熱擠壓法制備Bi-,2-Te-,3-基熱電材料及其性能研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、作為研究最早,目前最為成熟,實用性最廣泛的熱電材料,Bi2Te3基化合物一直受到人們的廣泛關(guān)注。已有研究表明,區(qū)熔法能夠制備得到取向性比較好的Bi2Te3基熱電材料,沿平行于晶體生長方向上的性能比較好,最大熱電優(yōu)值ZT約為1左右。但是區(qū)熔法制備得到的Bi2Te3基熱電材料具有明顯的各向異性,熱電性能較好的方向機械性能較差,不適合于熱電器件的生產(chǎn)。因此對于Bi2Te3基熱電材料而言,如何尋求新的工藝,在保持良好熱電性能的同時提高其機械強度

2、以便于加工成為新的研究重點。
   本文采用區(qū)熔法制備p型Bi0.5Sb1.5Te3和n型Bi2Se021Te2.79熱電材料,然后采用真空熱壓爐對區(qū)熔法制備得到的Bi2Te3基熱電材料進行熱擠壓成型處理。已有理論和研究表明熱擠壓法能夠通過擠壓變形產(chǎn)生大量的缺陷引發(fā)材料的再結(jié)晶,從而細化晶粒獲得很高的致密度和優(yōu)異的機械性能,而且塑性變形過程能夠獲得一定程度的取向,有利于提高熱電性能。熱擠壓之前我們利用有限元分析軟件對熱擠壓過程進

3、行了模擬和實驗條件的初步探索,擠壓后應(yīng)用XRD、SEM等手段對制備得到的樣品進行了觀察和分析,測試了其熱電性能和機械性能,研究了熱擠壓的工藝制度,探討了微觀結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系。
   模擬結(jié)果表明大的倒角、大的擠壓比、小的擠壓角能夠有效減少變徑部分材料的變形速率,得到表面質(zhì)量較好的材料。實驗結(jié)果表明:熱擠壓溫度為350~450℃時能夠得到表面質(zhì)量較好的材料,同時隨擠壓溫度升高,材料的性能變好。區(qū)熔實驗中,得到的樣品在300K時

4、p型最大的熱電優(yōu)值ZT為0.98,n型為0.79。熱擠壓實驗中,倒角為5mm,擠壓角為60°,擠壓比9∶1,擠壓溫度450℃時得到的熱擠壓的樣品質(zhì)量最好,300K時p型最大的熱電優(yōu)值ZT為0.94,n型為0.74。
   為了進一步提高材料的性能,我們又嘗試了對熱擠壓樣品在SPS設(shè)備中進行熱煅處理,處理后樣品的電性能有較大幅度提升,其中熱煅溫度425℃,壓力35MPa時得到的樣品在300K時功率因子達到4.71×10-3W/mK

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