[發(fā)明專利]一種關(guān)于Mg-Si-Sn-Sb基熱電材料的快速非平衡制備方法

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• 申請日: 2020-10-29
• 公開（公告）號: CN112279652A
• 公開（公告）日: 2021-01-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 尹康;賀顯聰;朱睿健
• 申請（專利權(quán)）人: 南京工程學(xué)院
• 主分類號: C04B35/58
• 分類號: C04B35/58;C04B35/622;C04B35/626;C04B35/64
• 代理公司: 南京燦爛知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 32356
• 代理人: 吳亞

1.一種關(guān)于Mg-Si-Sn-Sb基熱電材料的快速非平衡制備方法，其特征在于，包含以下步驟：

(1)配料預(yù)壓成型：在充有氬氣的手套箱中，按化學(xué)式Mg_2(1+z)(Si_1-xSn_x)_1-ySb_y中各元素的化學(xué)計量比稱取Mg粉、Si粉、Mg₂Si粉、Sn粉及Sb粉，其中0≤x≤1.0，0≤y≤0.025，0≤z≤0.12；原料混合均勻后裝入高強(qiáng)石墨模具中，并預(yù)壓成型。

(2)燒結(jié)：將裝有原料的石墨模具置于放電等離子燒結(jié)系統(tǒng)中，對燒結(jié)腔體進(jìn)行抽真空操作，保證真空度≤5Pa，抽真空時間不少于10min；調(diào)節(jié)放電等離子燒結(jié)系統(tǒng)的液壓系統(tǒng)，對石墨模具上下兩端施加10MPa的軸向預(yù)壓力；然后調(diào)節(jié)燒結(jié)電流、電壓，加熱模具至903K，并迅速調(diào)節(jié)壓力至30MPa，保溫5min，隨爐冷卻；

(3)切割打磨：從石墨模具中取出樣品，并采用低速金剛石切割機(jī)進(jìn)行切割，然后采用砂紙打磨、拋光即可得到高性能的Mg-Si-Sn-Sb基塊體熱電材料。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種關(guān)于Mg-Si-Sn-Sb基熱電材料的快速非平衡制備方法，其特征在于，所述原料Mg粉、Si粉、Mg₂Si粉、Sn粉、Sb粉的純度不低于98％，且Si粉與Mg₂Si粉的物質(zhì)的量之比介于1：4至1：1。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種關(guān)于Mg-Si-Sn-Sb基熱電材料的快速非平衡制備方法，其特征在于，所述預(yù)壓的工藝為：先在6MPa壓力下保壓5min，然后在8MPa壓力下保壓10min，預(yù)壓成型在手套箱中操作，目的是防止粉末原料在后續(xù)操作過程中從模具縫隙中撒漏出來。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種關(guān)于Mg-Si-Sn-Sb基熱電材料的快速非平衡制備方法，其特征在于，所述步驟(2)中升溫速率為50～80K/min，當(dāng)溫度達(dá)到873K時，模具中的粉末原料發(fā)生自蔓延反應(yīng)，放電等離子燒結(jié)系統(tǒng)的電壓、電流示數(shù)發(fā)生劇烈波動，此時不再增加燒結(jié)電壓、電流，而是利用自蔓延反應(yīng)放熱維持樣品升溫至903K。在樣品發(fā)生自蔓延反應(yīng)時，需要快速加壓，便于排出氣孔，迅速燒結(jié)成型。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種關(guān)于Mg-Si-Sn-Sb基熱電材料的快速非平衡制備方法，在1h以內(nèi)即可得到高性能Mg-Si-Sn-Sb基熱電材料。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種關(guān)于Mg-Si-Sn-Sb基熱電材料的快速非平衡制備方法，其特征在于，所述高性能Mg-Si-Sn-Sb基熱電材料化學(xué)組成為Mg_2.24(Si_0.3Sn_0.7)_0.98Sb_0.02時材料具有奇特的微結(jié)構(gòu)，材料中出現(xiàn)了大量呈蛛網(wǎng)狀分布的富Mg₂Si原位納米第二相；同時材料具有較好的熱電性能，在750K的熱電優(yōu)值ZT為1.20。