一種碲鉍基熱電材料的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種碲鉍基熱電材料的制備方法，包括：將碲鉍基晶體材料進(jìn)行熱壓，得到碲鉍基熱電材料；所述碲鉍基晶體材料具有Te3BixSb2-x的通式，0.4≤x≤0.6；所述碲鉍基晶體材料的晶粒尺寸為50微米～150微米；所述熱壓的溫度為320℃～580℃，所述熱壓的保溫時(shí)間為5分鐘～180分鐘。本發(fā)明提供了一種熱壓模具，包括：上模頭，模腔，下模頭；所述上模頭和下模頭能夠嵌入到所述模腔的內(nèi)部；與所述模腔連接的冷卻裝置；設(shè)置在所述模腔上的加熱裝置。采用本發(fā)明提供的熱壓工藝對具有Te3BixSb2-x通式的碲鉍基晶體材料進(jìn)行熱壓，制備得到的碲鉍基熱電材料同時(shí)具有較好的力學(xué)性能和熱電性能。
【專利說明】一種碲鉍基熱電材料的制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及熱電材料【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種碲鉍基熱電材料的制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]熱電材料是一種能夠?qū)崿F(xiàn)熱能和電能之間直接相互轉(zhuǎn)換的功能材料。用熱電材料制作的器件具有體積小、無噪音、無污染、無運(yùn)動(dòng)部件等優(yōu)點(diǎn)，在溫差電致冷和溫差發(fā)電方面具有極為重要的應(yīng)用前景。目前，熱電材料已經(jīng)廣泛應(yīng)用于民用行業(yè)和高【技術(shù)領(lǐng)域】，如小冰箱、飲水機(jī)、人造衛(wèi)星、太空飛船、高性能接收器和傳感器等。
[0003]熱電材料的熱電性能用熱電優(yōu)值ZT來表征，ZT = S2 σ T/ K (S是Seebeck系數(shù)，σ是電導(dǎo)率，K是熱導(dǎo)率，T是絕對溫度)。只有ZT值大于1，且有良好的機(jī)械性能和穩(wěn)定性的熱電材料，才有商業(yè)開發(fā)價(jià)值。熱電材料的熱電優(yōu)值越大，熱電材料的熱電轉(zhuǎn)換效率越高。碲鉍基熱電材料是目前熱電性能較好的室溫?zé)犭姴牧?，其熱電性能為各向異性，在平行于基?001)的方向上具有最佳的熱電性能。為了獲得最佳的熱電性能，在制備碲鉍基熱電材料的過程中需要考慮材料的晶粒取向性，通常采用區(qū)熔法制備具有晶粒取向的晶體材料，但由于區(qū)熔時(shí)液相向固相的轉(zhuǎn)變過程中常常會出現(xiàn)成分偏析，加之熔融狀態(tài)的鉍、碲等低熔點(diǎn)元素易揮發(fā)，使制備得到的碲鉍基熱電材料的力學(xué)性能較差。
[0004]為了克服上述技術(shù)的缺點(diǎn)，現(xiàn)有技術(shù)采用區(qū)熔生長和熱壓相結(jié)合的方法制備碲鉍基熱電材料。如申請?zhí)枮?00610154816.5的中國專利公開了一種碲化鉍基熱電材料的制備工藝，包括:用區(qū)熔法制備碲化鉍基晶體材料，采用區(qū)熔的溫度為700°C?800°C，升溫速率為25°C /min，區(qū)熔寬度為30mm?40mm，溫度梯度為25°C /cm?50°C /cm，生長速度為25mm/h?30mm/h ;將得到的晶體材料置于質(zhì)量濃度為10%?15%的氫氟酸溶液中浸泡30分鐘，取出后用酒精和去離子水清洗，直至其表面的pH值為7，在真空中干燥；或直接采取機(jī)械打磨的方式，以去除表面的氧化物雜質(zhì)層；將上述處理后的晶體材料進(jìn)行粉碎，得到粉體；采用標(biāo)準(zhǔn)篩對粉體進(jìn)行過篩，使所述粉體形成不同的粒度分布，選取初始粒度為180微米?380微米的粉體、120微米?180微米的粉體或96微米?120微米的粉體為原料進(jìn)行熱壓燒結(jié)，采用的燒結(jié)溫度為330°C?550°C，升溫速率為10°C /min?100°C /min，保溫時(shí)間為5分鐘?120分鐘，燒結(jié)壓力為60MPa?80MPa。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)提供的這種方法制備得到的碲鉍基熱電材料雖然具有較好的力學(xué)性能，但是其熱電性能較差。因此，現(xiàn)有技術(shù)提供的碲鉍基熱電材料不能同時(shí)具有較好的熱電性能和力學(xué)性能。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種碲鉍基熱電材料的制備方法，本發(fā)明提供的方法制備得到的碲鉍基熱電材料同時(shí)具有較好的熱電性能和力學(xué)性能。
[0007]本發(fā)明提供了一種碲鉍基熱電材料的制備方法，包括:
[0008]將締秘基晶體材料進(jìn)彳丁熱壓，得到締秘基熱電材料；
[0009]所述碲鉍基晶體材料具有式I所示的通式:
[0010]Te3BixSbh 式 I ;
[0011]式I 中，0.4 彡 X 彡 0.6 ;
[0012]所述締秘基晶體材料的晶粒尺寸為50微米?150微米；
[0013]所述熱壓的溫度為320°C?580°C，所述熱壓的保溫時(shí)間為5分鐘?180分鐘。
[0014]優(yōu)選的，所述締秘基晶體材料的晶粒尺寸為80微米?120微米。
