Bi2Te3合金熔体结构变化对凝固行为及凝固组织的影响

根据Bi2Te3合金熔体的电阻率随温度而发生的异常行为,从熔体结构变化的视角探索了材料凝固行为与熔体热历史的依存关系。实验证明,Bi2Te3合金熔体结构在686～707℃范围内发生了异常转变,这种结构变化导致其熔体凝固过冷度增大,释放凝固潜热更加剧烈,并且凝固组织细化。这一结果表明通过控制熔体热历史,可更为有效地获得理想的凝固组织。     

Effects of Electroless Plating with Cu Content on Thermoelectric and Mechanical Properties of p-type Bi_(0.5)Sb_(1.5)Te_3 Bulk Alloys

Bi_(0.5)Sb_(1.5)Te_3/Cu core/shell powders were prepared by electroless plating and hydrogen reduction, and then sintered into bulk by spark plasma sintering. After electroless plating, with increasing the Cu content, the electrical conductivity keeps enhancing significantly. The highest electrical conductivity reaches 3341 S/cm at room temperature in Bi_(0.5)Sb_(1.5)Te_3 with 0.67 wt% Cu bulk sample. Moreover, the lowest lattice thermal conductivity reaches 0.32 W/m·K at 572.2 K in Bi_(0.5)Sb_(1.5)Te_3 with 0.67 wt% Cu bulk sample, which is caused by the scattering of the rich-copper particles with different dimensions and massive grain boundaries. According to the results, the ZT values of all Bi_(0.5)Sb_(1.5)Te_3/Cu bulk samples have improved in a high temperature range. In Bi_(0.5)Sb_(1.5)Te_3 with 0.15 wt% Cu bulk sample, the highest ZT value at 573.4 K is 0.81. When the Cu content increases to 0.67 wt%, the highest ZT value reaches 0.85 at 622.2 K. Meanwhile, the microhardness increases with increasing the Cu content.     

Effects of Electroless Plating with Cu Content on Thermoelectric and Mechanical Properties of p-type Bi<Subscript>0.5</Subscript>Sb<Subscript>1.5</Subscript>Te<Subscript>3</Subscript> Bulk Alloys

Bi_0.5Sb_1.5Te₃/Cu core/shell powders were prepared by electroless plating and hydrogen reduction, and then sintered into bulk by spark plasma sintering. After electroless plating, with increasing the Cu content, the electrical conductivity keeps enhancing significantly. The highest electrical conductivity reaches 3341S/cm at room temperature in Bi_0.5Sb_1.5Te₃ with 0.67wt% Cu bulk sample. Moreover, the lowest lattice thermal conductivity reaches 0.32 W/m·K at 572.2 K in Bi_0.5Sb_1.5Te₃ with 0.67wt% Cu bulk sample, which is caused by the scattering of the rich-copper particles with different dimensions and massive grain boundaries. According to the results, the ZT values of all Bi_0.5Sb_1.5Te₃/Cu bulk samples have improved in a high temperature range. In Bi_0.5Sb_1.5Te₃ with 0.15wt% Cu bulk sample, the highest ZT value at 573.4 K is 0.81. When the Cu content increases to 0.67wt%, the highest ZT value reaches 0.85 at 622.2 K. Meanwhile, the microhardness increases with increasing the Cu content.     

化学镀Sn含量对p型Bi0.5Sb1.5Te3块体合金电传输及力学性能的影响

通过化学镀和氢气还原法制备Bi_(0.5)Sb_(1.5)Te_3/Sn核壳结构粉末,再使用放电等离子烧结的方法制备成块体。经试验分析发现,随着Sn含量的上升,Seebeck系数和电导率均先上升后下降,含有1%(质量分数)Sn的Bi_(0.5)Sb_(1.5)Te_3/Sn块体合金的Seebeck系数上升至278μV/K,电导率略低于未镀层样品,为475.6 S/cm。因此,室温下的功率因子从24.6 W·cm~(-1)·K~(-2)提高到35.4 W·cm~(-1)·K~(-2),这证明样品的电传输性能得到提高。此外,随着Sn含量的上升,Bi_(0.5)Sb_(1.5)Te_3/Sn块体合金的密度及显微硬度不断升高,力学性能得到提高。     

