【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及热电材料，具体为一种高性能p型碲化铋基晶棒及其制备方法。
技术介绍
1、碲化铋基化合物是目前商业化应用最广泛的、室温附近性能最好的热电材料。其中，碲化铋晶体是一种层状结构材料，其沿晶体c轴方向容易发生解理，表现出显著的各向异性特点，然而碲化铋晶体沿c轴晶面的电子输运特性明显优于其他晶面，所以调节晶粒取向实现织构化成为其提高热电性能的重要研究方向。
2、cn202210604944.4公开了一种高热电性能p型碲化铋基热电材料及其制备方法和应用，该专利技术的高热电性能p型碲化铋基热电材料的制备方法包括：以名义组分为bixsb2-xte3+y wt.％te的晶棒为原料，打磨表面，清洗干燥，得洁净晶棒；破碎，投入熔炼坩埚底部，进行磁悬浮熔炼至破碎晶棒完全熔化；精炼，快速浇铸，冷却，得p型碲化铋基合金；粉碎，筛分，得p型碲化铋基合金粉体；置于模具中烧结，即成。该方案进行烧结后得到的材料可以切割0.3mm厚的薄片，合格率超过90％；且材料的热电性能得到显著提升。
3、但是，该方案的成品为利用烧结的方法获取，在大批量生产中，难以避免因模具的差异而导致成品的优劣参差不齐的问题。
4、基于此，本案解决的技术问题是：如何大批量生产高性能p型碲化铋基晶棒，同时进一步提高p型碲化铋基合金晶棒的热电性能。
技术实现思路
1、为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种高性能p型碲化铋基晶棒的制备方法，该制备方法结合了本公司的悬浮熔炼工艺和变径挤压工艺，使晶粒更加
2、本专利技术的技术方案是：
3、一种高性能p型碲化铋基晶棒的制备方法，包括以下步骤：
4、步骤1：将碲化铋基合金制备为前驱体；
5、所述碲化铋基合金的化学计量比为bixsb2-xte3+y wt.％te；x＝0.3～0.7；y＝3～5；
6、步骤2：将前驱体在350℃～380℃的条件下保温一段时间；
7、步骤3：采用具有模腔的模具，将前驱体从模腔的入口导入，前驱体在直径逐渐变小的模腔中进行挤压，从模腔的出口输出，得到晶棒；
8、所述前驱体的制备方法为：
9、将碲化铋基合金熔融，将熔融的金属液浇注到金属盘上得到铸锭；浇注时间低于5s，金属盘的温度控制在6～10℃；然后将铸锭粉碎后热压烧结，得到前驱体。
10、在本专利技术的一些实施案例中，所述x＝0.3、0.4、0.5、0.6或0.7；
11、所述y＝3或4或5；
12、浇注时间一般为5s、4s、3s、2s，很难做到1s以内，这样会明显飞溅；
13、金属盘的温度控制在6℃、7℃、8℃、9℃或10℃；控温方式可以选择为水冷、液氮冷却或油冷等；
14、步骤2的保温温度为350℃、360℃、370℃或380℃；
15、本专利技术的核心关键点有3个：
16、1.悬浮熔炼；进行悬浮熔炼后快速浇铸到水冷铜底盘上，使其急速冷却，冷却后制备得到铸锭；将铸锭破碎筛分后过筛网进行筛分，将筛下物热压烧结成型，即可得到沿(00l)方向择优取向的p型碲化铋基热电材料，其电性能得到较大的提升；
17、2.保温操作，上述的悬浮熔炼得到的材料性能还需要进一步优化，因此通过破碎、烧结得到前驱体，通过保温操作，可以提高碲化铋材料的塑性，从而使后续挤压过程晶粒流动更顺畅；此外还提高了材料的致密性，材料的晶界扩散和再结晶作用会得到促进，从而使晶粒更加细小和均匀；
18、3.变径挤出，通过上述保温操作，结合变径挤出，可以使p型碲化铋基热电材料进一步沿(00l)方向择优取向；
19、通过上述优化，得到的材料比cn202210604944.4得到的材料的电学性能有进一步的提高。
20、在上述的高性能p型碲化铋基晶棒的制备方法中，所述保温时间不低于0.5h。
21、在上述的高性能p型碲化铋基晶棒的制备方法中，所述保温时间为0.5～1h。
22、一般来说，保温时间只要不低于0.5h即可，从工艺简洁性角度来说，我们建议时间为0.5～1h。
23、在上述的高性能p型碲化铋基晶棒的制备方法中，所述前驱体的制备方法为：
24、子步骤11：悬浮熔炼，将碲化铋基合金进行破碎后进行磁悬浮熔炼至完全熔化；
25、子步骤12：浇铸，将子步骤11中的原料浇铸到金属盘上，冷却，得到铸锭；
26、子步骤13：破碎筛分，取铸锭破碎，筛分，得p型碲化铋基合金粉体；
27、子步骤14：前驱体制备，取破碎筛分所得的p型碲化铋基合金粉体，置于模具中烧结、加压、保温保压，然后自然冷却，得到前驱体。
28、在上述的高性能p型碲化铋基晶棒的制备方法中，采用水冷铜坩埚进行磁悬浮熔炼的操作，所述磁悬浮熔炼的温度为650℃～800℃，所述磁悬浮熔炼的熔炼功率的升功率速度为30kw/min～50kw/min。
