提高熱電材料β-FeSi2轉(zhuǎn)化率的工藝研究.pdf

1、隨著全球環(huán)境污染和能源危機(jī)的日益嚴(yán)重,開發(fā)新型環(huán)保能源替代材料已越來越受到世界各國(guó)的重視。Β-FeSi2是一種半導(dǎo)體熱電材料,可在高溫環(huán)境中工作,具有在500～900℃溫度范圍內(nèi)的高溫?zé)犭娹D(zhuǎn)換功能;β-FeSi2具有抗氧化性強(qiáng)、原料來源豐富、性能穩(wěn)定、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn),選用低純度的工業(yè)原料進(jìn)行制備對(duì)其熱電性能無明顯影響;另外,在β-FeSi2制備過程中摻雜微量的Cu、Co、B、Al等元素可以形成p型或者n型半導(dǎo)體,明顯提高了β-FeSi2

2、的熱電性能,避免由于半導(dǎo)體兩只腳材料的熱膨脹系數(shù)不同而引起的熱電元器件制作上的困難。正是由于以上優(yōu)點(diǎn),β-FeSi2已成為一種很有發(fā)展前途的熱電材料。
　　 本文采用燃燒合成-熱處理工藝合成熱電材料β-FeSi2,用簡(jiǎn)單的方法來快速制備高純度的β-FeSi2。使用該工藝可以提高β-FeSi2的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值,為該材料的廣泛推廣應(yīng)用、直接投入工業(yè)生產(chǎn)降低了成本。本文以Fe粉、Si粉、KNO3為原料,通過球磨混料增加反應(yīng)物的機(jī)械能,經(jīng)

3、過球磨工藝后的試樣有利于燃燒合成反應(yīng)的進(jìn)行。本文從以下幾個(gè)方面進(jìn)行了研究:1.對(duì)比分析摻雜Cu和不摻雜Cu對(duì)最終合成產(chǎn)物β-FeSi2的影響,總結(jié)摻雜形成p型或者n型半導(dǎo)體的機(jī)理;2.在配料階段通過改變鐵硅原子配比,研究不同的硅含量對(duì)合成產(chǎn)物β-FeSi2轉(zhuǎn)化率的影響;3.對(duì)于燃燒合成的中間產(chǎn)物α-Fe2Si5選用箱式電阻爐分別選取不同的保溫溫度、保溫時(shí)間進(jìn)行退火處理,之后進(jìn)行XRD分析,總結(jié)相轉(zhuǎn)變?chǔ)?Fe2Sis→β-FeSi2合理的

4、熱處理工藝。
　　 研究表明:1.摻雜0.5 at％的Cu在熱處理過程中能顯著提高共析反應(yīng)(α→β+Si)的反應(yīng)進(jìn)程,完全地將α-Fe2Si5轉(zhuǎn)變?yōu)棣?FeSi2,形成P型半導(dǎo)體,而未摻雜Cu的燃燒合成產(chǎn)物經(jīng)過熱處理工藝,XRD衍射圖譜顯示始終存在相轉(zhuǎn)變不完全的α-Fe2Si5相;2.以不同的鐵硅原子比例配制的原料經(jīng)過燃燒合成.熱處理工藝制備熱電材料β-FeSi2,對(duì)其轉(zhuǎn)化率有較大的影響,在混料階段按Fe:Si=1:3的原子比例