[发明专利]一种Bi元素掺杂立方相锗钙热电材料及其制备方法

权利要求书

1.一种Bi元素掺杂立方相锗钙热电材料Ca₂Ge的制备方法，包括以下步骤：

（1）将Ca粉、Ge粉、Bi粉按Ca : Ge :Bi= 82 :21:（0.5~3）的摩尔比在氩气保护气氛下混合均匀；

（2）将真空磁感应悬浮熔炼炉抽真空，再充入氩气保护；将步骤（1）得到的混合物置于该真空磁感应悬浮熔炼炉的水冷坩埚中，加温到940~1100 ℃，使坩埚内的Ca、Ge和Bi处于熔融状态，熔炼时间15~45 min；熔炼后去除表面杂质；此过程反复1~5次；

（3）将步骤（2）得到的熔融的液体置于真空快淬炉中，再充以高纯氩气，进行合金重熔；然后熔体被水冷钼轮以25~50 m/s的线速度甩出，获得了针状快凝粉；

（4）将步骤（3）得到的粉末经手工研磨并过80~160 μm筛后，在真空条件下，升温至200~400 ℃保温1~12 h，并施加10~15 Mpa的机械压力以尽可能的排除粉末间的气体，然后升温至400~700 ℃和30~60 MPa条件下热压15~90 min，制成块状试样；

（5）将步骤（4）得到的试样热压置于真空管式炉中，加热至400~700 ℃并保温5~40 h，然后随炉冷却，得到Bi元素掺杂立方相Ca₂Ge试样。

2.根据权利要求1所述的一种Bi元素掺杂立方相锗钙热电材料Ca₂Ge的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中的Ca粉的纯度为99%~99.9%，Ge粉的纯度为99%~99.9%，Bi粉的纯度为99%~99.9%。

3. 根据权利要求1所述的一种Bi元素掺杂立方相锗钙热电材料Ca₂Ge的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中所述坩埚使用前依次采用去离子水、酒精、丙酮进行超声波清洗，超声波清洗总时间为10~40 min；所述的真空磁感应悬浮熔炼的加热功率范围10~45 kW，升温速度为20~80 ℃/min。

4. 根据权利要求1所述的一种Bi元素掺杂立方相锗钙热电材料Ca₂Ge的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）~（3）中氩气纯度均为99%-99.99%；所述步骤（2）~（5）中真空度为10^-2~10^-4 Pa。

5.一种如权利要求1所述方法制备的Bi元素掺杂立方相锗钙热电材料Ca₂Ge。