[发明专利]一种碲化铋基热电材料的制备方法

说明书

本发明涉及热电材料制备技术领域，具体涉及一种碲化铋基热电材料的制备方法；包括以下步骤：将Sb、Bi和Te三种单质原料混合后经真空熔融得到合金铸锭后破碎、球磨得到碲化铋基粉末；碲化铋基粉末经过放电等离子烧结得到碲化铋基块体材料；碲化铋基块体材料置于等径角挤压模具中挤压得到碲化铋基热电材料；本发明利用真空熔融、球磨和放电等离子烧结法制得碲化铋基材料，之后通过等径角挤压工艺对其进行二次加工，通过进行多道次的挤压操作，使材料产生大量形变，改变其内部结构，从而进一步优化其电学性能。

技术领域

本发明涉及热电材料制备技术领域，具体涉及一种碲化铋基热电材料的制备方法。

背景技术

热电转换技术是利用半导体材料的塞贝克效应和帕尔帖效应进行热能与电能互相转换的技术。热电材料可以通过热电转换技术实现温差发电和热电制冷。热电材料具有绿色环保、体积小、无噪音、寿命长等优点，在废热回收领域有广阔的应用前景。因此热电材料很大程度上可以同时解决能源浪费和环境问题。世界各国开展了许多对于温差发电技术和热电材料的研究，而温差发电技术也从最开始的航天领域开始向民用领域发展。热电材料的热电性能一般用无量纲热电优值ZT来衡量。无量纲热电优值ZT表达式为：ZT＝α²σT/κ，其中α为Seebeck系数，σ为电导率，T为绝对温度，κ为热导率，α²σ被定义为材料的功率因子，高性能热电材料需要高的α、σ和低的κ。

碲化铋基热电材料作为室温区热电材料的代表，被人在19世纪50年代发现在室温附近具有较高的热电优值，多年以来，科研工作者们对碲化铋材料做了大量的研究与工作，使得碲化铋最高ZT值可达1.86，碲化铋也成为研究最为成熟、商业用途最为广泛的热电材料之一。

目前制备碲化铋基热电材料的方法主要有：熔体生长法、机械合金化法、水热法和放电等离子烧结法等。由于碲化铋材料属于六方层状结构，沿晶体学C轴方向容易发生解理破坏，其结构特点决定了材料本身很强的各向异性，不同的测试方向得到的性能测试结果有很大差别，从而影响其电化学性能。

发明内容

基于上述问题，本发明提供一种碲化铋基热电材料的制备方法，利用真空熔融、球磨和放电等离子烧结法制得碲化铋基材料，之后通过等径角挤压工艺对其进行二次加工，通过进行多道次的挤压操作，使材料产生大量形变，改变其内部结构，从而进一步优化其电学性能。

本发明的技术方案之一，一种碲化铋基热电材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将Sb、Bi和Te三种单质原料混合后经真空熔融得到合金铸锭后破碎、球磨得到碲化铋基粉末；

(2)碲化铋基粉末经过放电等离子烧结得到碲化铋基块体材料；

(3)碲化铋基块体材料置于等径角挤压模具中挤压得到碲化铋基热电材料。

进一步地，所述步骤(1)中，Bi、Sb和Te三种单质原料的摩尔比为0.4:1.6:3。

进一步地，所述Sb、Bi和Te三种单质原料的纯度均为99.999％。

进一步地，所述步骤(1)中真空熔融条件为：真空度10^-2Pa条件下，10℃/min升温速率升温至800℃，保温5h后炉冷至室温。

进一步地，所述步骤(1)中，将Sb、Bi和Te三种单质混匀后置于石墨坩埚中，石墨坩埚再置于石英管内，对石英管进行抽真空后封装处理后进行真空熔融。

更进一步地，石英管壁厚在1.5mm以上，采用石英管管壁较厚，并用石墨坩埚装入原料，防止了原料与石英管内壁发生反应和高温下石英管炸裂的情况；

进一步地，所述步骤(1)中，球磨工艺为：转速300r/min，球磨时间5h，球料比40:1，球磨后用标准筛筛取120目的粉末。