一种高致密度和高择优取向的Ca3Co4O9基多晶热电材料的制备方法技术

本发明专利技术公开一种高致密度和高择优取向的Ca3Co4O9基多晶热电材料的制备方法，属于钙钴基氧化物热电材料领域。本发明专利技术所述方法是在Ca3Co4O9中掺入Sr元素，化学式为Ca3‑

【技术实现步骤摘要】
一种高致密度和高择优取向的Ca3Co4O9基多晶热电材料的制备方法


[0001]本专利技术涉及一种高致密度和高择优取向的Ca3Co4O9基多晶热电材料的制备方法，属于钙钴基氧化物热电材料领域。

技术介绍

[0002]近年来随着大气污染增加和环境的破坏，人们对于能源利用效率意识的提高，热电材料发挥的作用日益增加。热电材料也叫温差材料，能够通过塞贝克效应将温度梯度转化为电能，其内部通过载流子运动而实现热电转换，这一重要特性可用于废热回收或太阳能热电发电，还可以用作加热/制冷设备。现阶段热电材料的制备方法主要为溶胶
‑
凝胶法，原料成本高且产物中存在氮氧化物，对环境有一定污染，制备出的产物较难实现颗粒分布均匀并且具有高致密度和高择优取向，热电性能提高的目的。Ca3Co4O9由于可以高效实现热电转换，热稳定性好，可以在高温环境下工作，无毒无污染的特点使其成为研究热点。常规的Ca3Co4O9基多晶热电材料由溶胶凝胶法来制备，方法复杂，产品性能不理想。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种高致密度和高择优取向的Ca3Co4O9基多晶热电材料的制备方法，在Ca3Co4O9中掺入Sr元素，化学式为Ca3‑
x
Sr
x
Co4O9其中x＝0.05～0.2，具体包括以下步骤：
[0004](1)采用固相反应法，将钙钴基氧化物热电材料所需原料CaCO3、SrCO3、Co3O4按化学计量比称量混合、充分研磨、压片。
[0005](2)将步骤(1)所得的样品在空气中一次烧结得到Ca3Co4O9基多晶热电材料。
[0006](3)将步骤(2)所得的样品进行二次研磨、压片，在空气中二次烧结，制备高致密度和高择优取向的Ca3Co4O9基多晶热电材料。
[0007]优选的，本专利技术步骤(1)、(3)所述混合原料的研磨时间约2小时，压片工艺为单轴压力8～12MPa，保压时间10分钟，样品直径厚度3～4mm。
[0008]优选的，本专利技术步骤(1)所述混合原料的烧结温度为750～850℃，保温24小时，升温速率10℃/分钟。
[0009]优选的，本专利技术步骤(3)所述混合原料的烧结温度为850～950℃，保温24小时，升温速率10℃/分钟。
[0010]本专利技术的有益效果是：
[0011](1)本专利技术产物的制备工艺简单易上手，两次烧结制备温度较低，且无中间产物，对反应原料均匀程度和粉末程度要求较低，制备成本降低。
[0012](2)本专利技术制备的产物具有高择优取向和高致密度，材料的机械性能得到提高。
[0013](3)本专利技术制备的产物具有多孔层状结构，可以使声子散射增强降低热导率，对于材料热电性能的提高极为有利。
[0014](4)本专利技术产物的二次烧结制备工艺可使原料反应完全，增强产物c轴衍射峰强度，有利于取向因子的提高和机械性能的增强。
附图说明
[0015]图1为本专利技术产物的XRD图谱。
[0016]图2为本专利技术高致密度和高择优取向的Ca3Co4O9基多晶热电材料的密度曲线。
[0017]图3为本专利技术高致密度和高择优取向的Ca3Co4O9基多晶热电材料取向因子曲线。
[0018]图4为本专利技术高致密度和高择优取向的Ca3Co4O9基多晶热电材料的SEM图谱。
[0019]图5为本专利技术高致密度和高择优取向的Ca3Co4O9基多晶热电材料的EDS图谱。
[0020]图6为不同烧结阶段和工艺条件下Ca3Co4O9基多晶热电材料的XRD图谱。
具体实施方式
[0021]下面结合附图和实施例对本专利技术进一步详细说明，但本专利技术的保护范围并不限于所述内容。
[0022]实施例1
