自蔓延-退火法制備β-FeSi-,2-熱電材料.pdf

1、β—FeSi2是一種新型的熱電和光電材料，具有抗氧化、無毒、原料來源豐富和價格低廉等優(yōu)點，對紅外光的吸收能力很強，理論的光電轉(zhuǎn)換效率高，β—FeSi2所對應(yīng)的特征區(qū)正是硅的全透明區(qū)，它是光纖通信中的最重要波段，有利于同新型光電器件和光纖的結(jié)合。目前對于制備β—FeSi2材料的方法有：外延法、機械合金化法、離子束合成法、快速凝固法、熱壓法、放電等離子燒結(jié)法、化學(xué)氣相輸運法和溫度梯度溶液生長法，采用上述方法制備β—FeSi2熱電材料生產(chǎn)周期

2、長、耗能大且成本高，不適合于大批量生產(chǎn)，有必要尋求更好的方法。燃燒合成有著反應(yīng)快、節(jié)約能源、產(chǎn)品純度易于提高、適用性大、投資小等優(yōu)點，為此我們對自蔓延．退火法制備單相β—FeSi2材料進行了研究，該工藝可以提高β—FeSi2的實際應(yīng)用價值和廣泛推廣應(yīng)用，可直接投入工業(yè)生產(chǎn)降低成本。 以Fe粉、Si粉、KNO3為原料，考察了機械活化過程、KNO3摻量對燃燒合成FeSi2的影響以及退火處理對燃燒合成產(chǎn)物的影響。研究表明：在球磨混料過

3、程后，使反應(yīng)粉料存儲了部分機械能，在相同球磨混料條件下，原始粉料經(jīng)球磨3h利用燃燒合成的材料最為理想，與球磨1h的燃燒合成產(chǎn)物相比，球磨3h的原始粉料燃燒合成產(chǎn)物中的α—FeSi2含量也有所提高，ε—FeSi和α—FeSi2共晶球粒尺寸進一步增大；KNO3能夠誘導(dǎo)鐵硅金屬化合物生成，不同摻量的KNO3所對應(yīng)燃燒合成產(chǎn)物呈現(xiàn)不同的組相，隨著KNO3摻量的進一步加大，燃燒合成產(chǎn)物中α—FeSi2的量也同步加大，KNO3摻量在40％的時候，燃

4、燒合成產(chǎn)物中，α—FeSi2明顯提高，始終沒有β—FeSi2存在；不同摻量KNO3的Fe—Si燃燒合成產(chǎn)物放在真空退火爐中，進行880℃的退火處理2小時，可使α—FeSi2全部轉(zhuǎn)變?yōu)棣隆狥eSi2，但對ε—FeSi不產(chǎn)生影響。KNO3摻量在整個工藝中占十分重要的地位，不僅影響燃燒合成α—FeSi2相的含量，同時間接性影響著熱處理后的β—FeSi2相的含量。燃燒合成產(chǎn)物經(jīng)球磨后的粉料及壓坯經(jīng)退火后，以表面自由能降低為驅(qū)動力，燃燒合成產(chǎn)物顆

5、粒之間相互粘結(jié)，成內(nèi)部的多孔結(jié)構(gòu)。 本文針對Fe粉、Si粉和KNO3為原料，采用控制燃燒放熱法，考察了燃燒合成Fe—Si金屬間化合物的組織轉(zhuǎn)變過程，燃燒合成Fe—Si金屬化合物的反應(yīng)大致可分為如下幾個過程：KNO3的分解與Si、Fe粉料的熔化溶解；燃燒合成Fe—Si共晶組織的孕育與生長和FeSi—FeSi2共晶顆粒的粗化。提出了燃燒合成Fe—Si金屬化合物反應(yīng)可以用溶解－擴散－析出機制來進行描述：由KNO3分解并釋放大量的熱量直