测量仪以及霍尔流量计等对粉末的颗粒形貌、粒度分布、流动性等进行了观察研究。结果表明:采用自制双层雾化喷嘴制备的合金粉末,球形度高,粒度分布范围窄,粉末平均粒径为40μm,符合3D打印对金属粉体材料的要求。     

等离子旋转电极雾化制备钨粉及性能表征

采用等离子旋转电极雾化技术(PREP)制备球形钨粉,利用激光粒度分析仪、氧氮分析仪、扫描电子显微镜(SEM)对钨粉末的粒径分布、氧含量、微观形貌、表面组织进行分析。结果表明:球形钨粉粒度集中分布在45~150μm,呈单峰分布,理论中位粒径85.5μm与实测粒径80μm接近。钨粉氧增量均小于0.001 5%,其中45~150μm粉末比15~53μm的粉末氧增量更低,仅为0.000 38%。15~53μm钨粉表面光洁,几乎无空心粉。钨粉物理性能优异,且粒径在45~150μm的钨粉性能优于15~53μm的。     

钨粉形貌与粒度分布对成形性和压坯强度的影响

钨制品的压制行为依赖于原料粉末的性能.采用3种不同氧含量的氧化钨为原料,通过H2还原得到了3种平均粒度相同但粒度分布与颗粒形貌不同的钨粉.用模压法制成强度测试用样品,采用三点弯曲法测定压坯的抗弯强度,并观察样品的形貌,研究钨粉的粒度分布和颗粒形貌对钨粉成形性和压坯强度的影响.结果表明,通过控制氧化钨原料中各种物相的比例,可以有效地控制钨粉的粒度分布与形貌:在粉末费氏粒度相当的条件下,原料粉末中细颗粒含量越高,颗粒形貌越不规则,其成形性越好,压坯强度越高.     

退火对CoSb3块体热电性能的影响

采用烧结和退火工艺制备了CoSb3块体热电材料，并探讨了退火对热电性能的影响。用X射线衍射分析了样品的相组成，用电常数测试仪和激光热导仪测试了样品的热电性能。结果表明，退火前后样品具有相同的相组成，其电阻率随着温度的升高而降低，具有典型的半导体电学特征；在相同温度下退火样品的ZT值低于或近似于未退火的样品，因此退火对于提高和改善CoSb3块体材料的热电性能没有明显作用。     

Particle size and orientation effects on softening in a cu matrix containing rod-shaped iron particles

Cu-Fe alloy samples have been thermomechanically processed to produce dispersions of rod-shaped a iron particles in single crystal matrices. These particles are aligned preferentially along one of the matrix (110) directions. Softening, following a small prestrain, has been examined as a function of the particle size and of the particle axis/slip system orientation relationship. Both factors were found to influence significantly softening in a manner consistent with the Orowan-loop pipe diffusion theory of recovery for dispersion hardened alloys. Formerly Visiting Scholar, Department of Materials Science and Engineering, Tokyo Institute of Technology     

基于离散元的不同粒径配比粉末压制相对密度与力链分析

利用PFC三维数值模拟软件,通过改变粉末颗粒粒径分布建立各组冷压模型,得到压制过程中相对密度变化规律与力链分布情况。在特定粉末粒径配比下,能够得到相对密度最高的压坯。结果表明:在大、中、小粒径颗粒质量比为60:15:25的粒径配比下,压坯相对密度最高,压坯相对密度并不会随着细粉比例不断增加而一直提高;在压制过程中,随着附加细粉占比上升,压制方向上能产生更大应变。侧压系数与泊松比受粉末粒径分布影响较小,且在压制后期,在压坯已获得较高相对密度的情况下,会因缺乏足够的驱动力与位移空间发生下降;混合粒径粉末试样的力链数量远大于单一粒径粉末试样,在强力链数目充足的前提下,结合大量的弱力链能获得更高的压坯相对密度。     

Thermoelectric properties of Sr0.9La0.1TiO3 and Sr2.7La0.3Ti2O7 with 15%Ag addition

15%Ag-added cubic perovskites Sr0.9La0.1TiO3 and Ruddlesden-Popper （RP） phases Sr2.7La0.3Ti2O7 were fabricated via hydrothermal synthesis, cold pressing and high-temperature sintering. The structure and thermoelectric properties were also investi-gated for all samples. The results indicated that Ag precipitated as a second phase. Ag addition made electrical conductivity and ab-solute Seebeck coefficient enhanced, as a result, the ZT values were enhanced both for two series. Compared with cubic perovskite, RP phase was subjected to smaller impact by Ag addition. The reasons for enhancing ZT value and the different impact for two series by Ag addition were also discussed.     

纯钼骨架熔渗Mo-Cu合金工艺研究

研究了利用纯钼骨架熔渗法制备Mo70Cu30、Mo60Cu40(质量分数)合金的相关工艺。结果表明:试验原料可选取经高温预处理及筛分后费氏粒度为5.2μm,粒度分布范围较窄及C、O含量低的纯钼粉,不添加诱导Cu粉。利用限位法压制成型的钼素坯经H2气氛在1200～1300℃预烧结出孔隙率ε(%)为33.5%、45.2%的纯钼骨架,在H2气氛熔融态Cu中经1 200～1 350℃熔渗60～120 min可制得Cu含量为31.3%、40.7%的Mo70Cu30、Mo60Cu40合金。利用纯钼骨架熔渗法制备的Mo-Cu合金相对密度可达到98%以上,微观形貌可见Mo、Cu两相均匀分布。