[0023]本实施例所述一种高致密度和高择优取向的Ca3Co4O9基多晶热电材料，具体包括以下步骤：
[0024](1)将粉末原料CaCO3(99.9％)、SrCO3(99.9％)、Co3O4(99.9％)粉末原料按照化学计量比例混合，其中Ca：Sr＝2.93:0.05，在研钵中充分研磨2小时。
[0025](2)将步骤(1)中所得样品在单轴压力8～12MPa，保压时间10分钟的条件下压制成直径厚度3～4mm的块材。
[0026](3)将步骤(2)中所得样品在800℃空气中烧结24小时。
[0027](4)将步骤(3)中所得样品在研钵中充分研磨2小时,然后将混合原料在单轴压力8～12MPa，保压时间10分钟的条件下压制成直径厚度3～4mm的块材。
[0028](5)将步骤(4)中所得样品在870℃空气中烧结24小时。
[0029]实施例2
[0030](1)将粉末原料CaCO3(99.9％)、SrCO3(99.9％)、Co3O4(99.9％)粉末原料按照化学计量比例混合，其中Ca：Sr＝2.9:0.1，在研钵中充分研磨2小时。
[0031](2)将步骤(1)中所得样品在单轴压力8～12MPa，保压时间10分钟的条件下压制成直径厚度3～4mm的块材。
[0032](3)将步骤(2)中所得样品在800℃空气中烧结24小时。
[0033](4)将步骤(3)中所得样品在研钵中充分研磨2小时,然后将混合原料在单轴压力8～12MPa，保压时间10分钟的条件下压制成直径厚度3～4mm的块材。
[0034](5)将步骤(4)中所得样品在870℃空气中烧结24小时。
[0035]实施例3
[0036](1)将粉末原料CaCO3(99.9％)、SrCO3(99.9％)、Co3O4(99.9％)粉末原料按照化学计量比例混合，其中Ca：Sr＝2.8:0.2，在研钵中充分研磨2小时。
[0037](2)将步骤(1)中所得样品在单轴压力8～12MPa，保压时间10分钟的条件下压制成直径厚度3～4mm的块材。
[0038](3)将步骤(2)中所得样品在800℃空气中烧结24小时。
[0039](4)将步骤(3)中所得样品在研钵中充分研磨2小时,然后将混合原料在单轴压力8～12MPa，保压时间10分钟的条件下压制成直径厚度3～4mm的块材。
[0040](5)将步骤(4)中所得样品在870℃空气中烧结24小时。
[0041]对比实施例1
[0042]本实施例所述一种高致密度和高择优取向的Ca3Co4O9基多晶热电材料，具体包括以下步骤：
[0043](1)将粉末原料CaCO3(99.9％)、Co3O4(99.9％)粉末原料按照化学计量比例混合，在研钵中充分研磨2小时。
[0044](2)将步骤(1)中所得样品在单轴压力8～12MPa，保压时间10分钟的条件下压制成直径厚度3～4mm的块材。
[0045](3)将步骤(2)中所得样品在800℃空气中烧结24小时。
[0046](4)将步骤(3)中所得样品在研钵中充分研磨2小时,然后将混合原料本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高致密度和高择优取向的Ca3Co4O9基多晶热电材料的制备方法，其特征在于：在Ca3Co4O9中掺入Sr元素，化学式为Ca3‑
x
Sr
x
Co4O9其中x＝0.05～0.2，具体包括以下步骤：(1)采用固相反应法，将钙钴基氧化物热电材料所需原料CaCO3、SrCO3、Co3O4按化学计量比称量混合、充分研磨、压片；(2)将步骤(1)所得的样品在空气中一次烧结得到Ca3Co4O9基多晶热电材料；(3)将步骤(2)所得的样品进行二次研磨、压片，在空气中二次烧结，制备高致密度和高择优取向的Ca3Co4O9基多晶热电材料。2.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：虞澜，赵裕春，武浩荣，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：