碲化铋复合合金粉体、其块体合金及其制造方法技术

本发明专利技术是有关于一种碲化铋复合合金粉体、其块体合金及其制造方法，在排除使用预熔步骤、真空熔炼步骤、急冷步骤及/或磨碎步骤的情况下，利用多个高能量球磨步骤制得碲化铋复合合金粉体，再将其经真空热压步骤成型，即可制得碲化铋复合块体合金。上述的碲化铋复合合金粉体与其块体合金具有均匀掺杂的非晶合金微粒，而所得的碲化铋复合块体合金于500K至600K具有优异的热电优值(ZT值)。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术是有关于一种，在排除使用预熔步骤、真空熔炼步骤、急冷步骤及/或磨碎步骤的情况下，利用多个高能量球磨步骤制得碲化铋复合合金粉体，再将其经真空热压步骤成型，即可制得碲化铋复合块体合金。上述的碲化铋复合合金粉体与其块体合金具有均匀掺杂的非晶合金微粒，而所得的碲化铋复合块体合金于500K至600K具有优异的热电优值(ZT值)。【专利说明】
本专利技术是有关于一种热电材料及其制造方法，特别是有关于一种利用粉末冶金制备的具有非晶结构的碲化铋复合合金粉体及其块体合金。
技术介绍
“热电材料”是指将电能与热能互相转换的材料。根据热电材料的使用温度范围不同，可概分为低温热电材料(适用于约100K至约200K的温度)、中温热电材料(适用于约300K至约600K的温度)以及高温热电材料(适用于约800K以上的温度)。其中，低温热电材料以締化秘(bismuth telluride ；Bi2Te3)基合金为代表，中温热电材料以締化铅(Leadtelluride ；PbTe)基合金为代表,高温热电材料则以娃锗(silicone germanium ;SiGe)基合金为代表。 一般而言，热电材料的热电转换效率可根据下式(I)的计算出的热电优值(thermoelectric figure of merit ；ZT)来评估: ZT=S2 σ T/ ( κ e + κ L) (I) 其中S 为席贝克(Seebeck)系数，σ 为导电率(electrical conductivity),T 为绝对温度，Ke为电子导热率(thermal conductivity), κ l为声子导热率(与晶格有关)。 由式(I)可知，如欲提高热电材料的热电转换效率，必须提高材料的席贝克系数与导电率，或降低其导热率。然而，当提升材料的导电率时，其导热率必然随之增加。因此，欲同时提高席贝克系数与导电率并降低其导热率，而达成提升热电材料的热电转换效率的目的，非常困难。 鉴于现有的热电材料的热电转换效率不高，目前的改善之道，主要从增加掺杂的载子浓度以提高导电率，或从提高声子的散射机制而降低导热率等方式着手。已知多晶型热电材料是混合适当比例的高纯度原料，经由预熔步骤、真空熔炼法、急冷等步骤后，制得多晶型热电材料的块体合金。接着，将块体合金重新研磨成微米级合金粉体后，再研制为热电元件。另一种方式，则是先合成纳米薄膜、单根纳米管/线后，再制成块体合金。 然而，上述已知热电材料的制程，其设备昂贵、制程复杂、混合均匀度亦不佳，难以应用至工业化量产。 有鉴于此，亟需提供一种热电材料及其制造方法，以克服已知制程面临的种种问题。
技术实现思路
因此，本专利技术的一个方面在于提供一种碲化铋复合合金粉体的制造方法，其是排除使用已知预熔步骤、真空熔炼步骤、急冷步骤及/或磨碎步骤的情况下，利用多个高能量球磨步骤，即可制得碲化铋复合合金粉体，其中所得的碲化铋复合合金粉体具有均匀掺杂的非晶合金微粒但不含贵金属。 其次，本专利技术的另一方面在于提供一种碲化铋复合块体合金的制造方法，其是利用上述碲化铋复合合金粉体，再将其经真空热压步骤成型，即可制得碲化铋复合块体合金。所得的碲化铋复合块体合金具有均匀掺杂的非晶合金微粒，且于500K至600K具有优异的热电优值(ZT值)。 再者，本专利技术的还一方面在于提供一种碲化铋复合合金粉体，其是利用上述方法所制得。 此外，本专利技术的又一方面在于提供一种碲化铋复合块体合金，其是利用上述方法所制得。 根据本专利技术的上述方面，提出一种碲化铋复合合金粉体的制造方法。在一实施例中，首先，进行第一球磨步骤，于惰性气体以及多个磨球的存在下，以每分钟至少1200次的转速，使第一金属混合粉体形成非晶合金微粒，其中第一金属混合粉体是由摩尔比50:28:15:7的纯钛粉体、纯铜粉体、纯镍粉体以及纯锡粉体所组成，且非晶合金微粒为非晶钛铜镍锡合金微粒。