[0015]優(yōu)選的，所述碲鉍基晶體材料的制備方法為:
[0016]將碲源、鉍源和銻源熔煉，得到合金液；
[0017]將所述合金液進(jìn)行冷淬，得到碲鉍基晶體材料。
[0018]優(yōu)選的，所述熔煉的溫度為600°C?900°C ；
[0019]所述熔煉的時(shí)間為15分鐘?480分鐘。
[0020]優(yōu)選的，所述冷淬的方法為水冷，所述水冷時(shí)水的溫度為20°C?30°C。
[0021]優(yōu)選的,將所述締秘基晶體材料進(jìn)行熱壓之前,還包括:
[0022]將所述締秘基晶體材料進(jìn)行粉碎,得到締秘基粉體材料，所述締秘基粉體材料的粒度為80微米?150微米。
[0023]優(yōu)選的，所述粉碎的方法為交叉敲擊式粉碎。
[0024]優(yōu)選的，所述熱壓的壓力為2MPa?35MPa。
[0025]優(yōu)選的，所述熱壓的升溫速率為5°C /min?100°C /min。
[0026]本發(fā)明提供了一種熱壓模具，包括:
[0027]上模頭，模腔，下模頭；
[0028]所述上模頭和下模頭能夠嵌入到所述模腔的內(nèi)部；
[0029]與所述模腔連接的冷卻裝置；
[0030]設(shè)置在所述模腔上的加熱裝置。
[0031]本發(fā)明提供了一種締秘基熱電材料的制備方法，包括:將締秘基晶體材料進(jìn)行熱壓，得到碲鉍基熱電材料；所述碲鉍基晶體材料具有Te3BixSlvx的通式，0.4 < X < 0.6 ;所述碲鉍基晶體材料的晶粒度尺寸為50微米?150微米；所述熱壓的溫度為320°C?580°C，所述熱壓的保溫時(shí)間為5分鐘?180分鐘。采用本發(fā)明提供的熱壓工藝對具有Te3BixSlvx通式的碲鉍基晶體材料進(jìn)行熱壓，能夠抑制所述碲鉍基晶體材料中晶粒的長大，從而使本發(fā)明提供的方法制備得到的碲鉍基熱電材料同時(shí)具有較好的力學(xué)性能和熱電性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本發(fā)明提供的方法制備得到的碲鉍基熱電材料的抗彎強(qiáng)度為60MPa?80MPa，熱電優(yōu)值為0.9K?1.1K0
[0032]此外，本發(fā)明提供的方法制備得到的碲鉍基熱電材料還具有較好的加工性能；而且本發(fā)明提供的方法工藝簡單、成本較低、生產(chǎn)周期短，可用于規(guī)模化生產(chǎn)。
[0033]本發(fā)明提供了一種熱壓模具，包括:上模頭，模腔，下模頭；所述上模頭和下模頭能夠嵌入到所述模腔的內(nèi)部；與所述模腔連接的冷卻裝置；設(shè)置在所述模腔上的加熱裝置。本發(fā)明優(yōu)選采用所述結(jié)構(gòu)的熱壓模具進(jìn)行熱壓，制備得到碲鉍基熱電材料；這種結(jié)構(gòu)的熱壓模具能夠快速加熱和冷卻，更好的滿足本發(fā)明制備碲鉍基熱電材料過程中對熱壓工藝參數(shù)的要求，進(jìn)一步提高本發(fā)明制備得到的碲鉍基熱電材料的力學(xué)性能和電學(xué)性能。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0034]為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)提供的附圖獲得其他的附圖。
[0035]圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的熱壓模具的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0036]圖2為本發(fā)明實(shí)施例1制備得到的碲鉍基晶體材料的XRD衍射圖譜。

【具體實(shí)施方式】
[0037]下面對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0038]本發(fā)明提供了一種碲鉍基熱電材料的制備方法，包括:
[0039]將締秘基晶體材料進(jìn)彳丁熱壓，得到締秘基熱電材料；
[0040]所述締秘基晶體材料具有式I所示的通式:
[0041]Te3BixSb2_x 式 I ;
[0042]式I 中，0.4彡 0.6;
[0043]所述締秘基晶體材料的晶粒尺寸為50微米?150微米；
[0044]所述熱壓的溫度為320°C?580°C，所述熱壓的保溫時(shí)間為5分鐘?180分鐘。
[0045]采用本發(fā)明提供的熱壓工藝對具有Te3BixSlvx通式的碲鉍基晶體材料進(jìn)行熱壓，能夠抑制所述碲鉍基晶體材料中晶粒的長大，從而使本發(fā)明提供的方法制備得到的碲鉍基熱電材料同時(shí)具有較好的力學(xué)性能和熱電性能。此外，本發(fā)明提供的方法制備得到的碲鉍基熱電材料還具有較好的加工性能；而且本發(fā)明提供的方法工藝簡單、成本較低、生產(chǎn)周期較短，可用于規(guī)?；a(chǎn)。
[0046]本發(fā)明將碲鉍基晶體材料進(jìn)行熱壓，得到碲鉍基熱電材料。在本發(fā)明中，所述碲鉍基晶體材料具有式I所示的通式:
[0047]Te3BixSb2_x 式 I ;
[0048]式I 中，0.4 彡 X 彡 0.6。
