[發明專利]一種垂直區熔爐及利用其制備鉍化鎂基熱電晶體的制備方法

有效

• 申請號: 202210136462.0
• 申請日: 2022-02-15
• 公開（公告）號: CN114481290B
• 公開（公告）日: 2023-05-23
• 發明（設計）人: 何佳清;胡明遠;王江舵
• 申請（專利權）人: 深圳熱電新能源科技有限公司
• 主分類號: C30B13/00
• 分類號: C30B13/00;C30B13/14;C30B29/52
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 潘登

1.一種鉍化鎂基熱電晶體的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括如下步驟：

（1）將Mg原料和Bi原料裝入坩堝，進行熔煉，直至坩堝內無固體；

（2）將坩堝底部移動至加熱模塊Ⅱ的中心，進行加熱；所述加熱時，加熱模塊Ⅰ的溫度為400-550℃；加熱模塊Ⅱ的溫度為850-950℃；加熱模塊Ⅲ的溫度為350-550℃；

（3）將坩堝下降，直至坩堝中熔體全部通過加熱模塊Ⅱ，得到鉍化鎂基熱電晶體；

所述制備方法在垂直區熔爐中通過垂直區熔法進行，所述垂直區熔爐自上而下依次包括加熱模塊Ⅰ、隔斷層Ⅰ、加熱模塊Ⅱ、隔斷層Ⅱ和加熱模塊Ⅲ；所述垂直區熔爐中使用的坩堝包括雙鍍碳石英管或氮化硼坩堝-石英管聯用；

所述雙鍍碳石英管的制備方法為：先采用丙酮熱解工藝將兩個不同尺寸的石英管分別鍍碳3~5次，再將小號石英管裝進大號石英管內進行真空封管，得到所述雙鍍碳石英管；

所述氮化硼坩堝-石英管的制備方法為：將氮化硼坩堝放進石英管內，并在氮化硼坩堝和石英管之間填充石英砂。

2.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述加熱模塊Ⅱ的厚度為30-50mm。

3.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述坩堝為氮化硼坩堝-石英管聯用時，氮化硼坩堝和石英管之間填充石英砂。

4.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟（1）所述Mg原料的摩爾占比為50-55%。

5.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟（1）還包括：將Sb原料裝入坩堝。

6.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟（1）所述熔煉的溫度為850-1050℃。

7.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟（1）所述熔煉時，加熱模塊Ⅰ、加熱模塊Ⅱ和加熱模塊Ⅲ的溫度相等。

8.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟（1）所述熔煉時，所述坩堝的旋轉速率為8-15rpm。

9.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述制備方法還包括：在步驟（1）所述熔煉結束后，步驟（2）之前，進行第一次冷卻。

10.根據權利要求9所述的制備方法，其特征在于，所述第一次冷卻的降溫速率為25-40℃/h。

11.根據權利要求9所述的制備方法，其特征在于，所述第一次冷卻的終點溫度為20-50℃。

12.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟（2）所述加熱的時間為12-24h。

13.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟（2）所述加熱時，隔斷層Ⅱ的兩側的溫度梯度≥60℃/cm。

14.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟（3）所述下降的速度為0.8-1mm/h。

15.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述制備方法還包括：在步驟（3）所述坩堝中熔體全部通過加熱模塊Ⅱ后，進行第二次冷卻。

16.根據權利要求15所述的制備方法，其特征在于，所述第二次冷卻的降溫速率為20-40℃/h。

17.根據權利要求15所述的制備方法，其特征在于，所述第二次冷卻的終點溫度為20-50℃。

18.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，采用垂直區熔爐通過垂直區熔法進行制備，所述垂直區熔爐自上而下依次包括加熱模塊Ⅰ、隔斷層Ⅰ、加熱模塊Ⅱ、隔斷層Ⅱ和加熱模塊Ⅲ；所述垂直區熔爐中使用的坩堝包括雙鍍碳石英管或氮化硼坩堝-石英管聯用；所述加熱模塊Ⅱ的厚度為30-50mm；所述制備方法包括如下步驟：

（1）將Mg原料、Bi原料和Sb原料裝入坩堝，控制坩堝的旋轉速率為8-15rpm，加熱模塊Ⅰ、加熱模塊Ⅱ和加熱模塊Ⅲ的溫度均在850-1050℃進行熔煉，直至坩堝內無固體后，以25-40℃/min的降溫速率進行第一次冷卻至終點溫度為20-50℃；

其中，Mg原料的摩爾占比為50-55%；Bi原料和Sb原料的摩爾占比之和為45-50%；

（2）將坩堝底部移動至加熱模塊Ⅱ的中心，控制加熱模塊Ⅰ的溫度為400-550℃，加熱模塊Ⅱ的溫度為850-950℃，加熱模塊Ⅲ的溫度為350-550℃進行加熱12-24h，以保持隔斷層Ⅱ的兩側的溫度梯度≥60℃/cm；

（3）以0.8-1mm/h的速度將坩堝下降，直至坩堝中熔體全部通過加熱模塊Ⅱ，以20-40℃/h的降溫速率進行第二次冷卻至終點溫度為20-50℃，得到鉍化鎂基熱電晶體。