【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及能源材料领域，具体涉及一种碲化铋基合金及其加工方法。
技术介绍
1、热电材料具有将热能与电能相互转换的能力，在缓解能源危机方面被寄予厚望。近年来，随着5g通讯及下一代通讯技术的快速发展，用于信号传输的光模块的温控问题成为制约该技术向小型化、高集成化发展的一个重要因素。基于热电材料的热电制冷器件因其全固态、无机械振动、易于模块化的优点成为解决光模块精准控温的最优策略。热电制冷器件在该领域已获得一定的应用，但是为了满足更小尺寸、更高功耗通讯芯片的制冷需求，还需热电器件在更小尺寸内实现更好的制冷性能。制造热电器件需将热电材料切割成热电臂，因此热电材料需具备更小的可加工尺寸，即具备更高的力学性能。此外，热电材料还需同时具备更高的热电性能，即更高的无量纲热电优值zt，其表达式为：zt＝σ·s2·t/κ，其中，σ为电导率，s为塞贝克系数，t为绝对温度，κ为热导率，σ·s2为功率因子。
2、碲化铋基热电材料是目前唯一可商业化应用的室温热电材料，也是当前应用于通讯领域的热电制冷器件的原材料，在过去几十年内一直备受研究者们的关注。在碲化铋中固溶锑元素变铋锑碲合金((bi,sb)2te3)是将其转变为p型并获得高室温热电性能的常用方法。碲化铋晶体结构为空间群的菱方晶系，可被视作层状结构，其中每五个原子层形成一个周期单元，并通过范德华力连接相邻周期单元。研究早期，主要采用区域熔炼法或布里奇曼法制备碲化铋的大块晶体或单晶，而目前商用碲化铋大部分仍采用区域熔炼法进行制备。这两种方法所得到的样品具有高度取向性和各向异性，在平行于原
3、目前，粉末冶金法是制备具有纳米结构的多晶碲化铋的主要方法，包含两个关键步骤：获得纳米前驱体以及将纳米前驱体烧结成块体。获得纳米前驱体的手段主要为机械合金化法、熔炼粉碎法、熔融纺丝法等。而后续烧结得到块体的方法主要有热压法或放电等离子体烧结法等。如此由纳米级粉末烧结得到的块体具有较小的晶粒尺寸，并且可以保留前驱体中的部分纳米结构，从而因细晶强化和纳米第二相强化等强化机制得到强度较高的块体。此外，晶界和纳米结构对声子的散射作用使粉末冶金制得的碲化铋块体具有较低的晶格热导率，热电性能相当优异。围绕粉末冶金法的工艺进行了很多设计，如cn1974079a中，先采用高能球磨的方法将元素粉料进行机械合金化，得到的合金化粉料再通过放电等离子体烧结方法烧结得到碲化铋基块体热电材料；再如cn101786162a中，先使用高能球磨法将元素单质粉末合成碲化铋纳米晶，再使用微波辐照将粉末烧结为碲化铋。但目前，粉末冶金法制备的碲化铋基合金的力学性能仍然不足，其机械强度无法满足微器件生产的要求。
技术实现思路
1、本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的目的在于提出一种碲化铋基合金及其加工方法，以解决粉末冶金法制备的碲化铋基合金的力学性能无法满足微器件生产的要求的问题。
2、在本专利技术的第一个方面，提出了一种碲化铋基合金的加工方法，包括以下步骤：
3、(1)提供粉末冶金工艺制得的碲化铋基中间合金；
4、(2)将所述碲化铋基中间合金在真空环境或惰性气体下进行退火处理；
5、(3)将退火后的碲化铋基中间合金在真空环境或惰性气体下进行热锻处理。
6、根据本专利技术的第一方面，利用退火和热锻工艺，同时提升了碲化铋基中间合金的机械强度和热电性能，具体地，对粉末合金工艺得到的碲化铋基合金进行退火处理可促进元素分布均匀化，同时促进位错运动吸收合金内的碲空位，促进晶界运动使合金发生膨胀，其中的微孔变成连通的大孔；之后再进行热锻处理，压缩因退火发生膨胀的合金，以提升合金的致密度，同时使得合金内部产生大量位错，致密度的提高保证了载流子具有良好输运性质，而大量位错的存在增强了声子散射，从而共同提升了热电性能。同时，高致密度和位错密度也提升了力学性能。
7、根据本专利技术的实施例，步骤(1)中，所述碲化铋基中间合金的化学式为bixsb2-xte3+y，其中，0.3≤x≤0.5，0≤y≤0.3。由此，在碲化铋中引进固溶sb元素形成铋锑碲合金((bi,sb)2te3)，其转变为p型，以获得高室温热电性能。而过量的碲元素(y>0)，过量碲元素可填充合金内的碲空位。
8、优选地，0≤y≤0.05。由此，使得退火过程未填充碲空位的过量碲元素尽可能挥发，减少碲元素的残留。
