自蔓延-熱處理制備熱電材料β-FeSi2及其熱電性能研究.pdf

1、20世紀90年代以來，隨著世界經濟和科技的不斷發(fā)展，一次能源的過度使用，導致了以溫室效應、霧霾、酸雨等為首的環(huán)境問題的產生，最終使得能源枯竭及全球環(huán)境危機日益嚴重。因此，研究并開發(fā)無污染、無噪音、高效率的能量轉換材料來代替一次能源，成為各國材料工作者追求的目標。另外，若將熱電轉換技術與太陽能、核聚變等結合起來，合理利用這些源源不斷且無污染的能源，從而實現(xiàn)能源的可持續(xù)發(fā)展，同時也減緩了環(huán)境危機。其中，F(xiàn)eSi2具有良好的高溫抗氧化性及高溫

2、熱電轉換性能，同時資源豐富、價格低廉，且無毒，是一種很有應用價值的高溫熱電轉換材料。
　　本文以能夠實現(xiàn)熱能和電能互相轉換的熱電材料β-FeSi2為研究對象，以Fe粉、Si粉及KNO3為原料，采用工藝簡單、節(jié)能、瞬間完成反應過程的自蔓延高溫合成及后續(xù)熱處理工藝研制備熱電材料β-FeSi2。采用X射線衍射儀（XRD）及掃描電子顯微鏡（SEM）等分析討論了不同工藝參數(shù)對合成產物組織結構的影響，這些參數(shù)主要包括原料粒度、壓坯壓力、熱處理

3、溫度及熱處理時間等。另外，通過摻雜不同含量Co的元素，利用XRD、SEM對比分析不同Co含量的自蔓延高溫合成產物及經過熱處理后獲得的試樣的相組成及形貌，同時將這些組織疏松的粉末試樣，使用真空燒結壓機進行熱壓成型，使其致密化，然后測試了所制備塊狀試樣的Seebeck系數(shù)、電阻率及熱導率等熱電參數(shù)，并對其進行了分析討論，最終為制備性能較好的熱電材料β-FeSi2奠定基礎。
　　研究表明：
　　1、壓坯壓力的增大或原料粒度的減小，

4、都會使試樣的致密度增大，反應也越容易發(fā)生，當壓力為120Mpa，原料粒度為75～90μm時，反應速率最快，獲得的產物顆粒之間也沒有粘結現(xiàn)象；
　　2、當熱處理溫度為840℃時，保溫時間為3h時，β相衍射峰強度增強很明顯，β-FeSi2轉化率最高，雜相α相基本消失，產物的晶型生長完整，結晶度最高，所以最佳的熱處理工藝為：熱處理溫度840℃、保溫時間3h。
　　3、摻雜Co對自蔓延高溫合成產物的相組成沒有影響，當添加量為0.05