[发明专利]一种n型碲化铋基合金粉体及其制备方法

说明书

本发明公开了一种n型碲化铋基合金粉体及其制备方法，涉及热电材料技术领域。本发明所述n型碲化铋基合金粉体的制备方法包括如下步骤：(1)以Bi、Te、Se单质为原料，按照名义组分Bi₂Te_3‑xSe_x化学计量比称取原料，其中，0.3≤x≤1；(2)在摇摆炉中进行熔炼；(3)区域熔炼，得到n型碲化铋基合金晶棒；(4)对n型碲化铋基合金晶棒进行锤磨筛分，得到所述n型碲化铋基合金粉体。由本发明所述方法制备的n型碲化铋基合金粉体在(001)晶面方向上具有高取向性；同时，由该粉体可以制备出各种结构的(001)晶面方向高取向性的块材、片材，为粉末冶金工艺的研究提供了高取向性原料，有利于解决现有n型碲化铋基合金材料无法兼顾热电性能和力学性能的问题。

技术领域

本发明涉及热电材料技术领域，尤其涉及一种n型碲化铋基合金粉体及其制备方法。

背景技术

热电材料能够实现热能与电能的直接转换，是一种新型清洁的可再生能源材料，具有无污染、无损耗、可靠性高等优异特点，有望大幅提高能源利用率、缓解环境污染问题。

其中碲化铋基化合物是目前商业化应用最广，并且在室温附近性能最好的热电材料。由于碲化铋基材料的本征层状结构特征，非常容易沿c轴晶面发生解理，导致材料的加工强度非常弱，加工的成材率非常低，加工难度大。

此外，目前市场上的n型碲化铋基热电材料的热电转换效率较低，由于n型碲化铋热电材料内不同晶面方向的电输运性能和热输运性能差别很大，所以采用SPS技术和热压烧结技术生产的各向同性的n型多晶碲化铋热电材料的电子迁移率非常低，导致其电热输运性能的不匹配。想要提高n型碲化铋热电材料的热电转换效率，制备具有择优取向、在(00l)晶面方向具有高取向的n型碲化铋基热电材料粉体是最好的途径。所以，目前亟需研究出一种在(00l)晶面方向高取向的n型碲化铋基合金粉体材料的生产方法。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足之处而提供一种(001)晶面方向高取向的n型碲化铋基合金粉体及其制备方法。

为实现上述目的，本发明所采取的技术方案为：一种n型碲化铋基合金粉体的制备方法，包括如下步骤：

(1)以Bi、Te、Se单质为原料，按照名义组分Bi₂Te_3-xSe_x化学计量比称取原料，其中，0.3≤x≤1；

(2)将原料加入容器A中，抽真空封管，然后将容器A放入摇摆炉中进行熔炼，熔炼结束后，取出容器A，自然冷却；

(3)再将容器A放入区域熔炼炉内进行区域熔炼，熔炼结束，得到n型碲化铋基合金晶棒；

(4)将n型碲化铋基合金晶棒投入锤磨筛分机中进行锤磨、筛分，得到所述n型碲化铋基合金粉体。

本发明首先对原料进行摇摆熔炼，相比于普通的熔炼方法，可以使原料混合得更均匀，保证熔炼料各部位的成分均一。随后，通过区域熔炼，使合金料中的微量杂质逐步分离出去，得到高纯度的合金。在此基础上，本发明申请人对比多种制备粉料的方法得出，以锤磨筛分法制备的粉体在(001)方向上的取向性更高。

优选地，所述容器A为高硼硅玻璃管或石英玻璃管。

优选地，所述步骤(1)中，Bi单质的纯度≥99.99％，Te单质的纯度≥99.999％，Se单质的纯度≥99.995％。

优选地，所述步骤(2)中，熔炼结束后，将容器A取出，竖直靠在铁架上，敲击玻璃管壁，排除熔体中的气泡，自然冷却。