制备硅化镁热电材料块体的方法、装置及热电材料块体制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种制备硅化镁热电材料块体的方法及热电材料块体，所述方法以硅化镁和纯镁粉末为熔覆粉末，采用激光熔覆工艺及增材制造工艺，直接成型具有热电性能的硅化镁热电材料块体。利用本发明专利技术提供的制备硅化镁热电材料块体的方法可以实现大尺寸，复杂形状的热电材料块体的制备，根据本发明专利技术提供的制备硅化镁热电材料块体的方法制备得到的热电材料块体的致密度高。

Preparation method, device and thermoelectric material block of magnesium silicide thermoelectric material

【技术实现步骤摘要】
制备硅化镁热电材料块体的方法、装置及热电材料块体
本专利技术涉及热电材料制造领域，尤其涉及制备硅化镁热电材料块体的方法、装置及热电材料块体。
技术介绍
热电材料是一种能够将热能和电能相互转换的功能材料，1823年发现的塞贝克效应和1834年发现的珀耳帖效应为热电能量转换器和热电制冷的应用提供了理论依据。采用热电材料制作的热电发电机或热电制冷设备具有以下优点：(1)体积小、重量轻、坚固且工作中无噪音；(2)温度控制可在±0.1℃之内；(3)不必使用氟里昂(CFC，Chlorofluorocarbon，氯氟碳类物质)，不会造成任何环境污染(CFC被认为会破坏臭气层)；(4)可回收热源并转变成电能，节约能源，使用寿命长，易于控制。因此，热电材料也日益成为本领域技术人员的重要研究课题。现有技术中，其中一种制备热电材料块体的方法是材料粉末热压后烧结，此种方法不仅成型效率低，对成型形状的限制较多，而且成型件的致密度不高；另外一种制备热电材料块体的方法是粉床式选择性激光熔融铺粉，但是，现有的热电材料粉体制备技术很难满足选择性激光熔融设备对粉末的颗粒度及形状的要求，同时，受设备与效率的限制无法制备大尺寸的热电材料块体；一种改进方法是使用粉末与有机物混成的悬浮液来铺设粉末预制层，然后采用激光熔融成型，但是，有机物的添加会影响最终成型件的致密度与热电性能。需要说明的是，公开于该专利技术
技术介绍
部分的信息仅仅旨在加深对本专利技术一般
技术介绍
的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
技术实现思路
本专利技术所要解决的是现有技术中制备大尺寸热电材料块体时，不能同时兼顾制备效率和制备出来的热电材料块体致密度的技术问题，本专利技术提供一种制备硅化镁热电材料块体的方法、装置及热电材料块体。为实现上述目的，本专利技术提供了一种制备硅化镁热电材料块体的方法，通过以下技术方案予以实现：一种制备硅化镁热电材料块体的方法，包括以下步骤：步骤S1：将基板放入充满第一惰性气体的密闭环境箱中；步骤S2：将熔覆粉末通过送粉机构送入所述密闭环境箱中，所述熔覆粉末可通过混合硅化美预合金粉末和纯镁粉得到；步骤S3：采用激光熔覆工艺，使得所述熔覆粉末在所述基板上熔覆形成熔覆道；步骤S4：先采用增材制造工艺得到熔覆路径，然后重复执行步骤S3，直至得到硅化镁热电材料块体所述增材制造工艺包括将所述硅化镁热电材料块体的三维模型逐层切片并生成每层的熔覆路径，按照所述熔覆路径对所述基板逐层熔覆。可选地，步骤S3中所述采用激光熔覆工艺，使得所述熔覆粉末在所述基板上熔覆的方法包括：由第二惰性气体携带所述熔覆粉末经激光熔覆喷嘴聚焦成熔覆粉斑，激光光斑作用于所述基板产生熔池，所述熔覆粉斑进入所述熔池熔化，冷却凝固后形成所述熔覆道。可选地，所述熔覆粉斑的直径为1～2mm。可选地，步骤S1中，所述密闭环境箱内的水氧含量＜50ppm。可选地，所述硅化镁预合金粉末的粉末粒径为45μm～150μm；所述镁粉的粉末粒径为45μm～150μm。可选地，所述熔覆粉末可通过混合硅化镁预合金粉末和纯镁粉得到包括：将硅化镁预合金粉末和纯镁粉按照摩尔计量20:1～20:3的比例混合。可选地，步骤S3所述的激光熔覆工艺，还包括先将所述基板预热≥300°。可选地，步骤S3所述的激光熔覆工艺，激光的功率范围为100W～500W,激光的扫描速率范围为3mm/s～10mm/s；所述送粉机构的送粉量为0.3g/min～1g/min。本专利技术还提供了一种制备硅化镁热电材料块体的装置，所述制备硅化镁热电材料块体的装置包括：密闭环境箱、送粉机构、激光器、激光头和激光熔覆喷嘴；所述激光头和激光熔覆喷嘴位于所述密闭环境箱中；所述激光器与所述激光头连接；所述送粉机构和所述激光头均与所述激光熔覆喷嘴连接；所述密闭环境箱用于放置基板；所述送粉机构用于将熔覆粉末送入所述激光熔覆喷嘴；所述激光器用于为所述激光头提供高能量激光光束，所述激光头用于将所述激光光束及所述熔覆粉末通过所述激光熔覆喷嘴形成熔覆粉斑；所述激光光束作用于所述基板形成熔池；所述熔覆粉斑进入所述熔池，冷却凝固后形成熔覆道。本专利技术还提供了一种热电材料块体，所述热电材料块体由上述任一项所述的制备硅化镁热电材料块体的方法制备获得。本专利技术提供的一种制备硅化镁热电材料块体的方法选用的原料包括合金元素硅和镁，硅和镁资源丰富，地层蕴藏量大，且价格低廉；所述制备热电材料块体的方法通过激光熔融工艺和增材制造工艺，使得硅化镁粉末在所述基板上直接熔覆形成熔覆道，不仅可以实现制备大尺寸和/或形状复杂的热电材料块体，而且直接成型的硅化镁热电材料块体的致密度高。附图说明图1为本专利技术实施例一的一种制备硅化镁热电材料块体的方法流程图；图2为本专利技术实施例二的一种制备硅化镁热电材料块体的装置的结构示意图；其中，附图1-2的附图标记说明如下：100-密闭环境箱，101-激光器，102-激光头，103-激光熔覆喷嘴，104-送粉机构，105-预热机构，106--控制机构，107-温度测量机构，108-操作台，KY1-基板。具体实施方式本专利技术的核心思想是提供一种制备硅化镁热电材料块体的方法、装置及热电材料块体。为实现上述思想，本专利技术提供了一种制备硅化镁热电材料块体的方法，包括以下步骤：步骤S1：将基板放入充满第一惰性气体的密闭环境箱中；步骤S2：将熔覆粉末通过送粉机构送入所述密闭环境箱中，所述熔覆粉末可通过混合硅化镁预合金粉末和纯镁粉得到；步骤S3：采用激光熔覆工艺，使得所述熔覆粉末在所述基板上熔覆形成熔覆道；步骤S4：先采用增材制造工艺得到熔覆路径，然后重复执行步骤S3，直至得到硅化镁热电材料块体，所述增材制造工艺包括将所述硅化镁热电材料块体的三维模型逐层切片并生成每层的熔覆路径，按照所述熔覆路径对所述基板逐层熔覆。本专利技术提供的一种制备硅化镁热电材料块体的方法，将激光熔覆工艺和增材制造工艺相结合，不仅克服了现有技术中材料粉末热压后烧结制备热电材料跨提成型效率低及致密度不高的问题，而且实现了大尺寸、复杂形状的热电材料块体的制备。本专利技术还提供了一种制备硅化镁热电材料块体的装置，包括所述制备硅化镁热电材料块体的装置包括：密闭环境箱、送粉机构、激光器、激光头、激光熔覆喷嘴；所述激光头和激光熔覆喷嘴位于所述密闭环境箱中；所述激光器与所述激光头连接；所述送粉机构和所述激光头均与所述激光熔覆喷嘴连接。所述密闭环境箱用于放置基板；所述送粉机构用于将熔覆粉末送入所述激光熔覆喷嘴。所述激光器用于为所述激光头提供高能量激光光束，所述激光头用于将所述激光光束及所述熔覆粉末通过所述激光熔覆喷嘴形成熔覆粉斑；所述激光光束作用于所述基板形成熔池；所述熔覆粉斑进入所述熔池熔化，冷却凝固后形成熔覆道。本专利技术所提供的制备硅化镁本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制备硅化镁热电材料块体的方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤S1：将基板放入充满第一惰性气体的密闭环境箱中；/n步骤S2：将熔覆粉末通过送粉机构送入所述密闭环境箱中，所述熔覆粉末可通过混合硅化镁预合金粉末和纯镁粉得到；/n步骤S3：采用激光熔覆工艺，使得所述熔覆粉末在所述基板上熔覆形成熔覆道；/n步骤S4：先采用增材制造工艺得到熔覆路径，然后重复执行步骤S3，直至得到硅化镁热电材料块体，所述增材制造工艺包括将所述硅化镁热电材料块体的三维模型逐层切片并生成每层的熔覆路径，按照所述熔覆路径对所述基板逐层熔覆。/n