9、根据本专利技术的实施例，步骤(1)中，所述碲化铋基中间合金还包括第二相，所述第二相包括纳米sic。由此，引进纳米sic作为第二相进行强化，进一步地增大合金强度。
10、根据本专利技术的实施例，以碲化铋基中间合金的基体相质量为基准，所述纳米sic的质量分数在0.5％以下。由此，增大合金强度的同时，还避免纳米sic过多带来热导率过高以及电导率下降的不利影响。
11、根据本专利技术的实施例，所述纳米sic的dv50为3nm～200nm。由此，进一步地提升合金强度。
12、根据本专利技术的实施例，所述步骤(2)中，退火温度为300℃～600℃。由此，退火过程中合金发生膨胀，使得内部气孔扩展连通，同时可促进位错运动吸收碲空位。
13、根据本专利技术的实施例，退火时间为3h～72h。
14、根据本专利技术的实施例，所述步骤(3)中热锻处理在放电等离子体烧结装置中进行，所述热锻条件包括：
15、对炉腔抽真空后，在合金温度为300℃～500℃的条件下，将轴向压力加压至10mpa～80mpa，完成热锻。由此，合金因热锻而被压缩，致密度提升，内部产生大量位错。
16、根据本专利技术的实施例，加压时间为5min～20min。
17、根据本专利技术的实施例，炉腔的真空度为0.1pa～20pa。
18、根据本专利技术的实施例，步骤(1)中的碲化铋基合金的加工工艺如下：(101)按照化学式bixsb2-xte3+y中的化学计量比称取bi源、sb源和te源，球磨以实现机械合金化，得到前驱体；其中，0.3≤x≤0.5，0≤y≤0.3；(102)将所述前驱体进行烧结，以得到碲化铋基合金。由此，得到te元素固溶的碲化铋基合金。
19、根据本专利技术的实施例，步骤(101)还包括：
20、以bi源、sb源和te源为的质量为基准，称取不超过0.5％的纳米sic，与所述bi源、所述sb源和所述te源共同参与球磨。由此，通过球磨完成机械合金化，得到纳米前驱体。
21、根据本专利技术的实施例，所述bi源包括bi单质、bi2o3、bicl3、bi(no3)3、bi2te3中的至少一种。
22、根据本专利技术的实施例，所述sb源包括sb单质、sb2o3、sbcl3、sb2s3、sb2te3中的至少一种。...
【技术保护点】
1.一种碲化铋基合金的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的碲化铋基合金的加工方法，其特征在于，步骤(1)中，所述碲化铋基中间合金的化学式为BixSb2-xTe3+y，其中，0.3≤x≤0.5，0≤y≤0.3；
3.根据权利要求2所述的碲化铋基合金的加工方法，其特征在于，步骤(1)中，所述碲化铋基中间合金还包括第二相，所述第二相包括纳米SiC；
4.根据权利要求2所述的碲化铋基合金的加工方法，其特征在于，步骤(2)中，退火温度为300℃～600℃；
5.根据权利要求4所述的碲化铋基合金的加工方法，其特征在于，步骤(3)中热锻处理在放电等离子体烧结装置中进行，所述热锻条件包括：
6.根据权利要求1～5任一项所述的碲化铋基合金的加工方法，其特征在于，步骤(1)中的所述碲化铋基中间合金的制备方法如下：
7.根据权利要求6所述的碲化铋基合金的加工方法，其特征在于，步骤(101)还包括：
8.根据权利要求6所述的碲化铋基合金的加工方法，其特征在于，步骤(101)，所述混合球磨在保护气
9.根据权利要求6所述的碲化铋基合金的加工方法，其特征在于，步骤(102)的烧结在放电等离子体装置中进行，烧结条件包括：
10.一种碲化铋基合金，其特征在于，采用权利要求1～9任一项所述的碲化铋基合金的加工方法加工得到。
...【技术特征摘要】
1.一种碲化铋基合金的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的碲化铋基合金的加工方法，其特征在于，步骤(1)中，所述碲化铋基中间合金的化学式为bixsb2-xte3+y，其中，0.3≤x≤0.5，0≤y≤0.3；
3.根据权利要求2所述的碲化铋基合金的加工方法，其特征在于，步骤(1)中，所述碲化铋基中间合金还包括第二相，所述第二相包括纳米sic；
4.根据权利要求2所述的碲化铋基合金的加工方法，其特征在于，步骤(2)中，退火温度为300℃～600℃；
5.根据权利要求4所述的碲化铋基合金的加工方法，其特征在于，步骤(3)中热锻处理在放电等离子体烧结装...
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