熔炼法制备Bi2Te3系热电材料及性能研究
能源短缺和环境问题已成为制约世界各国经济发展和社会进步的主要障碍。作为一类重要的能源转换材料,热电材料近年来受到了人们广泛的关注和高度的重视。Bi2Te3系化合物作为一种重要的热电材料,具有制冷快、体积小、无机械运动部件、无振动、无噪音等独特优势,已经在航空航天、国防军工、生物医疗、电子技术、能源环保等众多领域得到了大力的发展和广泛的应用。工业上最常用的是单晶Bi2Te3系块体合金,但其生产周期长、能耗高、机械加工性能差。近年来新兴的热压法、等离子活化烧结等粉末冶金工艺虽然成型速度快、材料性能好,但是其研究仅处于实验室阶段,无法应用于工业生产。在对Bi2Te3系化合物的国内外研究现状及发展趋势进行详细调研的基础上,本文开展了真空熔炼工艺制备Bi2Te3系块体热电材料及其热电性能的研究。 研究中采用真空熔炼工艺制备了Bi2Te3系块体合金,利用X射线衍射(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、环境扫描电子显微镜(E-SEM)、EDAX等多种分析测试手段研究了合金样品的物相、成分及微观形貌。通过TC-7000激光热常数测试仪和HGTE-Ⅱ型热电参数测试系统分别对样品的热导率及电阻率ρ和Seebeck系数α进行了测试。 通过改变真空熔炼过程中的冷却速率、保温时间、熔池搅拌等工艺参数,探索各个工艺参数对样品的影响,得到了以下结果: 1)冷却速率越大,样品中富Te单相析出量越大。当冷却速率增大到空冷时,通过FE-SEM明显观察到微观缩孔和富Te相。热电性能分析表明随冷却速率增大,样品的电阻率和Seebeck系数都降低。当冷却速率为4K/min时,样品室温热电优值ZT值达到最大值,ZT=1.12。 2)与保温1h熔炼样品相比,保温3h熔炼样品的热电性能得到很大的提高,足够长的保温时间对样品的性能影响很大。 3)通过改变熔池搅拌条件分析发现,对熔池进行搅拌有助于气泡从模具内壁排出,使样品外观得到极大的改善。
热电材料;制备工艺;熔炼法;工艺参数
华中科技大学
硕士
材料学
杨君友
2012
中文
TN304.2;TN304.05
71
2012-12-25（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）