[發明專利]一種N型碲化鉍多晶塊體熱電材料的制備方法

在審

• 申請號: 202011192274.7
• 申請日: 2020-10-30
• 公開（公告）號: CN112289919A
• 公開（公告）日: 2021-01-29
• 發明（設計）人: 孔繁宇;侯旭峰;任保國
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第十八研究所
• 主分類號: H01L35/34
• 分類號: H01L35/34;H01L35/16;H01L35/18
• 代理公司: 天津諾德知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 12213
• 代理人: 欒志超

本發明提供一種N型碲化鉍多晶塊體熱電材料的制備方法，包括：按照一定化學計量比稱量所述小塊，將所述小塊混合后放入玻璃管中，抽真空將所述玻璃管進行密封；將密封好的所述玻璃管放入搖擺爐中進行高溫熔融，將得到的鑄錠在區熔爐中熔煉；將所述鑄錠進行研磨，得到粉末，將所述粉末用目篩進行過篩；將過篩后的所述粉末裝入模具中，冷壓成型，得到冷壓塊；將所述冷壓塊放入擠壓機中，所述擠壓機對所述冷壓塊進行熱擠壓，得到N型碲化鉍多晶塊體熱電材料。本發明的有益效果是有效的解決由于區熔碲化鉍材料的特殊結構，不能徹底細化晶粒，致使材料機械性能以及熱電性能變差，造成溫差電致冷器的使用壽命及性能降低的問題。

技術領域

本發明屬于熱電材料技術領域，尤其是涉及一種N型碲化鉍多晶塊體熱電材料的制備方法。

背景技術

熱電材料是一種利用材料中載流子和晶格振動之間相互作用，實現熱能和電能直接相互轉換的功能材料。由熱電材料制作的溫差電致冷器具有無噪聲、無振動、不需制冷劑、體積小、重量輕等特點，且工作可靠，操作簡便，易于進行冷量調節。由于具有這一系列優點，溫差電致冷器在工業、農業、科學研究和國防等各領域都得到了廣泛的應用。

現有碲化鉍塊體制備主要有如下幾種方法：區域熔煉法、單晶提拉法、粉末冶金法和原位合成法。采用區域熔煉法制備出來的碲化鉍警惕取向性良好，其生長方向的熱電性能最佳。但由于碲化鉍中相鄰的兩個循環之間的Te(l)、Te(l)原子之間結合能較弱，以范德華力相結合，使其容易沿(0001)面發生解理，導致碲化鉍晶體機械性能差，這種情況在N型材料中尤為嚴重，造成溫差電致冷器的使用壽命及性能降低。而采用粉末冶金制備多晶樣品能夠有效減弱碲化鉍的各向異性，提升其機械性能，但是也弱化了材料的熱電性能。在現有技術中，將原料熔煉后直接燒結擠壓成碲化鉍熱電材料，這種方式不能徹底細化晶粒，使得材料的機械性能和熱電性能差。

發明內容

本發明要解決的問題是提供一種N型碲化鉍多晶塊體熱電材料的制備方法，有效的解決由于區熔碲化鉍材料的特殊結構，不能徹底細化晶粒，致使材料機械性能以及熱電性能變差，造成溫差電致冷器的使用壽命及性能降低的問題。

為解決上述問題，本發明采用的技術方案為：一種N型碲化鉍多晶塊體熱電材料的制備方法，包括以下步驟：S1：將原料破碎成直徑不超過30mm的小塊，取所述小塊放置在濾紙上；S2：按照一定化學計量比稱量所述小塊，將所述小塊混合后放入玻璃管中，抽真空將所述玻璃管進行密封；S3：將密封好的所述玻璃管放入搖擺爐中進行高溫熔融，將得到的鑄錠在區熔爐中熔煉；S4：將所述鑄錠進行研磨，得到粉末，將所述粉末用目篩進行過篩；S5：將過篩后的所述粉末裝入模具中，冷壓成型，得到冷壓塊；S6：將所述冷壓塊放入擠壓機中，所述擠壓機對所述冷壓塊進行熱擠壓，得到N型碲化鉍多晶塊體熱電材料。

優選地，所述原料為Bi、Te和Se單質的組合。

優選地，所述步驟S2中，所述化學計量比為Bi₂Te_3-xSe_x(0.1＜x≤0.2)。

優選地，所述步驟S3中，所述玻璃管在高溫熔融中熔融溫度為700℃-900℃，熔融時間為1-5h；所述鑄錠在所述區熔爐中熔煉溫度為600-800℃，升溫速率為20-30℃/min，溫度梯度為20-40℃/cm，生長速率為25-30mm/h。

優選地，所述步驟S4中，所述研磨方式為球磨，將熔煉好的所述鑄錠放入球磨機中，通入保護氣氛后進行球磨，球磨時間為2-24h。

優選地，所述步驟S4中，所述保護氣氛為氦氣、氬氣、氮氣和氫氬混合氣中一種或多種組合。

優選地，所述步驟S4中，所述目篩規格為80-300目。

優選地，所述步驟S5中，所述粉末冷壓成型的壓力為150-250MPa。