[发明专利]一种P型热电材料GeSi靶材及其制备方法

说明书

本发明公开了一种P型热电材料GeSi靶材及其制备方法，涉及合金靶材技术领域，所述制备方法包括如下步骤：(1)将锗颗粒、硅颗粒放入磁悬浮感应熔炼炉中加热至熔化，保温，水冷，得到锗硅合金锭；(2)破碎锗硅合金锭，球磨，得到锗硅合金粉，加入硼粉，所述硼粉占锗硅合金粉的质量分数为0.3～1.5％，均质，得到掺硼锗硅合金粉；(3)将掺硼锗硅合金粉放入模具中，在真空热压炉中预压以排除模具中的空气，得到掺硼锗硅合金坯体；关闭炉门，抽真空，升温至1300～1400℃后保温，保温30～60min后加压，压力为30～35MPa，保温保压60～90min，降压，冷却，得到所述GeSi靶材。由本发明所述方法制备的GeSi靶材的相对密度均可达到98％以上，氧含量低于500ppm，电阻率小于0.001Ω·cm，组分均匀。

技术领域

本发明涉及合金靶材技术领域，尤其涉及一种P型热电材料GeSi靶材及其制备方法。

背景技术

热电材料又叫温差电材料，具有交叉耦合的热电输送性质，是一类具有热效应和电效应相互转化作用的新型功能材料，利用热电材料这种性质，可将热能和电能直接相互转化的半导体功能材料。由热电材料做成的热电器件具有体积小、重量轻、无污染、无噪音、安全可靠等优点，具有十分广泛的应用前景。

目前研究较为成熟的且适用高温体系的热电材料为GeSi合金，其已经于制造放射性同位素供热的温差发电器中实际应用。然而硅锗合金可以任意比例完全互溶的替代式固溶体，在一个较宽的温度范围内进行结晶过程，此过程十分容易造成成分偏析，严重时会形成分相，通过后续的高温热处理等方式也很难将已形成成分偏析的合金消除，这严重影响热电材料的性能。

专利CN 101550495 B，采用锗、硅及其掺杂物粉作为原料，经均质混料、压片熔炼、制粉、均质混料、固相反应等工序制备硅锗合金。该方法制备工序繁琐，且易在制粉、均质环节引入杂质，导致靶材纯度不够等问题；操作难度大，虽较熔炼法制备锗硅合金有所提升，但仍然存在成分的偏析现象，出现富Ge区域。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足之处而提供一种成分均匀、致密度高、氧含量低、电阻率低的P型热电材料GeSi靶材及其制备方法。

为实现上述目的，本发明所采取的技术方案为：

一种P型热电材料GeSi靶材的制备方法，包括如下步骤：

(1)将锗颗粒、硅颗粒放入磁悬浮感应熔炼炉中加热至熔化，保温，水冷，得到锗硅合金锭；

(2)破碎锗硅合金锭，然后球磨，得到锗硅合金粉，加入硼粉，所述硼粉占锗硅合金粉的质量分数为0.3～1.5％，均质，得到掺硼锗硅合金粉；

(3)将掺硼锗硅合金粉放入模具中，在真空热压炉中预压以排除模具中的空气，得到掺硼锗硅合金坯体；关闭炉门，抽真空，升温至1300～1400℃后保温，保温30～60min后加压，压力为30～35MPa，保温保压60～90min，降压，冷却，得到所述GeSi靶材。

锗硅合金为无限固溶体，在一个较宽的温度范围内进行结晶过程，很容易造成成分偏析，本发明采用磁悬浮感应熔炼炉进行熔炼，将锗硅合金溶液急冷得到无偏析的锗硅合金锭，制备出的靶材的组分十分均匀。控制硼含量为0.3～1.5％，可以保证制备的锗硅合金靶材具有良好的热电性能。对真空热压条件进行上述限定可以保证靶材具有良好的稳定性、致密度，当参数条件不符合上述限定时，靶材易开裂、力学性能较差。

优选地，所述步骤(1)中，锗颗粒和硅颗粒的质量比为20～40:60～80，锗颗粒和硅颗粒的纯度为4N以上。Ge、Si质量比会影响载流子的迁移率，当Ge、Si质量比为20～40:60～80时，可以保证制备出的产品具有良好的热电性能。