[0049]在本發(fā)明中，優(yōu)選的，0.45彡X彡0.55 ;更優(yōu)選的，0.48彡x彡0.52。在本發(fā)明中，所述碲鉍基晶體材料的晶粒尺寸為50微米?150微米，優(yōu)選為80微米?120微米，更優(yōu)選為90微米?110微米。本發(fā)明采用晶粒細(xì)小的碲鉍基晶體材料制備碲鉍基熱電材料，采用這種締秘基晶體材料能夠提聞本發(fā)明制備得到的締秘基熱電材料的力學(xué)性能和電學(xué)性能。
[0050]在本發(fā)明中，所述碲鉍基晶體材料的制備方法優(yōu)選為:
[0051]將碲源、鉍源和銻源熔煉，得到合金液；
[0052]將所述合金液進(jìn)行冷淬，得到碲鉍基晶體材料。
[0053]本發(fā)明優(yōu)選采用這種熔煉-冷淬的工藝制備碲鉍基晶體材料。這種工藝制備得到的碲鉍基晶體材料的晶粒細(xì)小，從而使本發(fā)明制備得到的碲鉍基熱電材料同時(shí)具有較好的熱電性能和力學(xué)性能。
[0054]本發(fā)明優(yōu)選將碲源、鉍源和銻源熔煉，得到合金液。在本發(fā)明中，所述熔煉的溫度優(yōu)選為600°C?900°C，更優(yōu)選為650°C?850°C，最優(yōu)選為700°C?800°C。在本發(fā)明中，所述熔煉的時(shí)間優(yōu)選為15分鐘?480分鐘，更優(yōu)選為30分鐘?450分鐘，最優(yōu)選為100分鐘?400分鐘，最最優(yōu)選為200分鐘?300分鐘。本發(fā)明優(yōu)選在無氧的條件下進(jìn)行熔煉，更優(yōu)選在真空的條件下進(jìn)行熔煉。
[0055]在本發(fā)明中，所述碲源優(yōu)選為單質(zhì)碲。在本發(fā)明中，所述碲源的純度優(yōu)選> 4N。在本發(fā)明中，所述鉍源優(yōu)選為單質(zhì)鉍。在本發(fā)明中，所述鉍源的純度優(yōu)選S4N。在本發(fā)明中，所述銻源優(yōu)選為單質(zhì)銻。在本發(fā)明中，所述銻源的純度優(yōu)選>4N。本發(fā)明對所述碲源、鉍源和銻源的來源沒有特殊的限制，可由市場購買獲得。
[0056]在本發(fā)明中，所述碲源、鉍源和銻源的用量按照目標(biāo)分子式進(jìn)行配料，所述目標(biāo)分子式為 Te3BixSb2^x, 0.4 彡 x 彡 0.6。
[0057]得到合金液后，本發(fā)明優(yōu)選將所述合金液進(jìn)行冷淬，得到碲鉍基晶體材料。在本發(fā)明中，所述冷淬的方法優(yōu)選為水淬。在本發(fā)明中，所述水淬時(shí)水的溫度優(yōu)選為20°C?30°C，更優(yōu)選為22°C?28°C，最優(yōu)選為24°C?26°C。在本發(fā)明中，所述冷淬的時(shí)間優(yōu)選為10分鐘?30分鐘，更優(yōu)選為15分鐘?25分鐘，最優(yōu)選為20分鐘。在本發(fā)明中，所述水淬時(shí)的水優(yōu)選為純水。
[0058]本發(fā)明將碲鉍基晶體材料進(jìn)行熱壓，得到碲鉍基熱電材料。在本發(fā)明中，所述熱壓的溫度為320°C?580°C，優(yōu)選為350°C?550°C，更優(yōu)選為400°C?500°C，最優(yōu)選為420°C?480°C。在本發(fā)明中，所述熱壓的保溫時(shí)間為5分鐘?180分鐘，優(yōu)選為10分鐘?150分鐘，更優(yōu)選為30分鐘?120分鐘，最優(yōu)選為50分鐘?100分鐘。本發(fā)明優(yōu)選采用這種較低的溫度和較短的保溫時(shí)間的熱壓工藝制備碲鉍基熱電材料，這種熱壓工藝可抑制所述碲鉍基晶體材料中碲、鉍等低熔點(diǎn)元素的揮發(fā)，較好的控制碲鉍基晶體材料的化學(xué)組成，使本發(fā)明制備得到的碲鉍基熱電材料同時(shí)具有較好的熱電性能和力學(xué)性能；這種熱壓工藝的溫度較低、時(shí)間較短，因此無需在無氧的條件下進(jìn)行熱壓，使本發(fā)明提供的碲鉍基熱電材料的制備方法工藝簡單，操作簡便，利于進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)。
[0059]在本發(fā)明中，所述熱壓的壓力優(yōu)選為2MPa?35MPa，更優(yōu)選為5MPa?30MPa，最優(yōu)選為1MPa?25MPa，最最優(yōu)選為15MPa?20MPa。在本發(fā)明中，所述熱壓的升溫速率優(yōu)選為 5V /min ?100°C /min,更優(yōu)選為 10°C /min ?90°C /min,最優(yōu)選為 20°C /min ?70°C /min,最最優(yōu)選為 40°C /min ?60°C /min。
[0060]本發(fā)明對所述熱壓的設(shè)備沒有特殊的限制，采用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的熱壓機(jī)即可。在本發(fā)明的實(shí)施例中，所述熱壓機(jī)可以為東莞市銘I將機(jī)械設(shè)備有限公司提供的TYA-100T型號的四柱框式油壓機(jī)。
[0061]本發(fā)明提供了一種熱壓模具，包括:
[0062]上模頭，模腔，下模頭；
[0063]所述上模頭和下模頭能夠嵌入到所述模腔的內(nèi)部；
[0064]與所述模腔連接的冷卻裝置；
[0065]設(shè)置在所述模腔上的加熱裝置。
