Mg2Si熱電材料與Cu-Ni復(fù)合電極的界面結(jié)構(gòu)及性能研究.pdf

1、熱電材料是一類可以實現(xiàn)熱能和電能直接相互轉(zhuǎn)換的功能材料，由其制成的熱電器件可用于溫差發(fā)電和熱電制冷，具有環(huán)境污染低、噪聲小、質(zhì)量輕、占用空間小和安全性高等諸多優(yōu)點。熱電材料與導(dǎo)流電極的連接界面是熱電器件中的重要組成部分，其連接質(zhì)量的優(yōu)劣直接影響熱電器件的服役性能和壽命。
　　本文以熱電接頭為研究對象，采用電場激活壓力輔助燒結(jié)（FAPAS）法和放電等離子燒結(jié)（SPS）法，在一步合成Mg2Si的同時，同步實現(xiàn)其與Cu/Ni復(fù)合導(dǎo)流電極

2、的連接。研究了不同工藝下各界面擴(kuò)散層形貌和界面結(jié)構(gòu)微觀形貌及新相生長規(guī)律，對比了不同連接溫度與不同保溫時間下各接頭在電接觸性能、力學(xué)性能以及熱穩(wěn)定性上的差異，旨在探究接頭界面微觀結(jié)構(gòu)與宏觀性能參數(shù)間的相互關(guān)系。
　　研究結(jié)果表明，Cu、Ni與Mg2Si之間具有相近的熱膨脹系數(shù)，有利于減少接頭熱連接以及后期熱時效過程中的殘余應(yīng)力，提高接頭工作壽命和穩(wěn)定性。
　　在外加耦合場作用下，Cu/Mg2Si界面處Cu、Mg、Si元素間存

3、在劇烈的交互擴(kuò)散，使得界面生成Cu9Si和Cu5Mg2Si金屬間化合物；而Ni具有較高擴(kuò)散激活能，與Mg、Si存在更窄的固溶區(qū)間，可以有效抑制相互之間的擴(kuò)散進(jìn)而控制界面反應(yīng)，使得Ni/Mg2Si界面更加穩(wěn)定。
　　FAPAS工藝下獲得的 Cu/Ni/Mg2Si接頭各界面連接緊密，具有良好的抗熱震性能。燒結(jié)溫度影響Ni/Mg2Si界面新相的形貌和生長機(jī)制。當(dāng)連接溫度低于750℃時，界面新相由Mg2SiNi3和Mg2Ni組成，且前者先

4、于后者生成；當(dāng)連接溫度達(dá)750℃時，Mg2Ni相因熱力學(xué)不穩(wěn)定無法存在而使得界面僅有Mg2SiNi3相。不同連接溫度制得接頭的接觸電阻有所不同，其中700℃保溫15min的接頭具有最小接觸電阻率112μΩ?cm2。隨著熱時效時間的延長，界面擴(kuò)散層增厚，接觸電阻增大，其值與 t的變化趨近線性關(guān)系。
　　SPS工藝下 Cu/Ni/Mg2Si接頭各層連接良好，Ni/Mg2Si界面主要形成Ni2Si、η以及ω新相化合物。其中，新相Ni2S