本发明专利技术公开了一种适用于CoSb3基热电材料的高熵电极及热电材料与高熵电极的连接方法，所述高熵电极为高熵合金，电极与热电材料的连接方法为：将热电材料块体表面清理后和高熵合金粉末一起放入球磨罐中；设置球磨转速，并采用空冷方式进行球磨，直至CoSb3基热电元件块体表面沉积所需厚度的高熵合金层。本发明专利技术方法制备简单，成本低、耗能低、无污染且易于实现，室温条件下即可进行，不存在制备过程中由于高温而使Sb元素挥发的问题，保了证热电材料的转换效率，高熵合金电极在高温服役过程后也不会降低热电性能。所形成的高熵致密电极层与CoSb3基热电材料块体间连接紧密无裂纹，厚度均匀，界面结合牢固。界面结合牢固。界面结合牢固。
【技术实现步骤摘要】
一种适用于CoSb3基热电材料的高熵电极及热电材料与高熵电极的连接方法
[0001]本专利技术涉及一种适用于CoSb3基热电材料的高熵电极及热电材料与高熵电极的连接方法，属于热电材料及器件领域。
技术介绍
[0002]热电材料作为一种绿色环保的功能材料，能够利用半导体的Seebeck效应实现热能直接向电能的转换，在余热回收利用领域发挥着关键作用。该材料具有体积小、无噪音及废弃物污染、工作寿命长且无传动部件易于维护等优点，近年来备受瞩目。
[0003]方钴矿（MX3）及填充方钴矿（RM4X
12
，Yb、Li、Ir、Na、K、Ca、La、Al、Pd等）是目前已被认定的中温段(室温
‑
550℃)最具前景的热电发电材料之一，通过填充不同振动频率的原子连续散射声子，在850K下zT值可达1.7，兼具良好的导电性及优异的机械性能和可靠性。由于方钴矿热电材料工作温度较好，这就要求高温下合金电极与热电材料保持可靠的连接，然而目前方钴矿热电元器件的合金电极连接制备技术仍不完善，主要存在两个方面的问题：一是合金电极需要与方钴矿具有相应的热膨胀系数匹配，具有较高的电导率，且在使用温度范围内和方钴矿无严重相互扩散或者反应；二是合金与方钴矿的高温可靠连接。
[0004]就方钴矿与合金的连接方法而言，钎焊由于焊料熔点原因仅适合温度较低的热电材料。目前方钴矿与合金的连接主要是将热电基体与电极两者采取热压或SPS的方法进行烧结（中国专利技术专利，ZL200710037778.X），此类物理固相连接需较高温度，生产成本高，且所得的热电器件的热稳定性略低。
技术实现思路
[0005]本专利技术的目的是提供一种适用于CoSb3基热电材料的高熵电极，该高熵电极的材质为高熵合金，具有超高强度、良好的断裂韧性、良好的抗疲劳性、优异的耐高温性等优势，且与CoSb3基热电材料有相应的热膨胀系数，较高的电导率，能够作为电极使用。
[0006]本专利技术提供的适用于CoSb3基热电材料的高熵电极，该高熵电极的成分为FeNiAlXY高熵合金，其中X为Co或Cr；Y为Cu或Mn。
[0007]进一步的，Fe在高熵合金中的原子百分比为10%~20%，Ni在高熵合金中的原子百分比为10%~20%，Al在高熵合金中的原子百分比为0~5%，X在高熵合金中的原子百分比为40%~70%，Y在高熵合金中的原子百分比为10%~15%。
[0008]进一步的，本专利技术所述的CoSb3基热电材料，指的是CoSb3纯相材料，或者是以CoSb3为基体，并在其中填充或掺杂有Yb、Li、Ir、Na、K、Ca、 La、Al和Pd等中的一种或几种元素的掺杂CoSb3材料。这些材料都可以参照现有技术的方法制备，或者从市场上购买得到。
[0009]进一步的，本专利技术FeNiAlXY高熵合金制备方法简单，所用原料为合金成分中对应的元素的金属单质，原料的纯度大于99.99%。制备时，将各原料混合，高温熔融得到合金液，然后将所得合金液冷却凝固即可得到FeNiAlXY高熵合金。
[0010]进一步的，高温熔融可以采用电弧熔炼的方式，熔融温度为1500
‑
1600℃。
[0011]进一步的，合金液充分混合均匀后，通过水冷铜模吸铸法、在真空条件下冷却凝固，得到FeNiAlXY高熵合金块体。在使用时，将高熵合金破碎成所需的粒径即可。
[0012]本专利技术的另一目的是提供一种CoSb3基热电材料与高熵电极的连接方法，所述高熵电极为上述适用于CoSb3基热电材料的高熵电极，所述CoSb3基热电材料与前面定义的一致。该连接方法包括以下步骤：（1）将CoSb3基热电材料块体表面清理后放入球磨罐中；（2）将FeNiAlXY高熵合金粉末放入球磨罐中；（3）以直径4.0~4.5mm与7.0~7.5mm的磨球按照1:0.8
‑
1.2的质量比混合作为球磨介质，设置球磨转速为400~500r/min，并采用每球磨30min停转18
