電弧熔煉—粉末冶金制備Fe摻雜高錳硅化物熱電材料.pdf

1、熱電材料是一種能夠?qū)崿F(xiàn)熱能和電能直接相互轉(zhuǎn)換的功能材料。傳統(tǒng)的熱電材料所用原料昂貴且有毒性，高錳硅化物(HMS)材料以其化學(xué)穩(wěn)定性好、抗氧化性能優(yōu)異、無毒無污染、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)廢熱余熱的利用方面具有很高的應(yīng)用價(jià)值，是一種應(yīng)用前景廣闊的中溫區(qū)熱電材料。目前國內(nèi)外在HMS熱電材料的研究主要集中在薄膜制備方面，但成本高昂，工藝復(fù)雜，不易產(chǎn)業(yè)化。而采用電弧熔煉-粉末冶金法制備塊體材料是克服上述缺點(diǎn)可能途徑。本文采用電弧熔煉-粉末冶金法制

2、備HMS塊體材料，分析了制備過程中材料的物相、形貌和微觀結(jié)構(gòu)等因素對材料成型的影響，并考察了所得塊體熱電性能的變化規(guī)律。同時(shí)研究了Fe原子摻雜對HMS晶格參數(shù)和熱電性能的影響。
　　 電弧熔煉得到的純度較高的HMS鑄錠作為粉末冶金法制備HMS塊體的原料。采用氬氣保護(hù)干磨的方法，球磨100h后得到的顆粒呈現(xiàn)出較圓潤的球形，且物相單一，粒徑大小均勻。冷壓燒結(jié)過程中，合適的壓制壓力為720MPa，燒結(jié)溫度為1150℃，同時(shí)燒結(jié)時(shí)間的延

3、長提高了塊體致密性，能夠得到較純凈的HMS塊體材料。熱壓燒結(jié)時(shí)，1000℃為合適的燒結(jié)溫度，并選用50MPa作為熱壓燒結(jié)壓力，熱壓得到HMS試樣的ZT值隨溫度先增大后減小，在750K出現(xiàn)最大值，達(dá)到0.33。
　　 Fe原子在HMS中替代Mn原子的位置。HMS的晶格參數(shù)和Fe的摻雜量呈線性關(guān)系，在x≈0.3時(shí)，HMS中的Fe原子達(dá)到飽和。Fe原子的摻雜對HMS熱導(dǎo)率的影響主要是對晶格熱導(dǎo)率的影響，熱導(dǎo)率隨Fe含量的增加而降低。F