[發明專利]一種P型熱電材料GeSi靶材及其制備方法

有效

• 申請號: 202111083905.6
• 申請日: 2021-09-15
• 公開（公告）號: CN113897503B
• 公開（公告）日: 2022-10-04
• 發明（設計）人: 沈文興;白平平;童培云
• 申請（專利權）人: 先導薄膜材料（廣東）有限公司
• 主分類號: C22C1/02
• 分類號: C22C1/02;C22C1/05;B22F9/04;B22F3/14;C22C28/00
• 代理公司: 廣州三環專利商標代理有限公司 44202
• 代理人: 顏希文;郝傳鑫

本發明公開了一種P型熱電材料GeSi靶材及其制備方法，涉及合金靶材技術領域，所述制備方法包括如下步驟：(1)將鍺顆粒、硅顆粒放入磁懸浮感應熔煉爐中加熱至熔化，保溫，水冷，得到鍺硅合金錠；(2)破碎鍺硅合金錠，球磨，得到鍺硅合金粉，加入硼粉，所述硼粉占鍺硅合金粉的質量分數為0.3～1.5％，均質，得到摻硼鍺硅合金粉；(3)將摻硼鍺硅合金粉放入模具中，在真空熱壓爐中預壓以排除模具中的空氣，得到摻硼鍺硅合金坯體；關閉爐門，抽真空，升溫至1300～1400℃后保溫，保溫30～60min后加壓，壓力為30～35MPa，保溫保壓60～90min，降壓，冷卻，得到所述GeSi靶材。由本發明所述方法制備的GeSi靶材的相對密度均可達到98％以上，氧含量低于500ppm，電阻率小于0.001Ω·cm，組分均勻。

技術領域

本發明涉及合金靶材技術領域，尤其涉及一種P型熱電材料GeSi靶材及其制備方法。

背景技術

熱電材料又叫溫差電材料，具有交叉耦合的熱電輸送性質，是一類具有熱效應和電效應相互轉化作用的新型功能材料，利用熱電材料這種性質，可將熱能和電能直接相互轉化的半導體功能材料。由熱電材料做成的熱電器件具有體積小、重量輕、無污染、無噪音、安全可靠等優點，具有十分廣泛的應用前景。

目前研究較為成熟的且適用高溫體系的熱電材料為GeSi合金，其已經于制造放射性同位素供熱的溫差發電器中實際應用。然而硅鍺合金可以任意比例完全互溶的替代式固溶體，在一個較寬的溫度范圍內進行結晶過程，此過程十分容易造成成分偏析，嚴重時會形成分相，通過后續的高溫熱處理等方式也很難將已形成成分偏析的合金消除，這嚴重影響熱電材料的性能。

專利CN 101550495 B，采用鍺、硅及其摻雜物粉作為原料，經均質混料、壓片熔煉、制粉、均質混料、固相反應等工序制備硅鍺合金。該方法制備工序繁瑣，且易在制粉、均質環節引入雜質，導致靶材純度不夠等問題；操作難度大，雖較熔煉法制備鍺硅合金有所提升，但仍然存在成分的偏析現象，出現富Ge區域。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術的不足之處而提供一種成分均勻、致密度高、氧含量低、電阻率低的P型熱電材料GeSi靶材及其制備方法。

為實現上述目的，本發明所采取的技術方案為：

一種P型熱電材料GeSi靶材的制備方法，包括如下步驟：

(1)將鍺顆粒、硅顆粒放入磁懸浮感應熔煉爐中加熱至熔化，保溫，水冷，得到鍺硅合金錠；

(2)破碎鍺硅合金錠，然后球磨，得到鍺硅合金粉，加入硼粉，所述硼粉占鍺硅合金粉的質量分數為0.3～1.5％，均質，得到摻硼鍺硅合金粉；

(3)將摻硼鍺硅合金粉放入模具中，在真空熱壓爐中預壓以排除模具中的空氣，得到摻硼鍺硅合金坯體；關閉爐門，抽真空，升溫至1300～1400℃后保溫，保溫30～60min后加壓，壓力為30～35MPa，保溫保壓60～90min，降壓，冷卻，得到所述GeSi靶材。

鍺硅合金為無限固溶體，在一個較寬的溫度范圍內進行結晶過程，很容易造成成分偏析，本發明采用磁懸浮感應熔煉爐進行熔煉，將鍺硅合金溶液急冷得到無偏析的鍺硅合金錠，制備出的靶材的組分十分均勻。控制硼含量為0.3～1.5％，可以保證制備的鍺硅合金靶材具有良好的熱電性能。對真空熱壓條件進行上述限定可以保證靶材具有良好的穩定性、致密度，當參數條件不符合上述限定時，靶材易開裂、力學性能較差。

優選地，所述步驟(1)中，鍺顆粒和硅顆粒的質量比為20～40:60～80，鍺顆粒和硅顆粒的純度為4N以上。Ge、Si質量比會影響載流子的遷移率，當Ge、Si質量比為20～40:60～80時，可以保證制備出的產品具有良好的熱電性能。