‑
22min的空冷方式进行球磨，直至CoSb3基热电元件块体表面沉积所需厚度的高熵合金层，所述高熵合金层即为高熵电极。
[0013]进一步的，CoSb3基热电材料块体在加入球磨罐前，先进行表面处理，表面处理包括表面抛光处理、超声清洗、烘干等步骤。
[0014]进一步的，步骤（2）中，所述高熵合金粉末的尺寸小于等于20μm，不为0。该粒度范围有利于更好的在CoSb3基热电材料块体表面形成高熵电极。
[0015]进一步的，步骤（2）中，FeNiAlXY高熵合金粉末和磨球的质量比为1：30~80。磨球的材质可以从现有技术中进行选择，例如淬火钢球等。
[0016]进一步的，FeNiAlXY高熵合金粉末和CoSb3基热电材料块体的质量比例为2
‑
3:1，此比例有利于更好地在CoSb3基热电材料块体表面形成厚度均匀的高熵电极。
[0017]进一步的，球磨在常温常压下进行。
[0018]进一步的，本专利技术球磨转速为400~500r/min，球磨转速过慢则无法形成电极层，而过快会导致基体受损。高熵合金层的厚度为10~18μm，在上述球磨条件下，要达到这样的厚度所需的时间一般为8
‑
12h。球磨时间不宜过长，时间过长则会导致粉末颗粒细化量达到临界值，电极层内应力增大，导致电极层的剥落速度大于生长速度，电极层停止生长。
[0019]本专利技术还提供了一种CoSb3基热电元件，其包括CoSb3基热电材料和包覆在CoSb3基热电材料表面的高熵电极，所述高熵电极为前面提到的适用于CoSb3基热电材料的高熵电极，所述高熵电极的厚度为10~18μm。所述CoSb3基热电材料的定义与前面所述一致。
[0020]本专利技术具有以下有益效果：1、本专利技术选择高熵合金作为电极，具有高硬度、高强度、韧性佳、抗疲劳性好、耐磨性好、耐高温等优势，通过对高熵合金成分的选择调整，高熵合金还具有与CoSb3基热电材料相适应的热膨胀系数、具有较高的电导率，且在使用温度范围内和CoSb3基热电材料无严重相互扩散或者反应的优势，加速老化过后电极层与基体层结合良好，无脱落现象。
[0021]2、本专利技术利用球磨过程中高熵合金粉末、CoSb3基热电材料块体及磨球间的撞击，使粉末细化并发生塑性变形，最终以冷焊的方法沉积于CoSb3基热电材料块体表面，实现了高熵合金电极与CoSb3基热电材料块体的可靠连接，该方法制备简单，成本低、耗能低、无污染且易于实现，室温条件下即可进行，不存在制备过程中由于高温而使Sb元素挥发的问题，保了证热电材料的转换效率，高熵合金电极在高温服役过程后也不会降低热电性能。
[0022]3、本专利技术所形成的高熵合金电极层连续、致密，与CoSb3基热电材料块体间连接紧
密无裂纹，厚度均匀，界面结合牢固。
附图说明
[0023]图1为本专利技术球磨过程示意图；其中，1、球磨罐，2、磨球，3、CoSb3基热电材料块体，4本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种适用于CoSb3基热电材料的高熵电极，其特征是：该高熵电极的成分为FeNiAlXY高熵合金，其中X为Co或Cr；Y为Cu或Mn。2.根据权利要求1所述的高熵电极，其特征是：Fe在高熵合金中的原子百分比为10%~20%，Ni在高熵合金中的原子百分比为10%~20%，Al在高熵合金中的原子百分比为0~5%，X在高熵合金中的原子百分比为40%~70%，Y在高熵合金中的原子百分比为10%~15%。3.根据权利要求1所述的高熵电极，其特征是：所述CoSb3基热电材料为CoSb3纯相材料，或者是以CoSb3为基体，并在其中填充或掺杂有Yb、Li、Ir、Na、K、Ca、 La、Al和Pd中的一种或几种的掺杂CoSb3材料。4.一种CoSb3基热电材料与高熵电极的连接方法，其特征是：所述高熵电极为权利要求1
‑
3中任一项所述的适用于CoSb3基热电材料的高熵电极，连接方法包括以下步骤：（1）将CoSb3基热电材料块体表面清理后放入球磨罐中；（2）将FeNiAlXY高熵合金粉末放入球磨罐中；（3）以直径4.0~4.5mm与7.0~7.5mm的磨球按照1:0.8
‑
1.2的质量比混合作为球磨介质，设置球磨转速为400~500r/min，并采用每...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵德刚，薄琳，侯仰博，左敏，王永鹏，王文莹，
申请(专利权)人：济南大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。