用机械合金化冷压烧结法制备n型赝三元掺铒热电材料的方法技术

用机械合金化冷压烧结法制备n型赝三元掺铒热电材料的方法，它涉及一种制备热电材料的方法。本发明专利技术解决了现有热电材料易劈裂、机械性能差、材料成本高的技术问题。方法如下：一、将单质Bi、单质Sb、单质Te和单质Se混合，然后加入稀土元素Er，球磨，得到合金粉体；二、将合金粉体在室温下冷压成块体；三、将步骤二得到的冷压块体放入耐高温玻璃管中，烧结，随炉冷却至室温，即得n型赝三元掺铒热电材料。本发明专利技术方法制备的材料具有与取向晶体相近的温差电动势率，参照国家部颁标准测试其Seebeck系数可达200μVK-1，其电导率可达到55Ω-1cm-1，功率因子接近2μWcm-1K-2。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种制备热电材料的方法。
技术介绍
热电材料是一种新型的制冷材料，与传统机械制冷相比，它具有尺寸小、重量轻、无振动、无制冷剂等重要优点，被应用于小型制冷器、热敏器件和电热堆等很多领域。η型Bi,Sb,Te合金是性能优异的热电和磁电功能材料，是制备固态电制冷器件和磁电器的重要材料。Bi2Te3K合物及其固溶体是一种在室温下具有较高优值系数的热电材料，基于室温下优异的热电性能而被广泛用于温差电致冷。其制备方法目前主要采用提拉法、真空熔炼 法和Bridgman法等。这些方法要求金属原料纯度高，且生产成本高、生产周期长，制得的产品具有很强的各向异性，易沿着c轴解理断裂，在材料加工中材料损耗严重，机械性能差，使热电器件的可靠性降低。
技术实现思路
本专利技术为了解决现有热电材料易劈裂、机械性能差、器件生产成本高的技术问题，提供了一种用机械合金化冷压烧结法制备η型赝三元掺铒热电材料的方法。用机械合金化冷压烧结法制备η型赝三元掺铒热电材料的方法如下一、按Bi元素、Sb元素、Te元素与Se元素摩尔比为180 2 285 15的比例称取单质Bi、单质Sb、单质Te和单质Se,将单质Bi、单质Sb、单质Te和单质Se混合,然后加入稀土元素Er,得混合物,稀土元素Er的加入量是单质Bi、单质Sb、单质Te、单质Se和稀土元素Er总质量的O. 1% 2. 0%,将混合物粉碎至粒径为Imm IOmm,以石油醚为球磨介质，在转速为410r/min、球料比为10 I的条件下,机械球磨IOOh,得到合金粉体；二、将合金粉体在压力为170MPa、室温的条件下压成直径为10mm、高度为6mm 9mm的圆柱形冷压块体；三、将步骤二得到的冷压块体放入耐高温玻璃管中，抽真空至10_3Pa，密封，然后在350°C 500°C的条件下烧结30min 2h，随炉冷却至室温，即得η型赝三元掺铒热电材料。步骤一中所述单质Bi的纯度为99. 99 %。步骤一中所述单质Sb的纯度为99.99%。步骤一中所述单质Te的纯度为99.99%。步骤一中所述单质Se的纯度为99.99%。步骤一中所述单质Er的纯度为99.99%。本专利技术的优点在于I、本专利技术方法能够在室温下实现元素的化合，制备出合金超微粉体材料，获得其它技术不可能得到的组织结构。2、本专利技术制备的机械性能优良的赝三元热电材料，能够有效减少热电材料在切割过程中的劈裂现象，从而大幅度降低器件的成产成本。3、本专利技术方法制备材料过程中产生的晶界和孔隙对于降低材料的导热系数有利，而烧结过程可使晶界移动，有利于降低材料的孔隙率，增加材料的致密度，改善载流子的散射机构，从而有利于提高材料的电导率；此外，稀土 Er的掺杂可以改变材料的能带结构，增加带隙宽度，有利于提高材料的Seebeck系数。本专利技术方法制备的材料具有与取向晶体相近的温差电动势率，参照国家部颁标准测试其其Seebeck系数最优值可达200 μ Vr1，电导率最优值为55 Ω -1CnT1,功率因子接近2 μ WcnT1K-2。4、本专利技术制备工艺流程简单，对设备和工艺条件要求低，易于操作，可以明显降低材料的生产成本。5、本专利技术可以避免材料在熔融状态下由于Bi和Te元素的挥发引起材料成分偏析造成材料性能降低的问题。附图说明图I是实验一和实验二制备的用机械合金化冷压烧结法制备η型赝三元掺铒热电 材料的XRD图谱，图中A表示实验一制备的用机械合金化冷压烧结法制备η型赝三元掺铒热电材料的XRD图谱，B表示实验二制备的用机械合金化冷压烧结法制备η型赝三元掺铒热电材料的XRD图谱， 表示Er, 表示Er2Se3 ；图2是实验三中步骤二所得的冷压块体放大倍数为20. OK倍的SEM照片；图3是实验三中步骤二所得的冷压块体经400°C烧结所得η型赝三元掺铒热电材料放大倍数为20. OK倍的SEM照片；图4是实验三中步骤二所得的冷压块体经450°C烧结所得η型赝三元掺铒热电材料放大倍数为20. OK倍的SEM照片；图5是实验三中步骤二所得的冷压块体经500°C烧结所得η型赝三元掺铒热电材料放大倍数为20. OK倍的SEM照片。