熱擠壓法制備Bi-,2-Te-,3-基熱電材料及其性能研究.pdf

1、作為研究最早，目前最為成熟，實(shí)用性最廣泛的熱電材料，Bi2Te3基化合物一直受到人們的廣泛關(guān)注。已有研究表明，區(qū)熔法能夠制備得到取向性比較好的Bi2Te3基熱電材料，沿平行于晶體生長(zhǎng)方向上的性能比較好，最大熱電優(yōu)值ZT約為1左右。但是區(qū)熔法制備得到的Bi2Te3基熱電材料具有明顯的各向異性，熱電性能較好的方向機(jī)械性能較差，不適合于熱電器件的生產(chǎn)。因此對(duì)于Bi2Te3基熱電材料而言，如何尋求新的工藝，在保持良好熱電性能的同時(shí)提高其機(jī)械強(qiáng)度

2、以便于加工成為新的研究重點(diǎn)。
　　 本文采用區(qū)熔法制備p型Bi0.5Sb1.5Te3和n型Bi2Se021Te2.79熱電材料，然后采用真空熱壓爐對(duì)區(qū)熔法制備得到的Bi2Te3基熱電材料進(jìn)行熱擠壓成型處理。已有理論和研究表明熱擠壓法能夠通過擠壓變形產(chǎn)生大量的缺陷引發(fā)材料的再結(jié)晶，從而細(xì)化晶粒獲得很高的致密度和優(yōu)異的機(jī)械性能，而且塑性變形過程能夠獲得一定程度的取向，有利于提高熱電性能。熱擠壓之前我們利用有限元分析軟件對(duì)熱擠壓過程進(jìn)

3、行了模擬和實(shí)驗(yàn)條件的初步探索，擠壓后應(yīng)用XRD、SEM等手段對(duì)制備得到的樣品進(jìn)行了觀察和分析，測(cè)試了其熱電性能和機(jī)械性能，研究了熱擠壓的工藝制度，探討了微觀結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系。
　　 模擬結(jié)果表明大的倒角、大的擠壓比、小的擠壓角能夠有效減少變徑部分材料的變形速率，得到表面質(zhì)量較好的材料。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：熱擠壓溫度為350～450℃時(shí)能夠得到表面質(zhì)量較好的材料，同時(shí)隨擠壓溫度升高，材料的性能變好。區(qū)熔實(shí)驗(yàn)中，得到的樣品在300K時(shí)

4、p型最大的熱電優(yōu)值ZT為0.98，n型為0.79。熱擠壓實(shí)驗(yàn)中，倒角為5mm，擠壓角為60°，擠壓比9∶1，擠壓溫度450℃時(shí)得到的熱擠壓的樣品質(zhì)量最好，300K時(shí)p型最大的熱電優(yōu)值ZT為0.94，n型為0.74。
　　 為了進(jìn)一步提高材料的性能，我們又嘗試了對(duì)熱擠壓樣品在SPS設(shè)備中進(jìn)行熱煅處理，處理后樣品的電性能有較大幅度提升，其中熱煅溫度425℃，壓力35MPa時(shí)得到的樣品在300K時(shí)功率因子達(dá)到4.71×10-3W/mK