[0066]本發(fā)明優(yōu)選采用具有上述結(jié)構(gòu)的熱壓模具進(jìn)行熱壓，這種結(jié)構(gòu)的熱壓模具能夠快速加熱和冷卻，以更好的滿足本發(fā)明制備碲鉍基熱電材料過程中對熱壓工藝參數(shù)的要求，進(jìn)一步提高本發(fā)明制備得到的碲鉍基熱電材料的電學(xué)性能和力學(xué)性能。
[0067]本發(fā)明提供的熱壓模具包括上模頭。在本發(fā)明中，所述上模頭的形狀優(yōu)選為矩形。在本發(fā)明中，所述上模頭的材質(zhì)優(yōu)選為模具鋼，更優(yōu)選為3Cr2W8V。圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的熱壓模具的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示，圖1中8為上模頭。
[0068]本發(fā)明提供的熱壓模具包括下模頭。在本發(fā)明中，所述下模頭的形狀優(yōu)選為矩形。在本發(fā)明中，所述下模頭的材質(zhì)優(yōu)選為模具鋼，更優(yōu)選為3Cr2W8V。在本發(fā)明的實(shí)施例中，如圖1所示，6為下模頭。
[0069]本發(fā)明提供的熱壓模具包括模腔。在本發(fā)明中，所述模腔的形狀優(yōu)選為矩形。在本發(fā)明中，所述上模頭和下模頭能夠嵌入到所述模腔中。在本發(fā)明中，所述模腔的材質(zhì)優(yōu)選為模具鋼，更優(yōu)選為3Cr2W8V。在本發(fā)明的實(shí)施例中，如圖1所示，4為模腔。
[0070]本發(fā)明提供的熱壓模具包括與所述模腔連接的冷卻裝置。在本發(fā)明中，所述冷卻裝置優(yōu)選為水冷夾板。在本發(fā)明中，所述冷卻裝置優(yōu)選設(shè)置在所述模腔的兩側(cè)，與所述模腔的外壁相接觸。在本發(fā)明中，所述冷卻裝置能夠使所述熱壓模具快速冷卻。在本發(fā)明中，所述冷卻裝置的材質(zhì)優(yōu)選為不銹鋼，更優(yōu)選為304不銹鋼。在本發(fā)明的實(shí)施例中，如圖1所示，10為水冷夾板。
[0071]本發(fā)明提供的熱壓模具包括加熱裝置。在本發(fā)明中，所述加熱裝置設(shè)置在所述模腔上，優(yōu)選設(shè)置在所述模腔上凹槽的四周。在本發(fā)明中，所述加熱裝置用于所述熱壓模具的快速加熱。在本發(fā)明中，所述加熱裝置優(yōu)選為加熱棒。在本發(fā)明中，所述加熱裝置的材質(zhì)優(yōu)選為不銹鋼，更優(yōu)選為440C不銹鋼。在本發(fā)明的實(shí)施例中，如圖1所示，7為加熱棒。
[0072]本發(fā)明提供的熱壓模具優(yōu)選還包括上頂板，所述上頂板和所述上模頭的一端連接。在本發(fā)明中，所述上頂板的材質(zhì)優(yōu)選為模具鋼，更優(yōu)選為NAK55鋼。在本發(fā)明的實(shí)施例中，如圖1所示，12為上頂板。
[0073]本發(fā)明提供的熱壓模具優(yōu)選還包括側(cè)板。在本發(fā)明中，所述側(cè)板與所述模腔的外壁連接。在本發(fā)明中，所述側(cè)板優(yōu)選設(shè)置在所述模腔的兩側(cè)，所述側(cè)板的設(shè)置位置與所述冷卻裝置的設(shè)置位置不同。在本發(fā)明中，所述側(cè)板的材質(zhì)優(yōu)選為不銹鋼，更優(yōu)選為304不銹鋼。在本發(fā)明的實(shí)施例中，如圖1所示，11為側(cè)板。
[0074]本發(fā)明提供的熱壓模具優(yōu)選還包括第一把手。在本發(fā)明中，所述第一把手優(yōu)選設(shè)置在所述模腔兩側(cè)的外壁上，所述第一把手與所述側(cè)板在所述模腔的同側(cè)。本發(fā)明對所述第一把手的形狀沒有特殊的限制，所述第一把手能夠方便搬運(yùn)所述模腔，滿足實(shí)際操作條件即可。在本發(fā)明中，所述第一把手的形狀優(yōu)選為U型。在本發(fā)明中，所述第一把手的材質(zhì)優(yōu)選為不銹鋼，更優(yōu)選為304不銹鋼。在本發(fā)明的實(shí)施例中，如圖1所示，9為第一把手。
[0075]本發(fā)明提供的熱壓模具優(yōu)選還包括支撐塊。在本發(fā)明中，所述支撐塊和所述下模頭連接。在本發(fā)明中，所述支撐塊用于支撐所述下模頭。在本發(fā)明中，所述支撐塊的材質(zhì)優(yōu)選為模具鋼，更優(yōu)選為3Cr2W8V。在本發(fā)明的實(shí)施例中，如圖1所示，5為支撐塊。
[0076]本發(fā)明提供的熱壓模具優(yōu)選還包括支撐板。在本發(fā)明中，所述支撐板設(shè)置在所述支撐塊的兩側(cè)，所述支撐板和所述模腔連接。在本發(fā)明中，所述支撐板用于支撐所述模腔。在本發(fā)明中，所述支撐板的材質(zhì)優(yōu)選為模具鋼，更優(yōu)選為3Cr2W8V。在本發(fā)明的實(shí)施例中，如圖1所示，3為支撐板。
[0077]本發(fā)明提供的熱壓模具優(yōu)選還包括底板。在本發(fā)明中，所述底板和所述支撐板和支撐塊連接，所述支撐板和支撐塊固定在所述底板上。在本發(fā)明中，所述底板的材質(zhì)優(yōu)選為模具鋼，更優(yōu)選為NAK55鋼。在本發(fā)明的實(shí)施例中，如圖1所示，2為底板。
