非平衡結(jié)構(gòu)填充方鈷礦基熱電材料的制備和熱電性能.pdf

1、Skutterudite是最受關(guān)注和最具應(yīng)用前景的中溫?zé)犭姴牧现?，但目前Skutterudite熱電材料的研究仍停留于實(shí)驗(yàn)室階段，規(guī)?；呐可a(chǎn)仍無(wú)法開展。其原因在于現(xiàn)有的傳統(tǒng)制備方法工藝復(fù)雜，耗時(shí)太長(zhǎng)。本文采用SPS反應(yīng)燒結(jié)工藝來(lái)實(shí)現(xiàn)填充方鈷礦材料的快速制備，探討了SPS燒結(jié)壓力工藝參數(shù)和兩段燒結(jié)工藝對(duì)快速制備樣品的物相、結(jié)構(gòu)和熱電性能的影響。
　　 研究發(fā)現(xiàn)，SPS反應(yīng)燒結(jié)工藝可用來(lái)制備填充方鈷礦基熱電材料。決定物相組成

2、的關(guān)鍵因素是燒結(jié)溫度，773 K以上燒結(jié)時(shí)所得樣品為單相填充方鈷礦。與傳統(tǒng)熔融淬火退火工藝相比，快速制備工藝大大縮短了制備時(shí)間，降低了燒結(jié)溫度和能耗。并且所制備的樣品中含有獨(dú)特的螺旋非平衡結(jié)構(gòu)和廣泛存在的幾百納米左右的晶須。
　　 通過(guò)在反應(yīng)燒結(jié)時(shí)施加不同的壓力快速制備所得樣品的物相、結(jié)構(gòu)和性能研究發(fā)現(xiàn)：在5～50MPa壓力范圍內(nèi)，反應(yīng)燒結(jié)所得樣品仍為單相；結(jié)構(gòu)中仍以晶須和螺旋非平衡結(jié)構(gòu)為主；樣品的熱電性能較接近，在675 K時(shí)

3、5 MPa反應(yīng)所得樣品ZT值最大為0.71。由此得出結(jié)論5～50MPa范圍的壓力變化對(duì)反應(yīng)燒結(jié)樣品的結(jié)構(gòu)和性能較小。
　　 在反應(yīng)燒結(jié)快速制備的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了低溫合成高溫?zé)Y(jié)兩步燒結(jié)工藝。結(jié)果顯示：兩步燒結(jié)工藝仍可制備出單相方鈷礦基熱電材料。隨第二段燒結(jié)溫度的增高，螺旋晶須結(jié)構(gòu)逐漸長(zhǎng)成螺旋塊體結(jié)構(gòu)。且樣品的電性能增大，熱導(dǎo)率降低，綜合熱電性能有所提高。這表明兩步燒結(jié)工藝有助于提高快速制備樣品的熱電性能，快速制備工藝得到了優(yōu)化。在第