區(qū)熔定向凝固Se摻雜Bi2Te3-In2Te3合金組織與熱電性能.pdf

1、Bi2Te3系化合物是目前室溫附近最具發(fā)展?jié)摿Φ囊活悷犭姴牧?，在熱電制冷及溫差發(fā)電方面具有廣闊的應(yīng)用前景。開發(fā)高熱電優(yōu)值（ZT）的Bi2Te3系合金一直是熱電材料領(lǐng)域研究的重要內(nèi)容之一。本文在前期開發(fā)的Bi-In-Te共晶合金基礎(chǔ)上，開發(fā)了Se摻雜Bi-In-Te新共晶合金，并采用區(qū)熔定向凝固技術(shù)，系統(tǒng)研究了Bi2Te3和In2Te3雙相共生組織形成與演化及其對電熱輸運(yùn)性能的影響規(guī)律。
　　研究表明，Se的加入導(dǎo)致Bi-In-Te

2、合金共晶點(diǎn)發(fā)生偏移，通過組分調(diào)整，獲得了不同Se含量摻雜后Bi-In-Te-Se四元合金的近共晶成分：Bi22.5In17.5Te58.5Se1.5和Bi25In15Te54Se6。進(jìn)一步對Bi22.5In17.5Te58.5Se1.5合金分別在3μm/s、5μm/s、10μm/s和20μm/s的抽拉速度下進(jìn)行區(qū)熔定向凝固發(fā)現(xiàn)，由于Se的加入，共晶組織逐漸由層片狀變成了棒狀組織。在抽拉速度為3μm/s和5μm/s時，穩(wěn)態(tài)區(qū)組織較好，共晶

3、兩相沿與最大熱流平行的方向保持穩(wěn)定的共生生長；當(dāng)抽拉速度增大到10μm/s時，組織中開始出現(xiàn)其它生長方向的雜晶；當(dāng)抽拉速度進(jìn)一步增大到20μm/s，出現(xiàn)了大量的初生相，因此，低速有利于Bi22.5In17.5Te58.5Se1.5近共晶合金的共生生長。Bi25In15Te54Se6合金在3μm/s區(qū)熔定向凝固后，也獲得了規(guī)則的兩相共生生長組織。
　　通過對上述兩類區(qū)熔定向凝固合金的電熱輸運(yùn)性能進(jìn)行測試表明，Se摻雜后可以優(yōu)化合金中

4、載流子的濃度，同時還能引起晶格發(fā)生畸變，造成大量晶體缺陷，加強(qiáng)對聲子的散射從而提高合金的熱電性能。Bi-In-Te-Se共晶合金具有顯著低的晶格熱導(dǎo)率，主要是因?yàn)楣簿上嗌L引入了大量的相界面，界面密度的明顯增加，有利增強(qiáng)對聲子的散射，降低熱導(dǎo)。當(dāng)Se摻雜量為1.5at.％時，Bi22.5In17.5Te58.5Se1.5近共晶合金與Bi23In17Te60共晶合金相比，ZT值顯著提高，其中平均ZT值增大了60%，最大ZT值增大了50%