[發(fā)明專(zhuān)利]一種高效制單相Mg2

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011177936.3
• 申請(qǐng)日: 2020-10-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112410631A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-02-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李鑫;謝輝;張亞龍;李天麒
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 西安航空學(xué)院
• 主分類(lèi)號(hào): C22C23/00
• 分類(lèi)號(hào): C22C23/00;C22C1/02;C22F1/06;C30B28/06;C30B28/08;C30B29/52;C30B11/00;C30B13/20;H01L35/20;H01L35/34
• 代理公司: 鄭州裕晟知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 41142
• 代理人: 徐志威

本發(fā)明涉及一種高效制單相Mg₂(Si，Sn)基中溫?zé)犭姴牧系姆椒ǎㄒ韵虏襟E：1)配料：按照合金原子比Mg∶Sn/Si＝2∶1進(jìn)行配料，2)原始鑄錠熔煉：在?0.5MPa氬氣氣氛下，加熱到1500℃，使混合均勻的Si和Sn顆粒在感應(yīng)熔煉坩堝中融化；澆注所得的鑄錠再重復(fù)熔煉2次得到原始鑄錠；3)高溫度梯度定向凝固：將原始鑄錠轉(zhuǎn)移至定向凝固裝置的石墨管中采用向下抽拉石墨管的方式進(jìn)行定向凝固，其中，熔區(qū)高度為15mm，加熱溫度為1200℃，溫度梯度為160?180K/cm，抽拉速度為1.0?1.2μm/s；本方法工藝流程簡(jiǎn)單、成本低、制備效率高、制得的成品合金中各成分均勻、工藝耗時(shí)較短，具有較好的應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于熱電材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高效制單相Mg₂(Si，Sn)基中溫?zé)犭姴牧系姆椒ā?/p>

背景技術(shù)

隨著全球工業(yè)化進(jìn)程的加速發(fā)展，資源短缺、環(huán)境污染和生態(tài)破壞成為人類(lèi)面臨的全球性危機(jī)。因此開(kāi)發(fā)環(huán)境友好型新能源材料來(lái)取代傳統(tǒng)化石燃料是當(dāng)前亟待解決的難題，而熱電功能材料作為一種可以將熱能和電能進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換的綠色新型能源材料，近年來(lái)受到了廣泛的關(guān)注。由熱電材料組成的熱電器件主要利用塞貝克(Seebeck)、珀?duì)栙N(Peltier)和湯姆遜(Thomson)三大熱電效應(yīng)實(shí)現(xiàn)溫差發(fā)電和通電制冷，此外，其還具有噪音低、無(wú)污染、運(yùn)行平穩(wěn)、可靠性高、反應(yīng)靈敏、維護(hù)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，在溫差發(fā)電和制冷領(lǐng)域有及其廣泛的應(yīng)用前景。

目前，熱電轉(zhuǎn)換技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于人造衛(wèi)星、航天飛船、以及軍事裝備等領(lǐng)域，紅外探測(cè)器、車(chē)載冰箱和計(jì)算機(jī)芯片等方面對(duì)熱電制冷技術(shù)有廣泛應(yīng)用。熱電材料的開(kāi)發(fā)已經(jīng)被列入長(zhǎng)期能源的開(kāi)發(fā)計(jì)劃，在全世界范圍內(nèi)科學(xué)家的不斷努力下，熱電材料的研究在近些年有了長(zhǎng)足進(jìn)步，熱電性能的提高方面也取得了顯著的成果。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)溫?zé)岵牧系木ЯＴ?00nm以下時(shí)，晶界散射可以有效降低晶格熱導(dǎo)率，從而提高熱電性能，但是作為中溫?zé)犭姴牧希浞蹨囟容^高，而經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的高溫?zé)崽幚恚豢杀苊獍l(fā)生晶粒的長(zhǎng)大，因此無(wú)法在長(zhǎng)時(shí)間服役過(guò)程中保持較高的熱電轉(zhuǎn)換效率。

Mg₂(Si，Sn)基熱電材料是適用于500-800K中溫區(qū)最有前途的n型熱電材料之一，其原材料儲(chǔ)量豐富，價(jià)格低廉且無(wú)毒無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)被研究者們所重視。但是由于Mg、Sn和Si的之間較大的熔點(diǎn)差以及Mg的揮發(fā)性，目前報(bào)道的制備方法都是基于粉末的固相反應(yīng)加燒結(jié)來(lái)制備微米甚至納米級(jí)別晶粒的塊體材料，很少有采用直接熔煉的方式進(jìn)行制備。如中國(guó)專(zhuān)利201410446023.5公開(kāi)了一種快速可控制備Mg-Si-Sn基熱電材料的方法，通過(guò)將粉狀配料混合均勻后壓片，一步固向，再經(jīng)放電等離子活化燒結(jié)得到Mg-Si-Sn基熱電材料。基于固相反應(yīng)法制備的塊體材料雖然經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的球磨混粉，仍無(wú)法保證合金中各成分法均勻性，因而組織中不可避免會(huì)出現(xiàn)第二相組織，從而影響材料的熱電性能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種使合金中各成分更加均勻的高效制單相Mg2(Si，Sn)基中溫?zé)犭姴牧系姆椒ā?/p>

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種高效制單相Mg₂(Si，Sn)基中溫?zé)犭姴牧系姆椒ǎㄒ韵虏襟E：

1)配料：按照合金原子比Mg∶Sn/Si＝2∶1進(jìn)行配料，由于Mg具有較強(qiáng)的揮發(fā)性，多加入5mol％的Mg進(jìn)行補(bǔ)償；

2)原始鑄錠熔煉：在-0.5MPa氬氣氣氛下，加熱到1500℃，使混合均勻的Si和Sn顆粒在感應(yīng)熔煉坩堝中融化，待Si和Sn粒熔化后再向感應(yīng)熔煉坩堝中加入Mg顆粒，所有金屬完全熔化后澆入銅模中得到鑄錠；澆注所得的鑄錠再重復(fù)熔煉2次得到原始鑄錠；