一种Bi元素掺杂立方相锗钙热电材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种Bi元素掺杂立方相Ca2Ge材料及其制备方法，包括以下步骤：将Ca粉、Ge粉和Bi粉按一定的摩尔比在氩气保护气氛下混合均匀；放置于真空磁感应悬浮熔炼炉的水冷坩埚中，加温熔炼时间；将得到的熔融的液体置于真空快淬炉中，充以高纯氩气，进行合金重熔然后熔体被水冷钼轮以25~50 m/s的线速度甩出，获得了针状快凝粉；将得到的粉末经手工研磨后，在真空条件下，升温保温，然后升温热压，制成块状试样；然后热压置于真空管式炉中，加热保温，冷却，得到Bi元素掺杂立方相Ca2Ge试样。本发明专利技术获得的Bi元素掺杂立方相Ca2Ge材料晶粒细小、合金成分及组织均匀、结构紧密，具有很好的产业化前景。

Bi element doped cubic phase germanium calcium thermoelectric material and preparation method thereof

The invention discloses a Bi element doped cubic Ca2Ge material and a preparation method, including the following steps: mixing Ca powder, Ge powder and Bi powder in a certain molar ratio in an argon gas protection atmosphere; placing in a water cooling crucible in a vacuum magnetic induction melting furnace, heating the melting time, and placing the molten liquid. In the vacuum quenching furnace, the high pure argon is filled and the alloy is remelted and the melt is flung out by the line speed of 25~50 m/s by the water cooled molybdenum wheel, and the needle like fast condensing powder is obtained. The obtained powder is made by hand grinding, heating and heat insulation under the vacuum condition, then heating the hot press to make the block like specimen; then hot press is placed in the vacuum tube furnace. During heating, heat preservation and cooling, Bi element doped cubic phase Ca2Ge samples were obtained. The Bi doped cubic phase Ca2Ge material obtained by the invention has fine grain size, homogeneous alloy composition, compact structure and good industrial prospect.

【技术实现步骤摘要】
一种Bi元素掺杂立方相锗钙热电材料及其制备方法
本专利技术涉及Ca-Ge合金材料体系领域，尤其涉及一种Bi元素掺杂立方相锗钙热电材料Ca2Ge及其制备方法。
技术介绍
资源短缺、能源危机、环境污染以及不可再生资源匮乏等问题日益突出，树立能源节约与环境保护意识，努力探索发展新型的、环境友好的、可再生循环的能源意义重大。热电材料是一种利用固体内部载流子运动实现热能和电能直接相互转换的功能材料，热电材料已经成为人们关注的焦点。热电材料具有重量轻、结构简单、无噪音、无污染等优点，在热能发电、余热回收、半导体制冷等领域具有潜在的运用前景。热电材料的效率由无量纲品质因数ZT确定，定义为ZT＝S2σ/κ，其中S是塞贝克系数，σ是电导率，Sσ2是功率因数(PF)，κ是由晶格导电率(κi)和电子电导率(κe)组成的热导率。碱土金属Si、Ge化物是一种无毒的环境友好型的一种重要的化合物，并且碱土金属元素、Ge元素以及Ca元素在地壳中含量丰富，所以受到研究者们的广泛研究。碱土金属硅化物因为其具有优异的性质被广泛运用在热电、光电领域。因为Ge和Si是同一主族的元素，因此有许多类似的物理和化学性质。同钙的硅化本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种Bi元素掺杂立方相锗钙热电材料Ca2Ge的制备方法，包括以下步骤：（1）将Ca粉、Ge粉、Bi粉按Ca : Ge :Bi= 82 :21:（0.5~3）的摩尔比在氩气保护气氛下混合均匀；（2）将真空磁感应悬浮熔炼炉抽真空，再充入氩气保护；将步骤（1）得到的混合物置于该真空磁感应悬浮熔炼炉的水冷坩埚中，加温到940~1100 ℃，使坩埚内的Ca、Ge和Bi处于熔融状态，熔炼时间15~45 min；熔炼后去除表面杂质；此过程反复1~5次；（3）将步骤（2）得到的熔融的液体置于真空快淬炉中，再充以高纯氩气，进行合金重熔；然后熔体被水冷钼轮以25~50 m/s的线速度甩出，获得了针状快凝粉；（...

【技术特征摘要】
1.一种Bi元素掺杂立方相锗钙热电材料Ca2Ge的制备方法，包括以下步骤：（1）将Ca粉、Ge粉、Bi粉按Ca:Ge:Bi=82:21:（0.5~3）的摩尔比在氩气保护气氛下混合均匀；（2）将真空磁感应悬浮熔炼炉抽真空，再充入氩气保护；将步骤（1）得到的混合物置于该真空磁感应悬浮熔炼炉的水冷坩埚中，加温到940~1100℃，使坩埚内的Ca、Ge和Bi处于熔融状态，熔炼时间15~45min；熔炼后去除表面杂质；此过程反复1~5次；（3）将步骤（2）得到的熔融的液体置于真空快淬炉中，再充以高纯氩气，进行合金重熔；然后熔体被水冷钼轮以25~50m/s的线速度甩出，获得了针状快凝粉；（4）将步骤（3）得到的粉末经手工研磨并过80~160μm筛后，在真空条件下，升温至200~400℃保温1~12h，并施加10~15Mpa的机械压力以尽可能的排除粉末间的气体，然后升温至400~700℃和30~60MPa条件下热压15~90min，制成块状试样；（5）将步骤（4）得到的试样热压置于真空...

【专利技术属性】
技术研发人员：温翠莲，谢秋罕，张炜坚，萨百晟，叶健霞，余新江，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：福建,35