[发明专利]一种陶瓷颗粒增强的金属基热电材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种陶瓷颗粒增强的金属基热电材料及其制备方法，涉及热电材料技术领域，其技术方案要点是：所述材料由基体相FeCoNi和第二相Tasubgt;b/subgt;Osubgt;2/subgt;构成，且所述第二相Tasubgt;b/subgt;Osubgt;2/subgt;弥散分布在基体相FeCoNi中，所述第二相Tasubgt;b/subgt;Osubgt;2/subgt;为Ta的一系列氧化物，其中b为0.85‑1；所述材料由以下方法制备而成：(1)粉体制备：将金属粉末Fe、Co、Ni和Tasubgt;2/subgt;Osubgt;5/subgt;粉末按配比称重，将称好的粉末混合、高能球磨；(2)烧结：将研磨后的粉体采用放电等离子烧结法进行烧结，形成块体的FeCoNi‑xTasubgt;2/subgt;Osubgt;5/subgt;中熵合金。具有提升Seebeck系数，降低FeCoNi材料的热导率，提高其热电优值的效果。

技术领域

本发明涉及热电材料技术领域，更具体地说，它涉及一种陶瓷颗粒增强的金属基热电材料及其制备方法。

背景技术

近年来，日益增长的能源消耗和日益严峻的环境问题引起了广泛关注。为了克服即将到来的能源危机，开发可持续的、生态友好的能源资源具有重要意义。热电材料可以直接转换热能和电能，被认为是应对全球能源危机的极具潜力的材料。热电器件具有体积小、重量轻、结构简单、无污染、无电子噪音、响应速度快、维护成本低、温控精度高、安全、寿命长等优点，在医学及生物仪器、光通信网络、太空探测、民生产业、信息技术等领域都有广泛的应用。在5G的万物互联的时代，热电材料作为能够将转换温度信号转换为电信号的功能材料，可用作传感器来使得器件更加智能化。因此不管是打造经济可持续化发展之路还是建设环境友好型、资源节约型社会，探索高性能的热电材料都具有重大的战略意义。

热电材料的性能用热电优值ZT来表征，ZT＝S²σT/κ，S为Seebeck系数，σ为电导率，κ为热导率，T为开尔文温度，热电优值ZT越大代表材料的性能越好。 S²σ又被称为功率因子，功率因子用来表征材料热电转换效率的高低，热电功率因子越大表明该材料能量转换效率越高。

高熵合金(HEAS)作为一种新型的与传统合金完全不同的合金设计理念被中国台湾的叶教授和英国CAntor教授提出。与传统合金相比，高熵合金具有优异的性能，如硬度高、耐磨性强、腐蚀、摩擦、疲劳和氧化性强，近年来才被应用于热电材料领域。高熵合金一般由5种及以上的金属元素合成，每一种元素的比例为5％-35％，而由3-4种合金元素以等摩尔比合成合金称为中熵合金。FeCoNi中熵合金就是由过渡金属Fe、Co、Ni三种金属以1：1：1的比例合成。相较于半导体热电材料，FeCoNi中熵合金具有合金的高硬度，高塑性和高延展性，稳定性好，寿命长且制备方法简单。Fe、Co、Ni金属粉末是常见的冶金原料，价格低，毒性小；由高熵设计带来的严重的晶格畸变、点缺陷和二次相的沉淀，增强了声子散射，降低了晶格热导率，同时保持了传导电子的高迁移率；FeCoNi中熵合金是FCC的晶体结构，晶体结构的高对称性，允许能带高度收敛，接近费米能级，以获得高Seebeck系数。然而，FeCoNi中熵合金的较高的热导率使得热电性能较低，ZT值仅为0.097，导致FeCoNi中熵合金热电性能较差。

发明内容

本发明的目的是提供一种陶瓷颗粒增强的金属基热电材料及其制备方法，解决FeCoNi中熵合金的Seebeck系数较低，热导率较高，使得其热电性能较低的问题。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种陶瓷颗粒增强的金属基热电材料，所述材料由基体相FeCoNi和第二相Ta_bO₂构成，且所述第二相Ta_bO₂弥散分布在基体相FeCoNi中，所述第二相Ta_bO₂为Ta的一系列氧化物，其中b为0.85-1。