铜碲金属间化合物粉末的推动式动态连续制备方法技术

本发明专利技术所述铜碲金属间化合物粉末的推动式动态连续制备方法，工艺步骤如下：(1)原料为Cu粉和Te粉，按照铜碲金属间化合物的化学式计算出各原料的质量百分比进行配料。(2)混料与干燥；(3)固相反应合成使用推动式动态连续烧结装置，将步骤(2)所得的混合粉料装入若干反应舟中，以0.1～3L/min的气体流速通过冷却室的进气口向冷却室、反应室和预热室内充入惰性气体，然后将预热室内的温度加热至预热温度，将反应室内的温度加热至反应温度300℃～700℃，使冷却室处于工作状态，随后将装载有混合粉料的反应舟间隔一定时间陆续放入进料室。本发明专利技术方法能实现包括化学计量化合物和非化学计量化合物的连续化批量制备。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于过渡族金属碲化物制备领域，特别涉及铜碲金属间化合物粉末的动态连续批量制备方法。
技术介绍
废热能是一种来源广泛、不使用化石燃料、几乎零成本、清洁绿色的二次能源。全世界每天都会产生大量的热不经利用直接以废热的形式排放到大气中。据美国能源局相关资料显示，在美国有高达50％的燃料在燃烧后未经利用直接以废热的形式排入大气中，仅美国工业产生的废热如果全部利用起来，能够提供全美20％的用电量，并减少20％的温室效应气体排放量。但这类数量巨大的废热由于其温度相对较低(几十至几百摄氏度)而无法直接用于传统的火力发电，因此无法以传统方式转换成电能。热电技术的发展为废热能这种利用提供了可能性。热电技术是一种将低等级热能(几十至几百摄氏度)转换为电能的技术，这项技术的发现与发展无疑能够对全球变暖、温室效应等全人类共同关切的问题的解决贡献力量。近期的研究表明热电技术有望应用于众多领域达到回收废热能及提升能量转换效率的目的，用以实现这项技术的热电功能材料毫无疑问将在其中起到关键性的作用。过渡金属与碲的化合物具有非常丰富的“金属含量/温度-导电性”的函数变化关系。在这些碲化物当中，Cu-Te系列化合物所呈现出的性能会随着Cu与Te含量的变化而展现出“金属→半导体”的特征转变，这种独特的性质使其成为制备“光-电”“热-电”等功能元器件的理想材料。特别是在热电功能材料领域，Cu-Te系列化合物除了拥有较高的理论热能值，还能够通过掺杂形成p型以及n型半导体，是一种非常理想的热电功能材料。然而Cu-Te系列化合物中存在多种化学计量化合物以及非化学计量化合物，不同的化合物在不同的温度下具有不同的热能值，能够在不同温度范围内实现热电转换。因此，实现Cu-Te系列化合物的化学计量可控制备对该材料在热电领域的充分应用有着重要的意义。目前，Cu-Te系列化合物粉末的现有制备方法主要为高能球磨法和化学法。高能球磨法是利用机械能诱发原料发生化学反应，以此来制备粉体材料的一种方法。化学法则是利用不同的化学试剂在溶剂中发生化学反应而制备粉体材料的方法。高能球磨法生产周期长，能耗高，并且由于磨球磨损需要在生产过程中周期性地更换，这些都增加了高能球磨法的生产成本。并且在长时间的球磨过程中易生成少量偏离所制备产物的化学配比的杂相，甚至还会有磨球磨损下来的杂质混入产品中，因此难以实现化学计量化合物的可控制备。化学法基本能够实现化学计量化合物的可控制备，但是在制备过程中所使用的化学药品(诸如碱性溶液、液氨、水合肼、乙二胺、丙酮、溴化十六烷基三甲铵等)、工业生产过程中所需的大型反应釜、反应废液排放池、污水处理系统等使得生产成本较高，且环境不友好。因此，现有的Cu-Te系列化合物的制备方法都无法实现低成本、易操作以及包括化学计量化合物和非化学计量化合物的一系列Cu-Te化合物的可控制备以及工业化生产。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提供一种铜碲金属间化合物粉末的推动式动态连续制备方法，以实现包括化学计量化合物和非化学计量化合物的一系列Cu-Te化合物的连续化批量制备，从而实现工业化生产。