[0078]本發(fā)明提供的熱壓模具優(yōu)選還包括第二把手。在本發(fā)明中，所述第二把手優(yōu)選設(shè)置在所述底板上。本發(fā)明對所述第二把手的形狀沒有特殊的限制，所述第二把手能夠方便搬運(yùn)熱壓模具，滿足實(shí)際操作條件即可。在本發(fā)明中，所述第二把手的形狀優(yōu)選為U型。在本發(fā)明中，所述第二把手的材質(zhì)優(yōu)選為不銹鋼，更優(yōu)選為304不銹鋼。
[0079]本發(fā)明提供的熱壓模具優(yōu)選還包括熱壓機(jī)平臺。在本發(fā)明中，所述熱壓機(jī)平臺和所述底板連接，用以支撐底板。在本發(fā)明中，所述熱壓機(jī)平臺的材質(zhì)優(yōu)選為模具鋼。在本發(fā)明的實(shí)施例中，如圖1所示，I為液壓機(jī)平臺。
[0080]在所述熱壓的過程中，本發(fā)明優(yōu)選采用碳質(zhì)脫模材料對所述熱壓模具進(jìn)行保護(hù)。本發(fā)明優(yōu)選將所述碳質(zhì)脫模材料涂覆在所述熱壓模具中模腔的內(nèi)表面，防止所述碲鉍基晶體材料直接與所述模腔內(nèi)表面接觸。本發(fā)明對所述碳質(zhì)脫模材料的來源沒有特殊的限制，可由市場購買獲得。
[0081]在本發(fā)明中，所述熱壓包括冷卻，所述冷卻的方式優(yōu)選為自然冷卻或水冷。在本發(fā)明中，所述冷卻的溫度優(yōu)選為20°C?30°C，更優(yōu)選為22°C?28°C，最優(yōu)選為24V?26°C。在本發(fā)明中，所述冷卻的時(shí)間優(yōu)選為10分鐘?30分鐘，更優(yōu)選為15分鐘?25分鐘，最優(yōu)選為20分鐘。
[0082]在將所述碲鉍基晶體材料進(jìn)行熱壓之前，本發(fā)明優(yōu)選將所述碲鉍基材料進(jìn)行粉碎，得到締秘基粉體材料。本發(fā)明優(yōu)選將所述締秘基粉體材料進(jìn)行熱壓。
[0083]在本發(fā)明中，所述粉碎后得到的碲鉍基粉體材料的粒度優(yōu)選為80微米?150微米，更優(yōu)選為90微米?130微米,最優(yōu)選為100微米?120微米。本發(fā)明優(yōu)選在無氧的條件下進(jìn)行所述粉碎，更優(yōu)選在手套箱中惰性氣體保護(hù)的條件下進(jìn)行所述粉碎。
[0084]在本發(fā)明中，所述粉碎的方法優(yōu)選為交叉敲擊式粉碎。本發(fā)明優(yōu)選采用這種粉碎方法將所述締秘基晶體材料進(jìn)行粉碎，這種方法粉碎得到的締秘基粉體材料的粒徑分布較窄，粒度均勻，從而進(jìn)一步地提高本發(fā)明提供的碲鉍基熱電材料的熱電性能和力學(xué)性能。本發(fā)明對所述粉碎的設(shè)備沒有特殊的限制，采用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的交叉敲擊粉碎工具即可。
[0085]得到碲鉍基粉體材料后，本發(fā)明優(yōu)選將所述碲鉍基粉體材料進(jìn)行篩分，得到具有一定粒度分布的碲鉍基粉體材料。在本發(fā)明中，所述碲鉍基粉體材料的粒度優(yōu)選為80微米?150微米，更優(yōu)選為90微米?130微米，最優(yōu)選為100微米?120微米。本發(fā)明優(yōu)選在無氧的條件下進(jìn)行所述篩分，更優(yōu)選在手套箱中惰性氣體的保護(hù)下進(jìn)行所述篩分。本發(fā)明對所述篩分的設(shè)備沒有特殊的限制，采用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的振動(dòng)篩即可。
[0086]本發(fā)明提供的方法制備得到的碲鉍基熱電材料的形狀優(yōu)選為方形棒，這種方形棒碲鉍基熱電材料的熱電性能和力學(xué)性能較為均勻。在本發(fā)明中，所述碲鉍基熱電材料的長優(yōu)選為20mm?30mm,更優(yōu)選為24mm?28mm,最優(yōu)選為25mm ;寬優(yōu)選為20mm?30mm,更優(yōu)選為24mm?28mm,最優(yōu)選為25mm ;高優(yōu)選為95mm?115mm,更優(yōu)選為10mm?IlOmm,最優(yōu)選為105mm。
[0087]將本發(fā)明提供的方法制備得到的碲鉍基熱電材料按照ASTM D790-2003《未增強(qiáng)和增強(qiáng)塑料及電絕緣材料彎曲性的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法》的標(biāo)準(zhǔn)，測試其抗彎強(qiáng)度，測試結(jié)果為，本發(fā)明提供的方法制備得到的碲鉍基熱電材料的抗彎強(qiáng)度為60MPa?80MPa。
[0088]采用日本愛發(fā)科-理工(Ulvac-riko)公司提供的ZEM-3 (MlO)型熱電測量儀，測試本發(fā)明提供的方法制備得到的碲鉍基熱電材料的電導(dǎo)率和塞貝克(Seebeck)系數(shù)，采用德國耐馳(Netzsch)公司提供的LFA437型激光熱導(dǎo)分析儀測試本發(fā)明提供的方法制備得到的碲鉍基熱電材料的熱導(dǎo)率，根據(jù)電導(dǎo)率、賽貝克系數(shù)和熱導(dǎo)率的數(shù)據(jù)，計(jì)算本發(fā)明提供的方法制備得到的碲鉍基熱電材料的熱電優(yōu)值。計(jì)算結(jié)果為，本發(fā)明提供的方法制備得到的碲鉍基熱電材料的熱電優(yōu)值為0.9K?1.1K。
