[發明專利]一種高溫固相反應法制備FeSb2的方法

有效

• 申請號: 201811630784.0
• 申請日: 2018-12-29
• 公開（公告）號: CN109628784B
• 公開（公告）日: 2020-08-11
• 發明（設計）人: 秦丙克;籍永華;白志玲;宿太超;朱紅玉;張金柱
• 申請（專利權）人: 六盤水師范學院
• 主分類號: C22C1/04
• 分類號: C22C1/04;C22C12/00
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 段俊濤

一種高溫固相反應法制備FeSb₂的方法，其特征在于，按化學式FeSb₂的化學計量比取Fe粉和Sb粉，在球磨罐中真空球磨混料，之后取出粉壓成型，采用燒結模具組裝后，在真空氣氛爐內固相反應燒結。本發明在773～923K的溫度范圍內，利用高溫固相反應法考察了FeSb₂的制備規律。制備出的樣品進行了XRD和SEM分析，并對樣品的電阻率和Seebeck系數進行了測試分析，結果表明：在溫度610℃保溫3h的制備條件下，可以合成單相的多晶體化合物FeSb₂。制備出的樣品內部存在不均勻的微米級孔洞。樣品在測試溫度為923.15K時獲得最大的Seebeck系數36.34μV/k，并在此條件下獲得最大功率因子185.89μW/(m·k²)。

技術領域

本發明屬于熱電材料技術領域，特別涉及一種高溫固相反應法制備FeSb₂的方法。

背景技術

熱電材料是一種半導體功能材料，能夠實現熱能和電能的直接轉換。熱電材料因其廣泛的應用前景，成為功能材料領域的研究熱點之一。熱電材料的熱電性能表征，一般由無量綱的熱電優值ZT值(ZT＝S²σT/λ。式中的S、σ、λ和T分別為為Seebeck系數、電導率、熱導率和絕對溫度)來衡量熱電材料的性能優劣。一般熱電性質較高的熱電材料，需要具有較高的Seebeck系數、較高的電導率和較低的熱導率。

二元合金化合物FeSb₂在低溫下是帶隙比較窄的半導體，近年來在基礎物理和潛在應用方面都引起了廣泛的關注。有趣的行為之一是溫度相關的磁特性，強各向異性電學性質和巨大的塞貝克效應。FeSb₂一般的制備方法有：熔煉—淬火—退火—放電等離子體燒結(SPS)、高溫高壓，球磨—熱壓，固相反應—SPS，溶劑熱合等合成方法。傳統的制備方法均存在制備、退火周期長，制備工藝較為復雜等特點。高溫高壓制備方法具有加快反應速率，有效地阻止相偏析等優點，但是需要專門產生高壓條件的設備。

發明內容

為了克服上述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種高溫固相反應法制備FeSb₂的方法，利用普通真空氣氛爐和行星球磨機等簡單的實驗條件，基于球磨和高溫固相反應法，實現FeSb₂的快速制備，為方鈷礦型熱電材料的制備提供了一種技術參考。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種高溫固相反應法制備FeSb₂的方法，按化學式FeSb₂的化學計量比取Fe 粉和Sb粉，在球磨罐中真空球磨混料，之后取出粉壓成型，采用燒結模具組裝后，在真空氣氛爐內固相反應燒結。

采用的燒結模具由堵頭、隔離材料和缸體組成，粉壓成型的FeSb₂樣品設于其中。

所述堵頭采用純銅或高錳鋼材質；隔離材料采用氮化硼或氧化鋯材質；缸體采用耐熱鋼或不銹鋼材質。

所述粉壓成型得到直徑約a mm，高約h mm柱體樣品；堵頭直徑和缸體樣品內孔直徑為(a+5)mm左右的標準螺紋孔，缸體的外徑為樣品直徑a的1～6倍。

所述球磨罐為碳化鎢材質的硬質合金球磨罐，球料比約為30:1，研磨介質為無水乙醇，轉速約350r/min，混料時間1～4h。

所述燒結采用真空氣氛爐，在真空或惰性氣氛中固相反應燒結，燒結的溫度范圍773～923K，保溫時間1～180min。