本专利技术所述铜碲金属间化合物粉末的推动式动态连续制备方法，工艺步骤如下：(1)配料原料为Cu粉和Te粉，按照铜碲金属间化合物的化学式计算出各原料的质量百分比进行配料，所述铜碲金属间化合物的化学式为CuTe、Cu2Te、Cu13Te7、Cu7Te4、Cu7Te5、Cu2-xTe或Cu3-xTe2，其中化学式为Cu2-xTe或Cu3-xTe2的铜碲金属间化合物为非化学计量化合物，Cu2-xTe中，0<x<0.5，但应排除Cu与Te的化学计量比值点x＝0.14和x＝0.25，Cu3-xTe2中，0<x<1，但应排除Cu与Te的化学计量比值点x＝0.2；(2)混料与干燥将步骤(1)配好的原料进行湿磨，使原料混合均匀，湿磨结束后过筛分离出研磨球体得混合浆料，将所得的混合浆料进行干燥得混合粉料；(3)固相反应合成固相反应合成使用推动式动态连续烧结装置，该装置包括依次衔接并相通的进料室、预热室、反应室、隔热室和冷却室及装载原料粉料和反应产物的反应舟，推动反应舟运动的推杆，可使推杆作往复直线运动的驱动机构，支撑进料室、预热室、反应室、隔热室、冷却室和驱动机构的支撑架；所述进料室顶部设置有加料口并配备有覆盖加料口的盖板，进料室端部设置有推杆进出孔；所述预热室的室壁安装有低温加热器件和低温热电偶，设置有出气口；所述反应室的室壁安装有高温加热器件和高温热电偶；所述冷却室的室壁上设置有进气口，出料端设置有挡板；将步骤(2)所得的混合粉料装入若干反应舟中，推动式动态连续烧结装置的预热室、反应室和冷却室为与大气相通的开放体系，首先以0.1～3L/min的气体流速通过冷却室的进气口向冷却室、反应室和预热室内充入惰性气体，然后将预热室内的温度加热至预热温度，将反应室内的温度加热至反应温度300℃～700℃，使冷却室处于工作状态，随后将装载有混合粉料的反应舟间隔一定时间陆续放入进料室，并间歇性地将装载有混合粉料的反应舟向出料口方向匀速推进，使反应舟中的混合粉料依次通过预热室、反应室和冷却室，在通过预热室的过程中进一步干燥并提高温度，在通过反应室后完成反应形成反应产物，在经过冷却室的过程中被冷却，冷却至室温收集得到铜碲金属间化合物粉末。上述方法中，在固相反应合成过程中，预热温度为100℃～200℃。上述方法中，所述惰性气体为氩气、氮气、氦气中的一种。上述方法中，步骤(2)所述湿磨的操作为：将配好的原料装入球磨罐中，加入磨球和无水乙醇，然后进行球磨，无水乙醇的加入量以浸没所述原料和磨球为限。上述方法中，步骤(2)所述混合浆料的干燥温度为60～80℃。上述方法中，预热室的长度L1为1～2米，反应室的长度L2为1～3米，冷却室的长度L3为1～5米，隔热室的长度L4为0.5～0.6米。上述方法中，将装载有混合粉料的反应舟向出料口方向匀速推进的速度为0.5米/小时～1米/小时。上述方法中，所述驱动机构包括可正转与反转的电机、链传动副和齿轮齿条传动副，链传动副主要由主动链轮、链条和从动链轮组成，齿轮齿条传动副主要由主动齿轮、从动齿轮和齿条组成，链传动副中的主动链轮安装在电机的动力输出轴上，从动链轮与齿轮齿条传动副中的主动齿轮同轴安装，齿轮齿条传动副中的从动齿轮分别与主动齿轮和齿条齿合，齿条通过连接杆与推杆相连。上述方法中，所述反应舟由舟体和用于覆盖舟体的隔热板组成，所述舟体的一端端面上设置有推块，所述隔热板用刚玉或石墨制作，隔热板上设置有多个气孔。上述方法中，其特征在于冷却室的室壁为夹层结构形成环形冷却介质腔，室壁上设置有与所述冷却介质腔相通的冷却介质入口和冷却介质出口；预热室室壁安装的低温加热器件和反应室室壁安装的高温加热器件为电阻式加热器件、感应式加热器件、微波式加热器件、红外式加热器件中的一种。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：1.本专利技术为Cu-Te系列化合物的制备提供了一种新的方法。2.本专利技术所述方法不需要昂贵的生产设备，生产成本低，操作简单容易，并且工序周期短，减少了实际生产中可能出现的不确定因素，为实现稳定化生产提供了新的途径，有利于实现Cu-本文档来自技高网...