[0089]將本發(fā)明提供的方法制備得到的碲鉍基熱電材料進(jìn)行線切割，可切割得到厚度(Imm的材料，由此可知，本發(fā)明提供的方法制備得到的碲鉍基熱電材料具有較好的加工性能。
[0090]本發(fā)明提供了一種締秘基熱電材料的制備方法，包括:將締秘基晶體材料進(jìn)行熱壓，得到碲鉍基熱電材料；所述碲鉍基晶體材料具有Te3BixSlvx的通式，0.4 < X < 0.6 ;所述碲鉍基晶體材料的晶粒尺寸為50微米?150微米；所述熱壓的溫度為320°C?580°C，所述熱壓的保溫時(shí)間為5分鐘?180分鐘。采用本發(fā)明提供的熱壓工藝對具有Te3BixSlvx通式的碲鉍基晶體材料進(jìn)行熱壓，能夠抑制所述碲鉍基晶體材料中晶粒的長大，從而使本發(fā)明提供的方法制備得到的碲鉍基熱電材料同時(shí)具有較好的力學(xué)性能和熱電性能。此外，本發(fā)明提供的方法制備得到的碲鉍基熱電材料還具有較好的加工性能，而且本發(fā)明提供的方法工藝簡單、成本較低、生產(chǎn)周期短，可用于規(guī)?；a(chǎn)。
[0091]本發(fā)明以下實(shí)施例所用到的原料均為市售商品。
[0092]實(shí)施例1
[0093]將純度為4N的單質(zhì)碲、純度為4N的單質(zhì)鉍和純度為4N的單質(zhì)銻按照摩爾比為3:0.4:1.6的比例進(jìn)行配料,所述單質(zhì)締、單質(zhì)秘和單質(zhì)鋪的總質(zhì)量為lKg。
[0094]將上述單質(zhì)碲、單質(zhì)鉍和單質(zhì)銻裝入潔凈的石英管中，將所述石英管抽真空至10_2Pa后封口 ；將所述石英管在780°C加熱3小時(shí)后水淬，冷卻至25°C，得到碲鉍基晶體材料；
[0095]將所述締秘基晶體材料在手套箱中進(jìn)行粉碎、過篩，得到締秘基粉體材料，所述締鉍基粉體材料中質(zhì)量百分含量為90%的粉體通過粒度為120微米的篩孔。
[0096]將所述碲鉍基粉體材料裝入圖1所示的熱壓模具中，圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的熱壓模具的結(jié)構(gòu)示意圖；在2MPa的壓力下，將所述熱壓模具以50°C /分鐘的升溫速度升溫至580°C保溫5分鐘，采用水冷的方式將所述熱壓模具降溫至25°C，得到碲鉍基熱電材料。
[0097]將本發(fā)明實(shí)施例1制備得到的碲鉍基晶體材料進(jìn)行XRD衍射實(shí)驗(yàn)，測試本發(fā)明實(shí)施例I制備得到的碲鉍基晶體材料的分子式，測試結(jié)果如圖2所示，圖2為本發(fā)明實(shí)施例1制備得到的碲鉍基晶體材料的XRD衍射圖譜，由圖2可知，本發(fā)明實(shí)施例1制備得到的碲鉍基晶體材料的分子式為Te3Bia4Sb1I
[0098]采用Mastersizer 2000粒度分布儀測試本發(fā)明實(shí)施例1制備得到的締秘基晶體材料的晶粒尺寸，測試結(jié)果為，本發(fā)明實(shí)施例1制備得到的碲鉍基晶體材料中90%的晶粒尺寸< 87微米，晶粒細(xì)小。
[0099]采用X射線衍射儀測試本發(fā)明實(shí)施例1制備得到的碲鉍基晶體材料的晶粒取向，測試結(jié)果為，本發(fā)明實(shí)施例1制備得到的碲鉍基晶體材料的晶粒取向?yàn)?001)。
[0100]按照上述技術(shù)方案所述的方法，測試本發(fā)明實(shí)施例1提供的方法制備得到的碲鉍基熱電材料的熱電優(yōu)值和抗彎強(qiáng)度，測試結(jié)果為，本發(fā)明實(shí)施例1提供的方法制備得到的碲鉍基熱電材料的熱電優(yōu)值為1.05K，抗彎強(qiáng)度為61MPa，本發(fā)明實(shí)施例1提供的方法制備得到的碲鉍基熱電材料同時(shí)具有較好的熱電性能和力學(xué)性能。
[0101]實(shí)施例2
[0102]將純度為4N的單質(zhì)碲、純度為4N的單質(zhì)鉍和純度為4N的單質(zhì)銻按照摩爾比為3:0.5:1.5的比例進(jìn)行配料,所述單質(zhì)締、單質(zhì)秘和單質(zhì)鋪的總質(zhì)量為lKg。
[0103]將上述單質(zhì)碲、單質(zhì)鉍和單質(zhì)銻裝入潔凈的石英管中，將所述石英管抽真空至10_2Pa后封口 ；將所述石英管在600°C加熱8小時(shí)后水淬，冷卻至25°C，得到碲鉍基晶體材料；
[0104]將所述締秘基晶體材料在手套箱中進(jìn)行粉碎、過篩，得到締秘基粉體材料，所述締鉍基粉體材料中質(zhì)量百分含量為90%的粉體通過粒度為87微米的篩孔。
[0105]將所述碲鉍基粉體材料裝入圖1所示的熱壓模具中，圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的熱壓模具的結(jié)構(gòu)示意圖；在6MPa的壓力下，將所述熱壓模具以50°C /分鐘的升溫速度升溫至460°C保溫2小時(shí)，采用水冷的方式將所述熱壓模具降溫至25°C，得到碲鉍基熱電材料。
[0106]按照實(shí)施例1所述的方法，測試本發(fā)明實(shí)施例2制備得到的碲鉍基晶體材料的分子式，測試結(jié)果為，本發(fā)明實(shí)施例2制備得到的碲鉍基晶體材料的分子式為Te3Bia5Sbh5t5
[0107]按照實(shí)施例1所述的方法，測試本發(fā)明實(shí)施例2制備得到的碲鉍基晶體材料的晶粒尺寸，測試結(jié)果為，本發(fā)明實(shí)施例2制備得到的碲鉍基晶體材料中90%的晶粒尺寸< 82微米，晶粒細(xì)小。
