一种p型碲化铋基合金材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种p型碲化铋基合金材料及其制备方法，属于热电材料技术领域。本发明专利技术所述择优取向的p型碲化铋基合金材料的制备方法，包括如下步骤：(1)将p型碲化铋基合金前驱体进行区域熔炼，得到p型碲化铋基合金晶棒；(2)将步骤(1)得到的p型碲化铋基合金晶棒投入锤磨筛分机中进行锤击、筛分，即得p型碲化铋基合金材料。本发明专利技术采用区域熔炼和锤击筛分相结合的制备方法，所制备的p型碲化铋基合金材料在(00l)晶面方向具有高取向性，可以为应用粉末冶金工艺研究提高p型碲化铋基热电材料提供高取向性原料进行实验开发，易于提升材料的热电性能和机械性能。

【技术实现步骤摘要】
一种p型碲化铋基合金材料及其制备方法
本专利技术属于热电材料
，具体涉及一种p型碲化铋基合金材料及其制备方法。
技术介绍
热电材料能够实现热能与电能的直接转换，是一种新型清洁的可再生能源材料，具有无污染、无损耗、可靠性高等优异特点，有望能够大幅提高能源利用率、缓解环境污染。其中，碲化铋基化合物是目前商业化应用，并且在室温附近性能最好的热电材料。由于碲化铋基材料的本征层状结构特征，非常容易沿c轴晶面发生解理，导致材料的加工强度非常弱，导致加工的成材率非常低，加工难度大。为了提高碲化铋基材料的热电转换效率和力学性能，最近10年我国发展了粉末冶金工艺生产热电材料，取得较好的进展。现在市场上p型碲化铋基热电材料的性能相对较好，所以想要提高p型碲化铋热电材料的热电转换效率，具有择优取向、在(00l)晶面方向高取向的p型碲化铋基热电材料粉体的制备生产是粉末冶金工艺生产热电材料优选的途径。所以，目前急需得到一种在(00l)晶面方向高取向的p型碲化铋基合金粉末材料的生产方法。
技术实现思路
针对上述现有技术的缺点，本专利技术提供一种p型碲化铋基合金材料及其制备方法。为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为：一种p型碲化铋基合金材料的制备方法，包括如下步骤：(1)将p型碲化铋基合金前驱体进行区域熔炼，得到p型碲化铋基合金晶棒；(2)将步骤(1)得到的p型碲化铋基合金晶棒投入锤磨筛分机中进行锤击、筛分，即得p型碲化铋基合金材料。本专利技术所述p型碲化铋基合金材料为择(00l)晶面取向的p型碲化铋基合金材料。本专利技术采用区域熔炼和锤击筛分相结合的制备方法，所制备的p型碲化铋基合金材料在(00l)晶面方向具有高取向性，可以为应用粉末冶金工艺研究提高p型碲化铋基热电材料提供高取向性原料进行实验开发，易于提升材料的热电性能和机械性能。作为本专利技术的优选实施方式，所述步骤(2)中，将p型碲化铋基合金晶棒以晶棒长轴线的方向，水平放置到锤磨筛分机中；所述晶棒长轴线为区域熔炼方向；锤击方向为沿垂直于晶棒长轴线的方向锤击。经过大量实验探索，本专利技术将步骤(1)得到的p型碲化铋基合金晶棒沿晶棒长轴线的方向，水平放置到锤磨筛分机中，并使用垂直于晶棒长轴线方向的力锤击p型碲化铋基合金晶棒，才能够得到在(00l)晶面方向具有高取向性的p型碲化铋基合金材料。作为本专利技术的优选实施方式，所述步骤(2)中，反复锤击并筛分，得到所述p型碲化铋基合金材料。作为本专利技术的优选实施方式，所述步骤(2)中，使用100目或325目的筛网进行筛分。本专利技术所述筛网为航空筛网。作为本专利技术的优选实施方式，所述步骤(2)在保护气体氛围下进行，所述保护气体为氮气、氢气、氦气、氩气中的至少一种。作为本专利技术的优选实施方式，所述步骤(1)中，将装有p型碲化铋基合金前驱体的玻璃管底部尖端在区域熔炼炉加热区预热保温后；加热区随垂直升降架以25～35mm/h的速率竖直上升通过玻璃管，当玻璃管中的物料全部通过加热区后，加热区停止上升，加热区保温30min后停止加热，冷却降温；得到p型碲化铋基合金晶棒；所述玻璃管为高硼硅玻璃管或石英玻璃管。作为本专利技术的优选实施方式，所述加热区的温度为690-720℃；所述加热区预热保温的时间为30min；加热区保温结束后加热区以10℃/s的速率降温至300℃后停止加热。作为本专利技术的优选实施方式，所述p型碲化铋基合金前驱体的制备方法如下：S1：将单质原料Bi、Sb和Te块体按BixSb2-xTe3，0.4≤x≤0.7，化学计量比称取配料；S2：将S1中称取的配料置于玻璃管中抽真空密封后，放入摇摆炉内预热后加热熔炼，得到p型碲化铋基合金前驱体；所述玻璃管为高硼硅玻璃管或石英玻璃管。作为本专利技术的优选实施方式，所述S2中，摇摆炉的预热温度为690～720℃，预热时间为3～5min；预热结束后，进行摇摆熔炼5～7min；继续精炼2～3min；得到p型碲化铋基合金前驱体。作为本专利技术的优选实施方式，摇摆熔炼后，取出高硼硅玻璃管摇匀后再放回摇摆炉继续精炼。作为本专利技术的优选实施方式，精炼结束后，取出高硼硅玻璃管竖直靠在架子上，轻敲玻璃管壁使玻璃管壁上的熔液下滑，熔体内的气泡往上升，排尽气泡，自然冷却至室温，得到p型碲化铋基合金前驱体。作为本专利技术的优选实施方式，所述S2中，配料总质量与玻璃管体积的比值为1.2～1.5kg：450～500cm3。