專利名稱：鈷銻合金熱電材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種鈷銻合金熱電材料的制備方法，屬于熱電材料的制造技術(shù)領(lǐng)域。
目前有應(yīng)用價值和應(yīng)用前景的熱電材料主要有(Bi，Sb)2(Te，Se)3類材料、Bi1-xSbx類六方結(jié)構(gòu)的無限固溶體、Skutterudite(方鈷礦)結(jié)構(gòu)的熱電材料、Zn4Sb3熱電材料、聚合物熱電材料、富硼固體、金屬硅化物和氧化物熱電材料。其中Skutterudite結(jié)構(gòu)的熱電材料(AB3)具有大的Seebeck(塞貝克)系數(shù)和較高的熱電功率因子，是中溫區(qū)使用的熱電材料?，F(xiàn)有技術(shù)中制備CoSb3合金熱電材料的工藝，多采用真空熔煉—退火—破碎—燒結(jié)或長時間(24～72h)固相反應(yīng)—燒結(jié)等方法。
這些方法的缺點是，由于鈷和銻的熔點相差約865℃，因此在加熱過程中銻的揮發(fā)量大，極易造成成分偏差較大，所制備材料的雜相含量高，導(dǎo)致熱電性能降低。
本發(fā)明采用現(xiàn)有的放電等離子燒結(jié)(Spark Plasma Sintering，簡稱SPS)技術(shù)，該技術(shù)是新型特殊的加壓快速燒結(jié)技術(shù)，有的文獻上也稱SPS為等離子活化燒結(jié)。放電等離子燒結(jié)設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)，主要包括爐體中的上、下沖頭和爐腔，真空系統(tǒng)，直流脈沖電源，特殊油壓系統(tǒng)，控制系統(tǒng)和保護氣氛系統(tǒng)等。在SPS加熱過程中，電極通入直流脈沖電流時瞬間產(chǎn)生的放電等離子體，使燒結(jié)體內(nèi)部各個顆粒均勻地自身產(chǎn)生焦耳熱并使顆粒表面活化。SPS的工藝優(yōu)勢是升溫速度快，加熱均勻，燒結(jié)溫度低，保溫時間短，生產(chǎn)效率高，產(chǎn)品組織細(xì)小均勻。
本發(fā)明提出的鈷銻合金熱電材料的制備方法，其特征在于，它包括以下步驟(1)將鈷和銻的粉末按1∶3(摩爾比)的比例混合，將混合后的粉末放入高能球磨機中進行研磨2～30h，在研磨時充入惰性氣體保護或加入一定量的過程保護劑。
(2)將上述研磨后的粉末裝入模具，用放電等離子燒結(jié)設(shè)備直接燒結(jié)制備成塊狀材料，燒結(jié)條件為壓力30～1000Mpa，溫度200～600℃，保溫時間2～10min，氣氛為真空。
本制備方法的特點(1)生產(chǎn)效率高，成本低，可直接制備熱電堆所需的塊體材料，不需再加工成形。
(2)所制備的熱電材料組織均勻，可分別制備平均晶粒尺寸為30～100nm的納米晶CoSb3合金塊體。具有較高熱電性能，可在400℃附近應(yīng)用。
表1是用SPS制備CoSb3塊體熱電材料的性能參數(shù)，與對比例中長時間加熱制備的CoSb3相比性能較高。
圖7實施例5CoSb3合金塊體的XRD圖。
權(quán)利要求
1.一種鈷銻合金熱電材料的制備方法，其特征在于，它包括以下步驟(1)將鈷和銻的粉末按1∶3(摩爾比)的比例混合，將混合后的粉末放入高能球磨機中進行研磨2～30h，在研磨時充入惰性氣體保護或加入一定量的過程保護劑。(2)將上述研磨后的粉末裝入模具，用放電等離子燒結(jié)設(shè)備直接燒結(jié)制備成塊狀材料，燒結(jié)條件為壓力30～1000Mpa，溫度200～600℃，保溫時間2～10min，氣氛為真空。
全文摘要
一種鈷銻合金熱電材料的制備方法屬于熱電材料的制造技術(shù)領(lǐng)域。該制備方法步驟如下將鈷和銻的粉末按1∶3(摩爾比)的比例混合，將配好的粉末放入高能球磨機中進行研磨2～30h，球料比為10∶1～25∶1。在研磨時充入惰性氣體或加入一定量的過程保護劑，研磨后形成單相含量較高的鈷銻合金粉末，然后將該合金粉末裝入石墨模具或粉末冶金專用鋼模具或硬質(zhì)合金模具，用放電等離子燒結(jié)設(shè)備直接燒結(jié)制備成塊狀材料，燒結(jié)條件為壓力30～1000MPa和溫度200～600℃，保溫時間2～10min，氣氛為真空。其特點是生產(chǎn)效率高，成本低，可直接制備熱電堆所需塊體材料，不需再加工成形。制備的熱電材料組織均勻，晶粒為納米晶，大小可控制在30～100nm之間；具有高的熱電性能，可在400℃附近應(yīng)用。
文檔編號C22C12/00GK1417358SQ02156680
公開日2003年5月14日 申請日期2002年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月19日
發(fā)明者張久興, 劉科高, 路清梅, 周美玲, 左鐵鏞 申請人:北京工業(yè)大學(xué)