【技术保护点】
铜碲金属间化合物粉末的推动式动态连续制备方法，其特征在于工艺步骤如下：(1)配料原料为Cu粉和Te粉，按照铜碲金属间化合物的化学式计算出各原料的质量百分比进行配料，所述铜碲金属间化合物的化学式为CuTe、Cu2Te、Cu13Te7、Cu7Te4、Cu7Te5、Cu2‑xTe或Cu3‑xTe2，其中化学式为Cu2‑xTe或Cu3‑xTe2的铜碲金属间化合物为非化学计量化合物，Cu2‑xTe中，0<x<0.5，但应排除Cu与Te的化学计量比值点x＝0.14和x＝0.25，Cu3‑xTe2中，0<x<1，但应排除Cu与Te的化学计量比值点x＝0.2；(2)混料与干燥将步骤(1)配好的原料进行湿磨，使原料混合均匀，湿磨结束后过筛分离出研磨球体得混合浆料，将所得的混合浆料进行干燥得混合粉料；(3)固相反应合成固相反应合成使用推动式动态连续烧结装置，该装置包括依次衔接并相通的进料室(2)、预热室(4)、反应室(10)、隔热室(13)和冷却室(15)及装载原料粉料和反应产物的反应舟(8)，推动反应舟运动的推杆(1)，可使推杆作往复直线运动的驱动机构，支撑进料室(2)、预热室(4)、反应室(10)、隔热室(13)、冷却室(15)和驱动机构的支撑架(20)；所述进料室(2)顶部设置有加料口并配备有覆盖加料口的盖板(3)，进料室端部设置有推杆进出孔；所述预热室的室壁安装有低温加热器件(6)和低温热电偶(7)，设置有出气口(5)；所述反应室(10)的室壁安装有高温加热器件(11)和高温热电偶(12)；所述冷却室的室壁上设置有进气口(17)，出料端设置有挡板(19)；将步骤(2)所得的混合粉料装入若干反应舟中，推动式动态连续烧结装置的预热室、反应室和冷却室为与大气相通的开放体系，首先以0.1～3L/min的气体流速通过冷却室的进气口向冷却室、反应室和预热室内充入惰性气体，然后将预热室内的温度加热至预热温度，将反应室内的温度加热至反应温度300℃～700℃，使冷却室处于工作状态，随后将装载有混合粉料的反应舟间隔一定时间陆续放入进料室，并间歇性地将装载有混合粉料的反应舟向出料口方向匀速推进，使反应舟中的混合粉料依次通过预热室、反应室和冷却室，在通过预热室的过程中进一步干燥并提高温度，在通过反应室后完成反应形成反应产物，在经过冷却室的过程中被冷却，冷却至室温收集得到铜碲金属间化合物粉末。...

【技术特征摘要】
1.铜碲金属间化合物粉末的推动式动态连续制备方法，其特征在于工艺步骤如下：(1)配料原料为Cu粉和Te粉，按照铜碲金属间化合物的化学式计算出各原料的质量百分比进行配料，所述铜碲金属间化合物的化学式为CuTe、Cu2Te、Cu13Te7、Cu7Te4、Cu7Te5、Cu2-xTe或Cu3-xTe2，其中化学式为Cu2-xTe或Cu3-xTe2的铜碲金属间化合物为非化学计量化合物，Cu2-xTe中，0<x<0.5，但应排除Cu与Te的化学计量比值点x＝0.14和x＝0.25，Cu3-xTe2中，0<x<1，但应排除Cu与Te的化学计量比值点x＝0.2；(2)混料与干燥将步骤(1)配好的原料进行湿磨，使原料混合均匀，湿磨结束后过筛分离出研磨球体得混合浆料，将所得的混合浆料进行干燥得混合粉料；(3)固相反应合成固相反应合成使用推动式动态连续烧结装置，该装置包括依次衔接并相通的进料室(2)、预热室(4)、反应室(10)、隔热室(13)和冷却室(15)及装载原料粉料和反应产物的反应舟(8)，推动反应舟运动的推杆(1)，可使推杆作往复直线运动的驱动机构，支撑进料室(2)、预热室(4)、反应室(10)、隔热室(13)、冷却室(15)和驱动机构的支撑架(20)；所述进料室(2)顶部设置有加料口并配备有覆盖加料口的盖板(3)，进料室端部设置有推杆进出孔；所述预热室的室壁安装有低温加热器件(6)和低温热电偶(7)，设置有出气口(5)；所述反应室(10)的室壁安装有高温加热器件(11)和高温热电偶(12)；所述冷却室的室壁上设置有进气口(17)，出料端设置有挡板(19)；将步骤(2)所得的混合粉料装入若干反应舟中，推动式动态连续烧结装置的预热室、反应室和冷却室为与大气相通的开放体系，首先以0.1～3L/min的气体流速通过冷却室的进气口向冷却室、反应室和预热室内充入惰性气体，然后将预热室内的温度加热至预热温度，将反应室内的温度加热至反应温度300℃～700℃，使冷却室处于工作状态，随后将装载有混合粉料的反应舟间隔一定时间陆续放入进料室，并间歇性地将装载有混合粉料的反应舟向出料口方向匀速推进，使反应舟中的混合粉料依次通过预热室、反应室和冷却室，在通过预热室的过程中进一步干燥并提高温度，在通过反应室后完成反应形成反应产物，在经过冷却室的过程中被冷却，冷却至室温收集得到铜碲金属间化合物粉末。2.根据权利要求1所述铜碲金属间化合物粉末的推动式动态连续制...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘颖，叶金文，邱彧冲，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：四川;51