[0108]按照實(shí)施例1所述的方法，測試本發(fā)明實(shí)施例2制備得到的碲鉍基晶體材料的晶粒取向，測試結(jié)果為，本發(fā)明實(shí)施例2制備得到的碲鉍基晶體材料的晶粒取向?yàn)?001)。
[0109]按照上述技術(shù)方案所述的方法，測試本發(fā)明實(shí)施例2提供的方法制備得到的碲鉍基熱電材料的熱電優(yōu)值和抗彎強(qiáng)度，測試結(jié)果為，本發(fā)明實(shí)施例2提供的方法制備得到的碲鉍基熱電材料的熱電優(yōu)值為0.93K，抗彎強(qiáng)度為78MPa，本發(fā)明實(shí)施例2提供的方法制備得到的碲鉍基熱電材料同時(shí)具有較好的熱電性能和力學(xué)性能。
[0110]實(shí)施例3
[0111]將純度為4N的單質(zhì)碲、純度為4N的單質(zhì)鉍和純度為4N的單質(zhì)銻按照摩爾比為3:0.6:1.4的比例進(jìn)行配料,所述單質(zhì)締、單質(zhì)秘和單質(zhì)鋪的總質(zhì)量為lKg。
[0112]將上述單質(zhì)碲、單質(zhì)鉍和單質(zhì)銻裝入潔凈的石英管中，將所述石英管抽真空至10_2Pa后封口 ；將所述石英管在900°C加熱10分鐘后水淬，冷卻至25°C，得到碲鉍基晶體材料；
[0113]將所述締秘基晶體材料在手套箱中進(jìn)行粉碎、過篩,得到締秘基粉體材料,所述締鉍基粉體材料中質(zhì)量百分含量為90%的粉體通過粒度為100微米的篩孔。
[0114]將所述碲鉍基粉體材料裝入圖1所示的熱壓模具中，圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的熱壓模具的結(jié)構(gòu)示意圖；在35MPa的壓力下，將所述熱壓模具以20°C /分鐘的升溫速度升溫至360°C保溫3小時(shí)，采用水冷的方式將所述熱壓模具降溫至25°C，得到碲鉍基熱電材料。
[0115]按照實(shí)施例1所述的方法，測試本發(fā)明實(shí)施例3制備得到的碲鉍基晶體材料的分子式，測試結(jié)果為，本發(fā)明實(shí)施例3制備得到的碲鉍基晶體材料的分子式為Te3Bia6Sb^
[0116]按照實(shí)施例1所述的方法，測試本發(fā)明實(shí)施例3制備得到的碲鉍基晶體材料的晶粒尺寸，測試結(jié)果為，本發(fā)明實(shí)施例3制備得到的碲鉍基晶體材料中90%的晶粒尺寸< 97微米，晶粒細(xì)小。
[0117]按照實(shí)施例1所述的方法，測試本發(fā)明實(shí)施例3制備得到的碲鉍基晶體材料的晶粒取向，測試結(jié)果為，本發(fā)明實(shí)施例3制備得到的碲鉍基晶體材料的晶粒取向?yàn)?001)。
[0118]按照上述技術(shù)方案所述的方法，測試本發(fā)明實(shí)施例3提供的方法制備得到的碲鉍基熱電材料的熱電優(yōu)值和抗彎強(qiáng)度，測試結(jié)果為，本發(fā)明實(shí)施例3提供的方法制備得到的碲鉍基熱電材料的熱電優(yōu)值為1.06K，抗彎強(qiáng)度為81MPa，本發(fā)明實(shí)施例3提供的方法制備得到的碲鉍基熱電材料同時(shí)具有較好的熱電性能和力學(xué)性能。
[0119]實(shí)施例4
[0120]將純度為4N的單質(zhì)碲、純度為4N的單質(zhì)鉍和純度為4N的單質(zhì)銻按照摩爾比為3:0.4:1.6的比例進(jìn)行配料,所述單質(zhì)締、單質(zhì)秘和單質(zhì)鋪的總質(zhì)量為lKg。
[0121]將上述單質(zhì)碲、單質(zhì)鉍和單質(zhì)銻裝入潔凈的石英管中，將所述石英管抽真空至10_2Pa后封口 ；將所述石英管在780°C加熱3小時(shí)后水淬，冷卻至25°C，得到碲鉍基晶體材料；
[0122]將所述締秘基晶體材料在手套箱中進(jìn)行粉碎、過篩，得到締秘基粉體材料，所述締鉍基粉體材料中質(zhì)量百分含量為90%的粉體通過粒度為150微米的篩孔。
[0123]將所述碲鉍基粉體材料裝入圖1所示的熱壓模具中，圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的熱壓模具的結(jié)構(gòu)示意圖；在5MPa的壓力下，將所述熱壓模具以50°C /分鐘的升溫速度升溫至420°C保溫25分鐘，采用水冷的方式將所述熱壓模具降溫至25°C，得到碲鉍基熱電材料。
[0124]按照實(shí)施例1所述的方法，測試本發(fā)明實(shí)施例4制備得到的碲鉍基晶體材料的分子式，測試結(jié)果為，本發(fā)明實(shí)施例4制備得到的碲鉍基晶體材料的分子式為Te3Bia4Sbh6t5
[0125]按照實(shí)施例1所述的方法，測試本發(fā)明實(shí)施例4制備得到的碲鉍基晶體材料的晶粒尺寸，測試結(jié)果為，本發(fā)明實(shí)施例4制備得到的締秘基晶體材料中90 %的晶粒尺寸〈109微米，晶粒細(xì)小。
[0126]按照實(shí)施例1所述的方法，測試本發(fā)明實(shí)施例4制備得到的碲鉍基晶體材料的晶粒取向，測試結(jié)果為，本發(fā)明實(shí)施例4制備得到的碲鉍基晶體材料的晶粒取向?yàn)?001)。
