[发明专利]一种适用于CoSb3

说明书

本发明公开了一种适用于CoSb₃基热电材料的高熵电极及热电材料与高熵电极的连接方法，所述高熵电极为高熵合金，电极与热电材料的连接方法为：将热电材料块体表面清理后和高熵合金粉末一起放入球磨罐中；设置球磨转速，并采用空冷方式进行球磨，直至CoSb₃基热电元件块体表面沉积所需厚度的高熵合金层。本发明方法制备简单，成本低、耗能低、无污染且易于实现，室温条件下即可进行，不存在制备过程中由于高温而使Sb元素挥发的问题，保了证热电材料的转换效率，高熵合金电极在高温服役过程后也不会降低热电性能。所形成的高熵致密电极层与CoSb₃基热电材料块体间连接紧密无裂纹，厚度均匀，界面结合牢固。

技术领域

本发明涉及一种适用于CoSb₃基热电材料的高熵电极及热电材料与高熵电极的连接方法，属于热电材料及器件领域。

背景技术

热电材料作为一种绿色环保的功能材料，能够利用半导体的Seebeck效应实现热能直接向电能的转换，在余热回收利用领域发挥着关键作用。该材料具有体积小、无噪音及废弃物污染、工作寿命长且无传动部件易于维护等优点，近年来备受瞩目。

方钴矿（MX₃）及填充方钴矿（RM₄X₁₂，Yb、Li、Ir、Na、K、Ca、La、Al、Pd等）是目前已被认定的中温段(室温-550℃)最具前景的热电发电材料之一，通过填充不同振动频率的原子连续散射声子，在850K下zT值可达1.7，兼具良好的导电性及优异的机械性能和可靠性。由于方钴矿热电材料工作温度较好，这就要求高温下合金电极与热电材料保持可靠的连接，然而目前方钴矿热电元器件的合金电极连接制备技术仍不完善，主要存在两个方面的问题：一是合金电极需要与方钴矿具有相应的热膨胀系数匹配，具有较高的电导率，且在使用温度范围内和方钴矿无严重相互扩散或者反应；二是合金与方钴矿的高温可靠连接。

就方钴矿与合金的连接方法而言，钎焊由于焊料熔点原因仅适合温度较低的热电材料。目前方钴矿与合金的连接主要是将热电基体与电极两者采取热压或SPS的方法进行烧结（中国发明专利，ZL200710037778.X），此类物理固相连接需较高温度，生产成本高，且所得的热电器件的热稳定性略低。

发明内容

本发明的目的是提供一种适用于CoSb₃基热电材料的高熵电极，该高熵电极的材质为高熵合金，具有超高强度、良好的断裂韧性、良好的抗疲劳性、优异的耐高温性等优势，且与CoSb₃基热电材料有相应的热膨胀系数，较高的电导率，能够作为电极使用。

本发明提供的适用于CoSb₃基热电材料的高熵电极，该高熵电极的成分为FeNiAlXY高熵合金，其中X为Co或Cr；Y为Cu或Mn。

进一步的，Fe在高熵合金中的原子百分比为10%~20%，Ni在高熵合金中的原子百分比为10%~20%，Al在高熵合金中的原子百分比为0~5%，X在高熵合金中的原子百分比为40%~70%，Y在高熵合金中的原子百分比为10%~15%。

进一步的，本发明所述的CoSb₃基热电材料，指的是CoSb₃纯相材料，或者是以CoSb₃为基体，并在其中填充或掺杂有Yb、Li、Ir、Na、K、Ca、 La、Al和Pd等中的一种或几种元素的掺杂CoSb₃材料。这些材料都可以参照现有技术的方法制备，或者从市场上购买得到。

进一步的，本发明FeNiAlXY高熵合金制备方法简单，所用原料为合金成分中对应的元素的金属单质，原料的纯度大于99.99%。制备时，将各原料混合，高温熔融得到合金液，然后将所得合金液冷却凝固即可得到FeNiAlXY高熵合金。

进一步的，高温熔融可以采用电弧熔炼的方式，熔融温度为1500-1600℃。