【技术特征摘要】
1.一种制备硅化镁热电材料块体的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：将基板放入充满第一惰性气体的密闭环境箱中；
步骤S2：将熔覆粉末通过送粉机构送入所述密闭环境箱中，所述熔覆粉末可通过混合硅化镁预合金粉末和纯镁粉得到；
步骤S3：采用激光熔覆工艺，使得所述熔覆粉末在所述基板上熔覆形成熔覆道；
步骤S4：先采用增材制造工艺得到熔覆路径，然后重复执行步骤S3，直至得到硅化镁热电材料块体，所述增材制造工艺包括将所述硅化镁热电材料块体的三维模型逐层切片并生成每层的熔覆路径，按照所述熔覆路径对所述基板逐层熔覆。


2.根据权利要求1所述的制备硅化镁热电材料块体的方法，其特征在于，步骤S3中所述采用激光熔覆工艺，使得所述熔覆粉末在所述基板上熔覆的方法包括：由第二惰性气体携带所述熔覆粉末经激光熔覆喷嘴聚焦成熔覆粉斑，激光光斑作用于所述基板产生熔池，所述熔覆粉斑进入所述熔池熔化，冷却凝固后形成所述熔覆道。


3.根据权利要求2所述的制备硅化镁热电材料块体的方法，其特征在于，所述熔覆粉斑的直径为1～2mm。


4.根据权利要求1所述的制备硅化镁热电材料块体的方法，其特征在于，
步骤S1中，所述密闭环境箱内的水氧含量＜50ppm。


5.根据权利要求1所述的制备硅化镁热电材料块体的方法，其特征在于，所述硅化镁预合金粉末的粉末粒径为45μm～150μm；
所述镁粉的粉末粒径为45μm～150μm。


6.根据权利要求1所述的制...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴志玮，路瑶，孟金博，
申请(专利权)人：上海彩石激光科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31