[发明专利]一种碲铋基热电材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及热电材料技术领域，尤其涉及一种碲铋基热电材料的制备方法。

背景技术

热电材料是一种能够实现热能和电能之间直接相互转换的功能材料。用热电材料制作的器件具有体积小、无噪音、无污染、无运动部件等优点，在温差电致冷和温差发电方面具有极为重要的应用前景。目前，热电材料已经广泛应用于民用行业和高技术领域，如小冰箱、饮水机、人造卫星、太空飞船、高性能接收器和传感器等。

热电材料的热电性能用热电优值ZT来表征，ZT＝S²σT/κ(S是Seebeck系数，σ是电导率，κ是热导率，T是绝对温度)。只有ZT值大于1，且有良好的机械性能和稳定性的热电材料，才有商业开发价值。热电材料的热电优值越大，热电材料的热电转换效率越高。碲铋基热电材料是目前热电性能较好的室温热电材料，其热电性能为各向异性，在平行于基面(00l)的方向上具有最佳的热电性能。为了获得最佳的热电性能，在制备碲铋基热电材料的过程中需要考虑材料的晶粒取向性，通常采用区熔法制备具有晶粒取向的晶体材料，但由于区熔时液相向固相的转变过程中常常会出现成分偏析，加之熔融状态的铋、碲等低熔点元素易挥发，使制备得到的碲铋基热电材料的力学性能较差。

为了克服上述技术的缺点，现有技术采用区熔生长和热压相结合的方法制备碲铋基热电材料。如申请号为200610154816.5的中国专利公开了一种碲化铋基热电材料的制备工艺，包括：用区熔法制备碲化铋基晶体材料，采用区熔的温度为700℃～800℃，升温速率为25℃/min，区熔宽度为30mm～40mm，温度梯度为25℃/cm～50℃/cm，生长速度为25mm/h～30mm/h；将得到的晶体材料置于质量浓度为10％～15％的氢氟酸溶液中浸泡30分钟，取出后用酒精和去离子水清洗，直至其表面的pH值为7，在真空中干燥；或直接采取机械打磨的方式，以去除表面的氧化物杂质层；将上述处理后的晶体材料进行粉碎，得到粉体；采用标准筛对粉体进行过筛，使所述粉体形成不同的粒度分布，选取初始粒度为180微米～380微米的粉体、120微米～180微米的粉体或96微米～120微米的粉体为原料进行热压烧结，采用的烧结温度为330℃～550℃，升温速率为10℃/min～100℃/min，保温时间为5分钟～120分钟，烧结压力为60MPa～80MPa。

现有技术提供的这种方法制备得到的碲铋基热电材料虽然具有较好的力学性能，但是其热电性能较差。因此，现有技术提供的碲铋基热电材料不能同时具有较好的热电性能和力学性能。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种碲铋基热电材料的制备方法，本发明提供的方法制备得到的碲铋基热电材料同时具有较好的热电性能和力学性能。

本发明提供了一种碲铋基热电材料的制备方法，包括：

将碲铋基晶体材料进行热压，得到碲铋基热电材料；

所述碲铋基晶体材料具有式I所示的通式：

Te₃Bi_xSb_2-x式I；

式I中，0.4≤x≤0.6；

所述碲铋基晶体材料的晶粒尺寸为50微米～150微米；

所述热压的温度为320℃～580℃，所述热压的保温时间为5分钟～180分钟。

优选的，所述碲铋基晶体材料的晶粒尺寸为80微米～120微米。

优选的，所述碲铋基晶体材料的制备方法为：

将碲源、铋源和锑源熔炼，得到合金液；

将所述合金液进行冷淬，得到碲铋基晶体材料。

优选的，所述熔炼的温度为600℃～900℃；

所述熔炼的时间为15分钟～480分钟。

优选的，所述冷淬的方法为水冷，所述水冷时水的温度为20℃～30℃。

优选的，将所述碲铋基晶体材料进行热压之前，还包括：

将所述碲铋基晶体材料进行粉碎，得到碲铋基粉体材料，所述碲铋基粉体材料的粒度为80微米～150微米。

优选的，所述粉碎的方法为交叉敲击式粉碎。

优选的，所述热压的压力为2MPa～35MPa。

优选的，所述热压的升温速率为5℃/min～100℃/min。

本发明提供了一种热压模具，包括：

上模头，模腔，下模头；

所述上模头和下模头能够嵌入到所述模腔的内部；

与所述模腔连接的冷却装置；

设置在所述模腔上的加热装置。