[0127]按照上述技術(shù)方案所述的方法，測試本發(fā)明實(shí)施例4提供的方法制備得到的碲鉍基熱電材料的熱電優(yōu)值和抗彎強(qiáng)度，測試結(jié)果為，本發(fā)明實(shí)施例4提供的方法制備得到的碲鉍基熱電材料的熱電優(yōu)值為1.09K，抗彎強(qiáng)度為73MPa，本發(fā)明實(shí)施例4提供的方法制備得到的碲鉍基熱電材料同時(shí)具有較好的熱電性能和力學(xué)性能。
[0128]比較例I
[0129]將純度為4N的單質(zhì)碲、純度為4N的單質(zhì)鉍和純度為4N的單質(zhì)銻按照摩爾比為3:0.4:1.6的比例進(jìn)行配料,所述單質(zhì)締、單質(zhì)秘和單質(zhì)鋪的總質(zhì)量為lKg。
[0130]將上述單質(zhì)碲、單質(zhì)鉍和單質(zhì)銻裝入潔凈的石英管中，將所述石英管抽真空至10_2Pa后封口 ；將所述石英管在700°C加熱3小時(shí)后水淬，冷卻至25°C。
[0131]然后將所述石英管裝到區(qū)域熔煉爐上，進(jìn)行區(qū)域熔煉，所述區(qū)域熔煉的溫度為680°C，所述區(qū)域熔煉的速度為25mm/h ;所述區(qū)域熔煉結(jié)束后，將得到的熔煉產(chǎn)物截去頭尾，得到圓棒狀碲鉍基熱電材料。
[0132]按照上述技術(shù)方案所述的方法，測試本發(fā)明比較例I提供的方法制備得到的碲鉍基熱電材料的熱電優(yōu)值和抗彎強(qiáng)度，測試結(jié)果為，本發(fā)明比較例I提供的方法制備得到的碲鉍基熱電材料的熱電優(yōu)值為0.95K，抗彎強(qiáng)度為8.3MPa。
[0133]由以上實(shí)施例可知，本發(fā)明提供了一種碲鉍基熱電材料的制備方法，包括:將碲鉍基晶體材料進(jìn)行熱壓，得到締秘基熱電材料；所述締秘基晶體材料具有Te3BixSb2_x的通式，0.X ^ 0.6 ;所述碲鉍基晶體材料的晶粒尺寸為50微米?150微米；所述熱壓的溫度為320°C?580°C，所述熱壓的保溫時(shí)間為5分鐘?180分鐘。采用本發(fā)明提供的熱壓工藝對具有Te3BixSlvx通式的碲鉍基晶體材料進(jìn)行熱壓，能夠抑制所述碲鉍基晶體材料中晶粒的長大，從而使本發(fā)明提供的方法制備得到的碲鉍基熱電材料同時(shí)具有較好的力學(xué)性能和熱電性能。此外，本發(fā)明提供的方法制備得到的碲鉍基熱電材料還具有較好的加工性能，而且本發(fā)明提供的方法工藝簡單、成本較低、生產(chǎn)周期短，可用于規(guī)?；a(chǎn)。
【權(quán)利要求】
1.一種碲鉍基熱電材料的制備方法，包括: 將締秘基晶體材料進(jìn)行熱壓，得到締秘基熱電材料； 所述碲鉍基晶體材料具有式I所示的通式:
Te3BixSb2_x 式I; 式I中，0.4彡X彡0.6; 所述締秘基晶體材料的晶粒尺寸為50微米?150微米； 所述熱壓的溫度為320°C?580°C，所述熱壓的保溫時(shí)間為5分鐘?180分鐘。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述碲鉍基晶體材料的晶粒尺寸為80微米?120微米。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述碲鉍基晶體材料的制備方法為: 將碲源、鉍源和銻源熔煉，得到合金液； 將所述合金液進(jìn)行冷淬，得到碲鉍基晶體材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述熔煉的溫度為600°C?900°C； 所述熔煉的時(shí)間為15分鐘?480分鐘。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述冷淬的方法為水冷，所述水冷時(shí)水的溫度為20°C?30°C。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，將所述碲鉍基晶體材料進(jìn)行熱壓之前，還包括: 將所述締秘基晶體材料進(jìn)行粉碎，得到締秘基粉體材料； 所述碲鉍基粉體材料的粒度為80微米?150微米。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述粉碎的方法為交叉敲擊式粉碎。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述熱壓的壓力為2MPa?35MPa。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述熱壓的升溫速率為5°C/min?100°C /min。
10.一種熱壓模具，包括: 上模頭，模腔，下模頭； 所述上模頭和下模頭能夠嵌入到所述模腔的內(nèi)部； 與所述模腔連接的冷卻裝置； 設(shè)置在所述模腔上的加熱裝置。
【文檔編號】H01L35/34GK104393163SQ201410528216
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年10月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月9日
【發(fā)明者】高遠(yuǎn), 朱劉, 李堅(jiān), 李德全, 蔣和平 申請人:廣東先導(dǎo)稀材股份有限公司