接下来，进行一第二球磨步骤，于上述惰性气体与磨球的存在下，以上述转速使非晶合金微粒与第二金属混合粉体形成碲化铋复合合金粉体。在一例子中，第二金属混合粉体是由纯铋粉体、纯锑粉体以及纯碲粉体所组成。在另一例子中，非晶合金微粒的使用量可例如为0.50重量百分比至1.00重量百分比，而第二金属混合粉体的使用量可例如为99.00重量百分比至99.50重量百分比。由此所得的碲化铋复合合金粉体具有均匀掺杂的非晶合金微粒且不含贵金属。 依据本专利技术一实施例，上述的第二金属混合粉体的纯铋粉体、纯锑粉体以及纯碲粉体的摩尔比为X: (2-x):3,且X为0.3至0.5。 依据本专利技术一实施例，上述的第一球磨步骤进行6小时至8小时，而第二球磨步骤进行I小时至2小时。 根据本专利技术的其他方面，提出一种碲化铋复合块体合金的制造方法。在一实施例中，首先，提供上述方法制得的碲化铋复合合金粉体，其中非晶合金微粒是均匀掺杂于碲化铋复合合金粉体中但不含贵金属。 然后，进行真空热压步骤，使上述的碲化铋复合合金粉体形成碲化铋复合块体合金，其中非晶合金微粒是均匀分布于碲化铋复合块体合金中，且所得的碲化铋复合块体合金于500K至600K的热电优值(ZT值)为至少1.1。 依据本专利技术一实施例，上述的碲化铋复合块体合金为P型热电材料。 根据本专利技术的其他方面，提出一种碲化铋复合块体合金，其是利用上述方法制得。 本专利技术的碲化铋复合合金粉体及其块体合金的制造方法其是利用多个球磨与真空热压步骤制造非晶质复合热电块材(碲化铋复合块体合金)，其中该所得的非晶质复合热电块材不含贵金属，于500K至600K具有优异的热电优值(ZT值)，本专利技术不仅克服已知制程耗能、耗时等缺点，又可独立调整席贝克系数、导电率及导热值。 【专利附图】【附图说明】 为让本专利技术的上述和其他目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附附图的详细说明如下: 图1是绘示根据本专利技术一实施例的非晶合金微粒的XRD分析图； 图2是绘示根据本专利技术一实施例的纯金属粉体、非晶合金微粒、碲化铋复合合金粉体以及碲化铋复合块体合金的XRD分析图； 图3是显示根据本专利技术一实施例的碲化锑铋复合块体合金横截面的SEM照片； 图4是绘示根据本专利技术一实施例与比较例的碲化锑铋复合块体合金于不同温度下的ZT值变化图； 其中，符号说明: 201/203/205/207/209/211/401/403/405:曲线； 且曲线201代表纯铋粉体； 曲线203代表纯碲粉体； 曲线205代表纯锑粉体； 曲线207 代表 Ti5tlCu28Ni15Sn7 合金微粒； 曲线209代表掺杂Ti5tlCu28Ni15Sn7的Bia4Sbh6Te3复合合金粉体； 曲线211代表掺杂Ti5tlCu28Ni15Sn7的Bia4Sbh6Te3复合块体合金； 曲线401为代表实施例 2的碲化锑铋复合块体合金； 曲线403代表比较例I的碲化锑铋块体合金； 曲线405代表比较例2的碲化锑铋块体合金。 【具体实施方式】 承前所述，本专利技术提供一种，其是在排除使用预熔步骤、真空熔炼步骤、急冷步骤及/或磨碎步骤的情况下，利用多个高能量球磨步骤制得碲化铋复合合金粉体，再将其经真空热压步骤成型，即可本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碲化铋复合合金粉体的制造方法，至少包含：进行一第一球磨步骤，其是于一惰性气体以及多个磨球的存在下，以每分钟至少1200次的转速，使一第一金属混合粉体形成一非晶合金微粒，其中所述第一金属混合粉体是由摩尔比50：28：15：7的纯钛粉体、纯铜粉体、纯镍粉体以及纯锡粉体所组成，且所述非晶合金微粒为一非晶钛铜镍锡合金微粒；以及进行一第二球磨步骤，其是于所述惰性气体以及所述磨球的存在下，以所述转速使所述非晶合金微粒与一第二金属混合粉体形成一碲化铋复合合金粉体，其中所述第二金属混合粉体是由纯铋粉体、纯锑粉体以及纯碲粉体所组成，所述非晶合金微粒的使用量为0.50重量百分比至1.00重量百分比，所述第二金属混合粉体的使用量为99.00重量百分比至99.50重量百分比，且其中所述碲化铋复合合金粉体具有均匀掺杂的所述非晶合金微粒。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：谢慧霖，黄菁仪，
申请(专利权)人：中国钢铁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71