[發明專利]一種碲化鉍基熱電材料的3D打印件的前驅體粉末及其制備方法

在審

• 申請號: 202210226890.2
• 申請日: 2022-03-08
• 公開（公告）號: CN114655937A
• 公開（公告）日: 2022-06-24
• 發明（設計）人: 唐軍;胡秋俊
• 申請（專利權）人: 成都露思特新材料科技有限公司
• 主分類號: C01B19/00
• 分類號: C01B19/00;H01L35/16
• 代理公司: 成都蓉創智匯知識產權代理有限公司 51276
• 代理人: 譚新民

本申請公開了一種碲化鉍基熱電材料的3D打印件的前驅體粉末及其制備方法，所述碲化鉍基熱電材料的3D打印件的前驅體粉末為p型或n型碲化鉍基熱電材料等軸粉體經氣霧化制粉后的粉體。本申請碲化鉍基球形粉末合金化程度高、球形度好、粒徑范圍合適(10?53μm)、化學性質穩定，粉末整體流動性佳，可直接作為SLM打印工藝的前驅體粉末進行3D打印。

技術領域

本申請涉及一種碲化鉍基熱電材料的3D打印件的前驅體粉末及其制備方法。

背景技術

隨著全球工業化進程的迅猛發展，人們通過燃燒化石燃料獲取電能的需求也在顯著增加。然而，在化石燃料燃燒過程會產生多余的廢熱，同時排放的廢氣會導致全球變暖和氣候變化等環境問題。熱電材料可以直接實現熱能和電能的直接轉換，轉換過程沒有多余的污染產生，利用熱電材料制備的器件具有質量輕、無噪聲、無轉動部件、無振動并且其性能穩定、服役周期長等優點。熱電材料體系繁多，不同體系材料的服役溫區也不盡相同。其中，碲化鉍基熱電材料作為室溫/近室溫熱電材料是目前唯一實現商業化大面積應用的熱電材料，目前相關研究正受到國內外科學家的極大關注。

近些年來熱電研究工作者對碲化鉍基熱電材料研究不斷深使得其熱電性能不斷提升，但與其對應的熱電器件與裝置的發展卻停滯不前，主要原因是決定熱電器件規模化應用的關鍵不僅包括熱電材料性能提升，更涉及熱電器件制造關鍵核心技術。傳統的熱電器件制備方式是通過減材制造的手段，通過對熱電材料進行切割、焊接和組裝等相應步驟，同時成型件的幾何形狀也受限于規則平面形狀，難以實現具有曲面、中空等相關復雜結構，也不適合用于制備微小型器件。傳統熱電器件加工技術開發鏈長、工藝復雜、可靠性低、材料類利用率低；且在現實服役環境中，大多數熱源的形貌并不是呈現出規則平面，而是表現出一定曲度甚至不規則的表面形貌(如工業生產用圓形排氣管、火力發電廠鍋爐粗糙表面等)，得到的平面狀熱電材料制備的熱電器件無法與具有一定弧度的熱源端最大限度的實現熱接觸，從而導致部分熱量的缺失，導致其熱電能量轉換效率低下。復雜的制備工藝、較高的財力投入、較低的材料利用率、較低的產品性能穩定性以及較低的能量轉換效率，極大限度的限制了熱電材料從材料端到器件端的應用。因此，為了優化熱電器件工藝路線、提高材料利用率及熱電器件在使用環境下的熱電能量轉換效率，需要結合熱電轉換器件功率低、體積小、溫區寬的相關特點，設計滿足熱源的形狀，發展易于實現彈性設計、批量生產和高效運行的先進器件制造手段。基于數字模型設計和“離散/堆積”原理的快速成型技術即增材制造(3D打印)技術，與傳統的減材制造技術相比，采用逐層堆疊的方式對原材料的設計結構進行精確構建，該技術不但不受材料種類、零件形狀的限制，而且最大程度減少了原料損耗，可以快速實現金屬材料的一體成型。選區激光熔化(Selective Laser Melting，SLM)技術作為3D打印方式中最為成熟的技術之一，使用設定能量密度的激光束對特定區域的熱電材料金屬粉末進行選擇性的逐行、逐層熔化，從而實現所需要的熱電材料形狀和尺寸的成形制造。由于整個打印制造過程幾乎不存在原材料的浪費，因此可以對熱電材料形狀的定制從而實現熱電器件能量轉換效率的最大化。