具体实施例方式本专利技术技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。具体实施方式一本实施方式用机械合金化冷压烧结法制备η型赝三元掺铒热电材料((Bi2Te3) ο.90 (Sb2Te3) ο. 05 (Sb2Se3) ο.05)的方法如下一、按Bi元素、Sb元素、Te元素与Se元素摩尔比为180 : 2 : 285 : 15的比例称取单质Bi、单质Sb、单质Te和单质Se,将单质Bi、单质Sb、单质Te和单质Se混合,然后加入稀土元素Er,得混合物,稀土元素Er的加入量是单质Bi、单质Sb、单质Te、单质Se和稀土元素Er总质量的O. 1% 2. 0%,将混合物粉碎至粒径为Imm IOmm,以石油醚为球磨介质，在转速为410r/min、球料比为10 I的条件下,机械球磨IOOh,得到合金粉体；二、将合金粉体在压力为170MPa、室温的条件下压成直径为10mm、高度为6mm 9mm的圆柱形冷压块体；三、将步骤二得到的冷压块体放入耐高温玻璃管中，抽真空至10_3Pa，密封，然后在350°C 500°C的条件下烧结30min 2h，随炉冷却至室温，即得η型赝三元掺铒热电材料。本实施方式中所用的球磨机为QM-ISP-CL型行星式球磨机。具体实施方式二 本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤一中所述单质Bi的纯度为99. 99%。其它与具体实施方式一相同。具体实施方式三本实施方式与具体实施方式一或二不同的是步骤一中所述单质Sb的纯度为99. 99%。其它与具体实施方式一或二相同。具体实施方式四本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是步骤一中所述单质Te的纯度为99. 99%。其它与具体实施方式一至三之一相同。具体实施方式五本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是步骤一中所述单质Se的纯度为99. 99%。其它与具体实施方式一至四之一相同。具体实施方式六本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是步骤一中所述单质Er的纯度为99.99%。其它与具体实施方式一至五之一相同。具体实施方式七本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是步骤一中所述稀土元素Er的加入量是单质Bi、单质Sb、单质Te、单质Se和稀土元素Er总质量的O. 5%。其它与具体实施方式一至六之一相同。具体实施方式八本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是步骤一中所述稀土元素Er的加入量是单质Bi、单质Sb、单质Te、单质Se和稀土元素Er总质量的I. 52%。其它与具体实施方式一至六之一相同。具体实施方式九本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是步骤三中在380°C 480°C的条件下烧结。其它与具体实施方式一至六之一相同。具体实施方式十本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是步骤三中在400 V的条件下烧结。其它与具体实施方式一至六之一相同。采用下述实验验证本专利技术效果实验一用机械合金化冷压烧结法制备η型赝三元掺铒热电材料的方法如下一、依照化学式(Bi2Te3)0^0(Sb2Te3) ο.O5 (Sb2Se3) ο. O5 按 Bi 元素、本文档来自技高网...

【技术保护点】
用机械合金化冷压烧结法制备n型赝三元掺铒热电材料的方法，其特征在于用机械合金化冷压烧结法制备n型赝三元掺铒热电材料的方法如下：一、按Bi元素、Sb元素、Te元素与Se元素摩尔比为180∶2∶285∶15的比例称取单质Bi、单质Sb、单质Te和单质Se，将单质Bi、单质Sb、单质Te和单质Se混合，然后加入稀土元素Er，得混合物，稀土元素Er的加入量是单质Bi、单质Sb、单质Te、单质Se和稀土元素Er总质量的0.1％～2.0％，将混合物粉碎至粒径为1mm～10mm，以石油醚为球磨介质，在转速为410r/min、球料比为10∶1的条件下，机械球磨100h，得到合金粉体；二、将合金粉体在压力为170MPa、室温的条件下压成直径为10mm、高度为6mm～9mm的圆柱形冷压块体；三、将步骤二得到的冷压块体放入耐高温玻璃管中，抽真空至10？3Pa，密封，然后在350℃～500℃的条件下烧结30min～2h，随炉冷却至室温，即得n型赝三元掺铒热电材料。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王月媛，曹显莹，胡建民，孟庆国，
申请(专利权)人：哈尔滨师范大学，
类型：发明
国别省市：