[發明專利]一種碲鉍基熱電材料的制備方法

有效

• 申請號: 201410528216.5
• 申請日: 2014-10-09
• 公開（公告）號: CN104393163B
• 公開（公告）日: 2017-11-28
• 發明（設計）人: 高遠;朱劉;李堅;李德全;蔣和平
• 申請（專利權）人: 廣東先導稀材股份有限公司
• 主分類號: H01L35/16
• 分類號: H01L35/16;H01L35/34;C22C29/00;C22F1/16
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司11227
• 代理人: 趙青朵

技術領域

本發明涉及熱電材料技術領域，尤其涉及一種碲鉍基熱電材料的制備方法。

背景技術

熱電材料是一種能夠實現熱能和電能之間直接相互轉換的功能材料。用熱電材料制作的器件具有體積小、無噪音、無污染、無運動部件等優點，在溫差電致冷和溫差發電方面具有極為重要的應用前景。目前，熱電材料已經廣泛應用于民用行業和高技術領域，如小冰箱、飲水機、人造衛星、太空飛船、高性能接收器和傳感器等。

熱電材料的熱電性能用熱電優值ZT來表征，ZT＝S²σT/κ(S是Seebeck系數，σ是電導率，κ是熱導率，T是絕對溫度)。只有ZT值大于1，且有良好的機械性能和穩定性的熱電材料，才有商業開發價值。熱電材料的熱電優值越大，熱電材料的熱電轉換效率越高。碲鉍基熱電材料是目前熱電性能較好的室溫熱電材料，其熱電性能為各向異性，在平行于基面(00l)的方向上具有最佳的熱電性能。為了獲得最佳的熱電性能，在制備碲鉍基熱電材料的過程中需要考慮材料的晶粒取向性，通常采用區熔法制備具有晶粒取向的晶體材料，但由于區熔時液相向固相的轉變過程中常常會出現成分偏析，加之熔融狀態的鉍、碲等低熔點元素易揮發，使制備得到的碲鉍基熱電材料的力學性能較差。

為了克服上述技術的缺點，現有技術采用區熔生長和熱壓相結合的方法制備碲鉍基熱電材料。如申請號為200610154816.5的中國專利公開了一種碲化鉍基熱電材料的制備工藝，包括：用區熔法制備碲化鉍基晶體材料，采用區熔的溫度為700℃～800℃，升溫速率為25℃/min，區熔寬度為30mm～40mm，溫度梯度為25℃/cm～50℃/cm，生長速度為25mm/h～30mm/h；將得到的晶體材料置于質量濃度為10％～15％的氫氟酸溶液中浸泡30分鐘，取出后用酒精和去離子水清洗，直至其表面的pH值為7，在真空中干燥；或直接采取機械打磨的方式，以去除表面的氧化物雜質層；將上述處理后的晶體材料進行粉碎，得到粉體；采用標準篩對粉體進行過篩，使所述粉體形成不同的粒度分布，選取初始粒度為180微米～380微米的粉體、120微米～180微米的粉體或96微米～120微米的粉體為原料進行熱壓燒結，采用的燒結溫度為330℃～550℃，升溫速率為10℃/min～100℃/min，保溫時間為5分鐘～120分鐘，燒結壓力為60MPa～80MPa。

現有技術提供的這種方法制備得到的碲鉍基熱電材料雖然具有較好的力學性能，但是其熱電性能較差。因此，現有技術提供的碲鉍基熱電材料不能同時具有較好的熱電性能和力學性能。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種碲鉍基熱電材料的制備方法，本發明提供的方法制備得到的碲鉍基熱電材料同時具有較好的熱電性能和力學性能。

本發明提供了一種碲鉍基熱電材料的制備方法，包括：

將碲鉍基晶體材料進行熱壓，得到碲鉍基熱電材料；

所述碲鉍基晶體材料具有式I所示的通式：

Te₃Bi_xSb_2-x式I；

式I中，0.4≤x≤0.6；

所述碲鉍基晶體材料的晶粒尺寸為50微米～150微米；

所述熱壓的溫度為320℃～580℃，所述熱壓的保溫時間為5分鐘～180分鐘。

優選的，所述碲鉍基晶體材料的晶粒尺寸為80微米～120微米。

優選的，所述碲鉍基晶體材料的制備方法為：

將碲源、鉍源和銻源熔煉，得到合金液；

將所述合金液進行冷淬，得到碲鉍基晶體材料。

優選的，所述熔煉的溫度為600℃～900℃；

所述熔煉的時間為15分鐘～480分鐘。

優選的，所述冷淬的方法為水冷，所述水冷時水的溫度為20℃～30℃。

優選的，將所述碲鉍基晶體材料進行熱壓之前，還包括：

將所述碲鉍基晶體材料進行粉碎，得到碲鉍基粉體材料，所述碲鉍基粉體材料的粒度為80微米～150微米。

優選的，所述粉碎的方法為交叉敲擊式粉碎。

優選的，所述熱壓的壓力為2MPa～35MPa。

優選的，所述熱壓的升溫速率為5℃/min～100℃/min。

本發明提供了一種熱壓模具，包括：

上模頭，模腔，下模頭；

所述上模頭和下模頭能夠嵌入到所述模腔的內部；

與所述模腔連接的冷卻裝置；

設置在所述模腔上的加熱裝置。