作为本专利技术的优选实施方式，所述原料Bi和Sb纯度为99.99％以上；所述原料Te的纯度为99.999％以上。本专利技术还要求保护所述p型碲化铋基合金材料的制备方法制备的p型碲化铋基合金材料。本专利技术还要求保护所述p型碲化铋基合金材料为择(00l)晶面取向的p型碲化铋基合金材料。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：(1)本专利技术所述制备方法可以高效率地制备p型碲化铋基合金材料，且所述p型碲化铋基合金材料在(00l)晶面方向具有高取向性，可以为应用粉末冶金工艺研究提高p型碲化铋基热电材料提供高取向性原料进行实验开发，易于提升材料的热电性能和机械性能。(2)本专利技术所述p型碲化铋基合金材料的制备方法解决了目前市场上通过区熔工艺制备得到的p型碲化铋基材料因在c轴方向易于解理，(00l)晶面方向取向性低，而导致p型碲化铋基材料的力学性能较差，不易于后端的切割加工，材料损耗的缺陷。(3)本专利技术制备得到的p型碲化铋基合金材料在(00l)晶面方向上具有高取向性，对提升p型碲化铋基材料的机械性能有很大的研究意义。附图说明图1为本专利技术所述锤击工艺示意图；图2为实施例1-6所制备的p型碲化铋基合金材料的XRD图；图3为对比例1-3和实施例4所制备的p型碲化铋基合金材料的XRD图；图4为实施例4所制备的p型碲化铋基合金材料的扫描电镜图，其中图(a)为标尺为1mm的图片放大倍数为50倍，图(b)为标尺为100μm的图片放大倍数为100倍，图(c)为标尺为100μm的图片放大倍数为500倍，图(d)为标尺为10μm的图片放大倍数为1000倍。具体实施方式为更好地说明本专利技术的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本专利技术作进一步说明。图1为本专利技术所述锤击工艺示意图，图中F代表锤击力，圆柱形棒状代表p型碲化铋基合金晶棒，矩形方框代表锤磨筛分机，从图中可以看出，p型碲化铋基合金晶棒沿晶棒长轴线的方向，水平放置到锤磨筛分机中；所述晶棒长轴线为区域熔炼方向；锤击方向为垂直于p型碲化铋基合金晶棒的长轴线方向进行锤击。实施例1-6和对比例1-3使用的原料Bi和Sb纯度为99.99％以上；原料Te的纯度为99.999％以上；实施例1-6和对比例1-3使用的高硼硅玻璃管的体积为490cm3。实施例1本专利技术一种p型碲化铋基合金材料及其制备方法的实施例，具体如下：(1)以p型Bi0.5Sb1.5Te3本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种p型碲化铋基合金材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：/n(1)将p型碲化铋基合金前驱体进行区域熔炼，得到p型碲化铋基合金晶棒；/n(2)将步骤(1)得到的p型碲化铋基合金晶棒投入锤磨筛分机中进行锤击、筛分，即得p型碲化铋基合金材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种p型碲化铋基合金材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将p型碲化铋基合金前驱体进行区域熔炼，得到p型碲化铋基合金晶棒；
(2)将步骤(1)得到的p型碲化铋基合金晶棒投入锤磨筛分机中进行锤击、筛分，即得p型碲化铋基合金材料。


2.如权利要求1所述p型碲化铋基合金材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，将p型碲化铋基合金晶棒以晶棒长轴线的方向，水平放置到锤磨筛分机中；所述晶棒长轴线为区域熔炼方向；锤击方向为沿垂直于晶棒长轴线的方向锤击。


3.如权利要求1所述p型碲化铋基合金材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，使用100目或325目的筛网进行筛分。


4.如权利要求1所述p型碲化铋基合金材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)在保护气体氛围下进行，所述保护气体为氮气、氢气、氦气、氩气中的至少一种。


5.如权利要求1所述p型碲化铋基合金材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，将装有p型碲化铋基合金前驱体的玻璃管底部尖端在区域熔炼炉加热区预热保温后；加热区随垂直升降架以25～35mm/h的速率竖直上升通过玻璃管，当玻璃管中的物料全部通过加热区后，加热区停止上升，加热区保温30min后停止加热，冷却降温；得到p型碲化铋基合金...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏紫珊，蔡新志，朱刘，童培云，肖惠云，
申请(专利权)人：先导薄膜材料广东有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44