29、在本专利技术的一些实施案例中，所述磁悬浮熔炼的温度为650℃、660℃、670℃、680℃、690℃、700℃、710℃、720℃、730℃、740℃、750℃、760℃、770℃、780℃、790℃或800℃；
30、在本专利技术的一些实施案例中，所述磁悬浮熔炼的熔炼功率的升功率速度为30kw/min、35kw/min、40kw/min、45kw/min或50kw/min。
31、在上述的高性能p型碲化铋基晶棒的制备方法中，所述金属盘为水冷铜底盘，所述水冷铜底盘的底部的水温为6℃～10℃，水压为0.28mpa～0.32mpa；水冷铜底盘上浇铸的铸锭的厚度为5mm～20mm，直径为300mm～500mm。
32、在本专利技术的一些实施案例中，所述水冷铜底盘的底部的水温为6℃、7℃、8℃、9℃或10℃；
33、在本专利技术的一些实施案例中，所述水压为0.28mpa、0.29mpa、0.3mpa、0.31mpa或0.32mpa；
34、在上述的高性能p型碲化铋基晶棒的制备方法中，所述子步骤14具体为：将p型碲化铋基合金粉体，进行热压烧结，以3℃/min的升温速度将温度从室温升至380℃，70mpa下保温保压60min，自然冷却后脱模得到前驱体。
35、在上述的高性能p型碲化铋基晶棒的制备方法中，所述子步骤13中，破碎筛分的方式为锤磨、球磨、震动磨、机械磨的任意一种方式。
36、在上述的高性能p型碲化铋基晶棒的制备方法中，所述模腔的入口和模腔的出口的面积比为2.5～3.6；晶棒的挤出速率为0.2mm/min～0.4mm/min。
37、同时，本专利技术还公开了一种高性能p型碲化铋基晶棒，采用如上任一所述方法制备得到。
38、本专利技术上述技术方案中的一个技术方案至少具有如下优点或有益效果之一：
39、本专利技术的核心关本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高性能P型碲化铋基晶棒的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的高性能P型碲化铋基晶棒的制备方法，其特征在于，所述保温时间不低于0.5h。
3.根据权利要求1所述的高性能P型碲化铋基晶棒的制备方法，其特征在于，所述保温时间为0.5～1h。
4.根据权利要求1所述的高性能P型碲化铋基晶棒的制备方法，其特征在于，所述前驱体的制备方法为：
5.根据权利要求4所述P型碲化铋基晶棒的制备方法，其特征在于，采用水冷铜坩埚进行磁悬浮熔炼的操作，所述磁悬浮熔炼的温度为650℃～800℃，所述磁悬浮熔炼的熔炼功率的升功率速度为30kw/min～50kw/min。
6.根据权利要求4所述P型碲化铋基晶棒的制备方法，其特征在于，所述金属盘为水冷铜底盘，所述水冷铜底盘的底部的水温为6℃～10℃，水压为0.28MPa～0.32MPa；水冷铜底盘上浇铸的铸锭的厚度为5mm～20mm，直径为300mm～500mm。
7.根据权利要求4所述P型碲化铋基晶棒的制备方法，其特征在于，所述子步骤14具体为：将P型碲化
8.根据权利要求3所述P型碲化铋基晶棒的制备方法，其特征在于，所述子步骤13中，破碎筛分的方式为锤磨、球磨、震动磨、机械磨的任意一种方式。
9.根据权利要求1所述的高性能P型碲化铋基晶棒的制备方法，其特征在于，所述模腔的入口和模腔的出口的面积比为2.5～3.6；
10.一种高性能P型碲化铋基晶棒，其特征在于，采用如权利要求1～9任一所述方法制备得到。
...【技术特征摘要】
1.一种高性能p型碲化铋基晶棒的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的高性能p型碲化铋基晶棒的制备方法，其特征在于，所述保温时间不低于0.5h。
3.根据权利要求1所述的高性能p型碲化铋基晶棒的制备方法，其特征在于，所述保温时间为0.5～1h。
4.根据权利要求1所述的高性能p型碲化铋基晶棒的制备方法，其特征在于，所述前驱体的制备方法为：
5.根据权利要求4所述p型碲化铋基晶棒的制备方法，其特征在于，采用水冷铜坩埚进行磁悬浮熔炼的操作，所述磁悬浮熔炼的温度为650℃～800℃，所述磁悬浮熔炼的熔炼功率的升功率速度为30kw/min～50kw/min。
6.根据权利要求4所述p型碲化铋基晶棒的制备方法，其特征在于，所述金属盘为水冷铜底盘，所述水冷铜底盘的底部的水温为6℃...
【专利技术属性】
技术研发人员：苏紫珊，蔡新志，童培云，朱刘，申璐琴，
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：
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