[发明专利]一种n型碲化铋基热电材料及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种n型碲化铋基热电材料及其制备方法与应用。所述制备方法包括如下步骤：(1)将原料Bi、Te和Se按Bi₂Te_3‑xSe_x，0.15≤x≤0.5配料加入玻璃管中抽真空密封；(2)将玻璃管放入摇摆炉中进行熔炼，然后将玻璃管取出竖直放置，得到碲化铋基合金锭；(3)将碲化铋基合金锭放入气雾化设备中，将雾化室抽真空通入雾化气体洗炉；(4)然后升温熔炼，待碲化铋基合金锭完全熔化保温精炼，然后升温至雾化温度，将喷嘴加热，启动雾化气体，达到气雾化压力后进行雾化；(5)冷却后得到所述n型碲化铋基热电材料。采用本发明所述制备方法制备的n型碲化铋基热电材料球型度好、氧含量低，且无需经过筛分，制备得到的材料的粒径分布D50为18～45μm适合作为3D打印的材料。

技术领域

本发明属于金属粉末制备技术领域，具体涉及一种n型碲化铋基热电材料及其制备方法与应用。

背景技术

热电材料是一种能够实现电能和热能之间相互转换的功能材料，碲化铋基合金是目前商业化应用，并且在室温附近性能最好的热电材料。具有无污染、无损耗、可靠性高等优异特点，有望能够大幅提高能源利用率、缓解环境污染。传统的热电材料器件一般是通过减材制造工艺来制备的，主要是切割插嵌法，但这种方法受限于热电材料的力学性能，碲化铋基合金材料的本征层状结构特征使其非常容易沿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，使得热电比无法达到高的精度，所以在热电器件微型化方面存在很多问题。

近年来，3D打印技术的快速发展，引起了国内外研究者的重视。3D打印是一种通过逐层打印的方式来构造物体的快速成型技术，具有能耗小、成本低、成型精度高的特点，通过3D打印可实现p型和n型材料的同时打印来制造微型热电器件，避免了原材料在加工过程中造成的损耗。3D打印用的金属粉末如果为球形粉末，且球形度越高，打印时铺粉及送粉就更容易进行，行业内主要通过球磨来制备n型粉体。

CN201810225213.2公开了一种利用球磨工艺将单质粉末合成n型碲化铋基合金粉体的方法，制备得到可用于3D打印的粉体，但是该工艺需要先将单质原料粉体进行球磨4h，过程耗时长。专利CN201711078789.2一种3D打印成型碲化铋基热电材料的方法，在[0007]段提到所述N型Bi₂Te_2.85Se_0.15热电材料粉末纯度99.99％，粒径20～50μm。CN201610125086.X一种用于3D打印的热电材料粉体悬浮液及其制备方法，在[0010]段提到，所述热电材料粉体的粒度在45μm以下，其中1μm以上的颗粒比例不能少于90％，10μm以上的颗粒比例不能少于50％。但上述报道均需过筛后得到目标颗粒产物。

目前关于粒径D50在18～45um的n型碲化铋球形3D打印热电材料用粉体制备尚无报道。鉴于此，为了解决3D打印热电材料对球形n型碲化铋基粉体的需求，对目前制备周期长，球形度不好，无法规模化生产的粉末制备方法，提出一种可以批量制备出粒径均匀、氧含量低、球形度好的可用于3D打印的粉体。

发明内容

针对上述现有技术的缺点，本发明提供一种n型碲化铋基热电材料及其制备方法与应用。采用本发明所述制备方法制备的n型碲化铋基热电材料球型度好、氧含量低，且无需经过筛分，制备得到的材料的粒径分布D50为18～45微米，适用于3D打印用金属粉末。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种n型碲化铋基热电材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)将原料Bi、原料Te和原料Se按Bi₂Te_3-xSe_x，0.15≤x≤0.5配料加入玻璃管中抽真空密封；

(2)将抽真空密封的玻璃管放入摇摆炉中进行熔炼，熔炼结束后，将玻璃管取出竖直放置冷却，得到碲化铋基合金锭；