[發明專利]一種MgAgSb系熱電材料的制備方法

有效

• 申請號: 201810708757.4
• 申請日: 2018-07-02
• 公開（公告）號: CN108950347B
• 公開（公告）日: 2020-08-04
• 發明（設計）人: 楊君友;辛集武;姜慶輝;李思慧;陳穎;李鑫;李蘇維;舒亮
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: C22C30/00
• 分類號: C22C30/00;C22C1/02;C22C1/04;C22F1/00;H01L35/18;H01L35/34
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 許恒恒;李智

本發明公開了一種MgAgSb系熱電材料的制備方法，該方法具體包括以下步驟：(1)配比原料粉末裝入石墨坩堝中，放置在真空微波燒結爐中，在950℃～1000℃保溫至少20min進行微波熔煉，冷卻后獲得初始熔錠；(2)將熔錠磨碎之后得到的合金粉末裝入模具中，進行熱壓燒結致密成型，燒結溫度為450℃～500℃得致密成型的塊體；(3)將塊體在543K～573K下處理至少5天進行微波燒結退火，即可得到單相α?MgAgSb系熱電材料。本發明通過對制備方法關鍵的整體流程工藝設計進行改進，采用微波熔煉結合微波燒結工藝來制備MgAgSb系熱電材料，并對微波熔煉及微波燒結工藝所采用的條件參數進行優化，可制備得到α?MgAgSb系熱電材料。

技術領域

本發明屬于熱電材料的制備技術領域，更具體地，涉及一種MgAgSb系熱電材料的制備方法。

背景技術

隨著能源環境問題的日益凸顯，MgAgSb系熱電材料由于其組成元素地殼儲量豐富，逐漸受到廣泛關注，被視為最有潛力的近室溫熱電材料之一。MgAgSb具有復雜相變，從室溫到高溫，分別存在half-heusler結構的高溫相γ-MgAgSb，Cu₂Sb結構的中溫相β-MgAgSb，四方結構的α-MgAgSb，但是只有室溫相α-MgAgSb表現出良好的熱電性能。對于α-MgAgSb材料，Mg、Ag兩組成元素熔點相差很大，現有的熔煉制備方法存在一定的困難，此外，熔煉后還需要長時間的高溫保溫處理14天方能得到所需的α-MgAgSb材料。α-MgAgSb系熱電材料的制備通常采用高溫熔煉法和機械合金化法(見①Ying,P.,Liu,X.,Fu,C.,Yue,X.,Xie,H.,Zhao,X.,et al.Chemistry of Materials，2015，27(3)：909-913；②Liu,Z.,Mao,J.,Sui,J.,et al，EnergyEnvironmental Science，2018.)，但這兩種傳統制備α-MgAgSb方法及α-MgAgSb材料本身當前存在以下主要問題：(1)高溫熔煉法制備周期長、能耗高、成本高。(2)機械合金化法制備過程中，粉末容易粘在磨球或者球磨罐內部，容易存在第一步球磨中的MgAg等雜相，不利于控制試樣的具體成分含量。(3)在機械合金化法的高能條件下，極細的合金粉末很容易發生劇烈的化學反應，對人身與財產安全產生威脅。因此，尋求一種高效、節能，低成本的制備工藝非常重要。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明的目的在于提供一種MgAgSb系熱電材料的制備方法，其中通過對制備方法關鍵的整體流程工藝設計進行改進，采用微波熔煉結合微波燒結工藝來制備MgAgSb系熱電材料，并對微波熔煉及微波燒結工藝所采用的條件參數(如處理溫度及時間等)進行優化，可制備得到α-MgAgSb系熱電材料，該方法可以減少能耗、縮短α-MgAgSb化合物制備時間至5天，同時獲得單相α-MgAgSb化合物的制備方法。

為實現上述目的，按照本發明，提供了一種MgAgSb系熱電材料的制備方法，其特征在于，具體包括以下步驟：

(1)將純度不低于99.9％的Mg單質粉末、Ag單質粉末及Sb單質粉末按原子比Mg∶Ag∶Sb＝(1+x)∶(0.97+0.5x)∶(0.99+0.5x)配比，裝入石墨坩堝中，放置在真空微波燒結爐中，充入惰性流動性氣氛，然后升溫至950℃～1000℃保溫至少20min進行微波熔煉，冷卻后獲得初始熔錠；

其中，0≤x≤0.02；

(2)將所述步驟(1)得到的所述初始熔錠磨碎之后得到的合金粉末裝入模具中，在真空熱壓燒結爐中于惰性氣體的保護下進行熱壓燒結致密成型，燒結溫度為450℃～500℃，保溫時間不低于30min，保溫階段的壓強不低于120MPa，從而得到致密成型之后的塊體；

(3)將所述步驟(2)得到的所述塊體放置在真空微波燒結爐中，通入惰性氣體保護，然后在270℃～300℃下處理至少5天進行微波燒結退火，即可得到MgAgSb系熱電材料。