熔体过热处理作用机制的新认识

从液-液结构转变的角度探讨了熔体过热处理对CuSn18.7(at.%)和BiPb20.1(at.%)合金凝固组织和凝固行为的作用机制.实验表明:在升温过程中,合金熔体的某些物理性能(例如内耗,电阻率,热电势和热)在特定的温度区间都发生了异常的变化,而在降温过程中没有异常变化,揭示了熔体中在这些温度区间内发生了不连续的液-液结构转变.随后的凝固实验表明结构转变对合金的凝固有着很大的影响,例如形核过冷度显著增大,CuSn18.7合金的凝固组织明显细化,而BiPb20.1合金的初生相形态由鱼骨状树枝晶变成无序的等轴晶.分析认为熔体结构转变使得熔体结构趋于均匀和无序,在凝固中抑制了初生相的形核,进而细化凝固组织.而BiPb20.1合金组织形态的变化则是由熔体结构转变改变了界面溶质分配系数导致的.     

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）。     

Al-18%Si合金凝固组织与熔体状态的相关性

本文以直流四电极法探索了Al-18%Si合金在升温过程中熔体的电阻率-温度（-ρT）关系,根据在800~950℃及950~1050℃区间-ρT的异常行为分析认为,后者对应液-液结构转变,其间原先的Si原子团簇被打破,原子重新排列形成新的细小团簇,液体结构更加均匀,而前者则为预转变。依据上述信息采取不同温度分别进行熔体过热处理来探索其凝固组织的差别,结果发现,相对于常规熔炼温度,在高于熔体结构转变温度（1150℃）进行熔体过热处理,初晶硅明显细化,而在预转变状态进行熔体过热处理并不能明显改变凝固行为和组织。     

Bi-20%Sb合金不同熔体状态下的凝固行为及组织

前期研究发现,升温过程中Bi-20%Sb合金熔体在829～1107℃区间存在不可逆的电阻率温度异常行为。据此,分别选取700℃和900℃进行等温电阻率试验,在700℃保温电阻率随时间无变化,而在900℃保温过程中电阻率在37～54min发生了明显降低,揭示熔体结构状态发生了改变。根据这一结果进行凝固试验,发现在相同的冷却条件下经历过熔体结构转变试样的冷却速度较慢,凝固组织明显细化;两种熔体状态下的过冷度与冷却速率分别满足分段线性关系;两种熔体状态下单位面积晶粒数和冷却速率均满足良好的线性关系。凝固过冷度增加,是因为合金熔体在结构转变后原子团簇变得更加细小均匀,需要降到更低温度时才可以发生形核。冷却速度变慢,是因为热导率随着混乱度的增加而减小,经历过熔体结构转变的熔体在降温的过程中热导率减小。     

热处理工艺对变质后A356合金组织及性能的影响

变质后A356合金力学性能常常达不到工业使用要求，需通过热处理进一步强化。本文以Al-Sr-Y合金变质后的A356合金为研究对象，应用OM、SEM、拉伸试验机等仪器研究固溶和时效处理对变质后A356合金显微组织与力学性能的影响，以此探索出一种适用于变质后A356合金的热处理工艺。结果表明，经过540℃×4 h+175℃×6 h热处理后，共晶硅更加圆整和均匀，合金中强化元素Mg能够充分溶入基体，有利于时效过程析出强化相。合金在热处理后抗拉强度、屈服强度、伸长率分别为303.5、223.1 MPa、9.5%，与铸态变质合金相比，分别提升了57.7%、99.7%、20.3%。此时，断口中韧窝尺寸增大，合金由脆性断裂转变成韧性断裂，塑性增强。