[發明專利]一種激光快速制備Half-Heusler材料的方法

有效

• 申請號: 201710585659.1
• 申請日: 2017-07-18
• 公開（公告）號: CN107475546B
• 公開（公告）日: 2019-09-13
• 發明（設計）人: 陳立東;邢云飛;柏勝強;劉睿恒
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海硅酸鹽研究所
• 主分類號: C22C1/04
• 分類號: C22C1/04;C22C30/00;B22F1/00
• 代理公司: 上海瀚橋專利代理事務所(普通合伙) 31261
• 代理人: 曹芳玲;鄭優麗

本發明涉及一種激光快速制備Half?Heusler材料的方法，包括：按照Half?Heusler化合物的化學通式ABX稱取A、B、X的粉末原料，混合后并置于坩堝模具中；將裝有粉末原料的坩堝模具置于真空或惰性氣氛中，利用激光熔融技術得到Half?heusler材料的鑄錠，所述激光熔融技術為通過選區激光加熱使粉末原料快速熔融；將所得鑄錠研磨成粉、過篩后，再進行放電等離子體燒結，得到所述Half?Heusler材料。本發明首次結合激光制備技術和放電等離子燒結技SPS術制備高性能Half?Heusler材料，該方法具有速度快，對設備要求低，能耗小、適合大批量生產的特點。

技術領域

本發明屬于新能源材料領域，具體涉及一種激光快速制備Half-Heusler材料的方法。

背景技術

熱電材料是一種可以直接將熱能和電能互相轉換的環境友好型材料，它具有結構簡單，體積小，可靠性高，無環境污染的特點。正是因為以上的特點，近些年來紛紛發展熱電材料，目前已經應用于太陽能，工業余熱利用、汽車尾氣收集的系統，同時熱電器件在很早開始就被廣泛的用于航空航天，高溫超導等領域，例如放射性元素供熱電發電器(RTG)是目前唯一的太空探測器供電系統，目前已經成功地運用在美國NASA發射的“伽利略號火星探測器”和“旅行者一號”等宇航器上。但是目前商業化應用的一些熱電材料，比如Bi₂Te₃、PbTe、GeSi等熱電材料，由于組成元素價格昂貴、地殼儲量極少，以及制備過程較漫長并且制備工藝較為繁瑣仍難獲得廣泛應用，所以開發制備價格低廉，元素儲量豐富的熱電材料具有很重要意義。

具有MgAgAs結構的三元金屬間化合物都為Half-Heusler化合物，結構為面心立方，其空間群為F-43m，該體系的化學通式為ABX，其中當體系的總價電子數(VEC)等于18時，這一類的Half-Heusler結構體系一般具有窄帶半導體的性質，具有不錯的熱電性能。近年來新開發的Half-Heusler一類的熱電材料具有優異的電學和機械性能、熱穩定性能和較為廉價的優點而備受關注。

目前Half-Heusler材料的制備的方法主要有高溫熔融結合燒結的方式，由于其原料通常同時含有高熔點的難溶金屬和低熔點金屬，如Nb、Ti、Ta等金屬熔點在2000℃以上，而Sn等金屬熔點僅為232℃，一些高溫熔融工藝如電弧熔煉、感應懸浮熔煉雖可以將難融金屬融化，但同時導致低熔點金屬大量揮發，從而導致成分缺失；而普通高頻熔融、或密封后加熱爐熔融又無法將難融金屬融化，進而造成混合不均及最終成分的偏析，之后長時間均勻化退火不僅效果不佳還會造成成本的大幅增加。近期有報道利用熱爆反應快速合成Half-Heusler材料，能夠較為快速和低成本的實現Half-Heusler材料的批量化生產，但是實現熱爆反應本身需要滿足苛刻的動力學和熱力學條件，即反應放熱所得的絕熱溫度要達到反應勢壘溫度以上，這些條件與粉體的本身性質、粉體粒度、材料的導熱系數以及引燃條件有關，并非所有的Half-Heusler體系都能夠達到自爆反應合成所需的動力學和熱力學條件。此外熱爆反應速度非常迅速，速度難以控制，容易造成成分的偏析及反應殘留。綜上所述，傳統的制備工藝不僅較為繁瑣，有的制備工藝對于設備的要求很高，制備成本較為昂貴，新型的制備工藝，能夠一定程度上滿足大批量低成本的要求，但是在優化性能上仍然有不足，急需進一步開發新的制備工藝以滿足Half-Heusler材料快速經濟、成分穩定可控的制備要求。

發明內容

針對上述制備Half-Heusler材料的不足之處，本發明的目的在于提供一種制備速度快，能耗較少，對設備要求低，可用于批量生產的Half-Heusler材料的方法。

一方面，本發明提供了一種激光快速制備Half-Heusler材料的方法，包括：

按照Half-Heusler化合物的化學通式ABX稱取A、B、X的粉末原料，混合后并置于坩堝模具中；