[发明专利]一种优化碲化铅基热电材料/电极接头性能的方法

说明书

本发明是一种优化碲化铅基热电材料/电极接头性能的方法，属于热电器件制备和连接件技术领域，该方法在界面处构建缺陷的化学势平衡，通过形成中间层，降低与热电材料的接触势垒，实现降低其界面接触电阻的目的，并通过扩散作用提高热电材料与电极材料界面处剪切强度。本发明的优点及用途在于：控制与电极材料Fesubgt;x/subgt;Pbsubgt;0.15/subgt;Tesubgt;1‑x‑0.15/subgt;中的Te含量调控点缺陷浓度，其中0.6≤x≤0.8，在电场和压力场的耦合作用下实现电极材料和热电材料致密化，同步利用扩散作用实现二者的连接。

技术领域

本发明是一种优化碲化铅基热电材料/电极接头性能的方法，属于热电器件制备和连接件技术领域。通过在电极材料中掺入Pb和Te,利用元素的扩散实现在界面处获得中间层，从而降低电极材料与热电材料的势垒，进而达到降低接触电阻的目的，同时利用元素的扩散，提高材料的剪切强度。

背景技术

碲化铅基热电材料是一种理想且成熟的中温热电材料。作为缺陷化合物，碲化铅基热电材料中Pb原子的过量或者缺失影响其本征缺陷的形成，进而影响其半导体属性。在碲化铅基热电材料和电极的连接过程中，温度和化学势梯度的共同作用促使原子沿垂直于界面方向进行定向输运，破坏了热电材料基体中的本征缺陷平衡，导致界面接触电阻增加，接头热电转换性能退化。并且由于连接方式多为机械咬合，导致接头剪切强度较低。

发明内容

本发明是一种优化碲化铅基热电材料/电极接头性能的方法，目的在于通过电极材料中Pb和Te的扩散，实现中间层为PbTe和Fe的混合物，该混合物仍表现出金属性，属于电极材料的一部分，但与原电极材料相比与热电材料间的势垒得到降低，从而同时实现了降低接触电阻和提升剪切强度的目的。

本发明是一种优化碲化铅基热电材料/电极接头性能的方法，该方法控制电极材料Fe_XPb_0.15Te_1-x-0.15中Te的含量，其中0.6≤x≤0.8，分别制备了Fe_0.8Pb_0.15Te_0.05，Fe_0.7Pb_0.15Te_0.15，Fe_0.6Pb_0.15Te_0.25三种电极材料，在电场和压力场的耦合作用下实现电极材料和热电材料致密化，同步利用扩散作用实现二者的连接，其具体步骤如下：

(1)混合原材料：将粒度小于100nm,纯度大于99.9％的Pb和Te按照非化学计量比称量，并充分混合后得到Pb_xTe_1-x混合粉体，其中0.4999≤x≤0.5006，进行1000℃下6小时熔炼后淬火，再进行700℃下保温48h的退火处理后研磨成粉体1，将颗粒度小于100nm,纯度大于99.9％的Fe，Pb和Te按照比例混合得到Fe_xPb_0.15Te_1-x-0.15混合粉体2，其中0.6≤x≤0.8；

(2)粉体装入模具：将粉体2装入石墨模具，冷压至50％-60％的理论密度，再将粉体1置于粉体2上方，再次冷压至50％-60％理论密度备用；

(3)烧结连接：将装有粉体的石墨模具放入放电等离子烧结炉SPS中进行烧结连接，温度为400℃-600℃，压强为40MPa-45MPa，保温时间为15min-20min，形成Fe_xPb_0.15Te_1-x-0.15/Pb_50.01Te_49.99/Fe_xPb_0.15Te_1-x-0.1热电接头，其中0.6≤x≤0.8，并将接头进行温度为450℃-500℃，保温时间为30min-35min的退火处理。

附图说明