[发明专利]一种MgAgSb系热电材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种MgAgSb系热电材料的制备方法，该方法具体包括以下步骤：(1)配比原料粉末装入石墨坩埚中，放置在真空微波烧结炉中，在950℃～1000℃保温至少20min进行微波熔炼，冷却后获得初始熔锭；(2)将熔锭磨碎之后得到的合金粉末装入模具中，进行热压烧结致密成型，烧结温度为450℃～500℃得致密成型的块体；(3)将块体在543K～573K下处理至少5天进行微波烧结退火，即可得到单相α‑MgAgSb系热电材料。本发明通过对制备方法关键的整体流程工艺设计进行改进，采用微波熔炼结合微波烧结工艺来制备MgAgSb系热电材料，并对微波熔炼及微波烧结工艺所采用的条件参数进行优化，可制备得到α‑MgAgSb系热电材料。

技术领域

本发明属于热电材料的制备技术领域，更具体地，涉及一种MgAgSb系热电材料的制备方法。

背景技术

随着能源环境问题的日益凸显，MgAgSb系热电材料由于其组成元素地壳储量丰富，逐渐受到广泛关注，被视为最有潜力的近室温热电材料之一。MgAgSb具有复杂相变，从室温到高温，分别存在half-heusler结构的高温相γ-MgAgSb，Cu₂Sb结构的中温相β-MgAgSb，四方结构的α-MgAgSb，但是只有室温相α-MgAgSb表现出良好的热电性能。对于α-MgAgSb材料，Mg、Ag两组成元素熔点相差很大，现有的熔炼制备方法存在一定的困难，此外，熔炼后还需要长时间的高温保温处理14天方能得到所需的α-MgAgSb材料。α-MgAgSb系热电材料的制备通常采用高温熔炼法和机械合金化法(见①Ying,P.,Liu,X.,Fu,C.,Yue,X.,Xie,H.,Zhao,X.,et al.Chemistry of Materials，2015，27(3)：909-913；②Liu,Z.,Mao,J.,Sui,J.,et al，EnergyEnvironmental Science，2018.)，但这两种传统制备α-MgAgSb方法及α-MgAgSb材料本身当前存在以下主要问题：(1)高温熔炼法制备周期长、能耗高、成本高。(2)机械合金化法制备过程中，粉末容易粘在磨球或者球磨罐内部，容易存在第一步球磨中的MgAg等杂相，不利于控制试样的具体成分含量。(3)在机械合金化法的高能条件下，极细的合金粉末很容易发生剧烈的化学反应，对人身与财产安全产生威胁。因此，寻求一种高效、节能，低成本的制备工艺非常重要。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明的目的在于提供一种MgAgSb系热电材料的制备方法，其中通过对制备方法关键的整体流程工艺设计进行改进，采用微波熔炼结合微波烧结工艺来制备MgAgSb系热电材料，并对微波熔炼及微波烧结工艺所采用的条件参数(如处理温度及时间等)进行优化，可制备得到α-MgAgSb系热电材料，该方法可以减少能耗、缩短α-MgAgSb化合物制备时间至5天，同时获得单相α-MgAgSb化合物的制备方法。

为实现上述目的，按照本发明，提供了一种MgAgSb系热电材料的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

(1)将纯度不低于99.9％的Mg单质粉末、Ag单质粉末及Sb单质粉末按原子比Mg∶Ag∶Sb＝(1+x)∶(0.97+0.5x)∶(0.99+0.5x)配比，装入石墨坩埚中，放置在真空微波烧结炉中，充入惰性流动性气氛，然后升温至950℃～1000℃保温至少20min进行微波熔炼，冷却后获得初始熔锭；

其中，0≤x≤0.02；

(2)将所述步骤(1)得到的所述初始熔锭磨碎之后得到的合金粉末装入模具中，在真空热压烧结炉中于惰性气体的保护下进行热压烧结致密成型，烧结温度为450℃～500℃，保温时间不低于30min，保温阶段的压强不低于120MPa，从而得到致密成型之后的块体；

(3)将所述步骤(2)得到的所述块体放置在真空微波烧结炉中，通入惰性气体保护，然后在270℃～300℃下处理至少5天进行微波烧结退火，即可得到MgAgSb系热电材料。