CN100581692C - 一种镁基热电材料的制备方法 - Google Patents
一种镁基热电材料的制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN100581692C CN100581692C CN200810056869A CN200810056869A CN100581692C CN 100581692 C CN100581692 C CN 100581692C CN 200810056869 A CN200810056869 A CN 200810056869A CN 200810056869 A CN200810056869 A CN 200810056869A CN 100581692 C CN100581692 C CN 100581692C
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- preparation
- base thermoelectricity
- magnesium
- raw material
- sinter molding
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 22
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 15
- 230000005619 thermoelectricity Effects 0.000 title claims description 21
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims abstract description 19
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims abstract description 12
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 8
- 238000000465 moulding Methods 0.000 claims description 8
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 claims description 7
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000009413 insulation Methods 0.000 claims description 6
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 claims description 6
- 238000007599 discharging Methods 0.000 claims description 5
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 4
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 4
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 3
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010431 corundum Substances 0.000 claims description 3
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims description 3
- 238000005303 weighing Methods 0.000 claims description 3
- 238000013019 agitation Methods 0.000 claims description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 2
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 2
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 abstract description 19
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 7
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 abstract description 6
- 238000005245 sintering Methods 0.000 abstract description 4
- 239000000956 alloy Substances 0.000 abstract description 3
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 abstract description 3
- 239000013078 crystal Substances 0.000 abstract description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 abstract description 2
- 238000005204 segregation Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 abstract 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 abstract 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 abstract 1
- 238000007711 solidification Methods 0.000 abstract 1
- 230000008023 solidification Effects 0.000 abstract 1
- 229910019752 Mg2Si Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 description 4
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 4
- 238000010532 solid phase synthesis reaction Methods 0.000 description 4
- 238000003746 solid phase reaction Methods 0.000 description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 2
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 238000002490 spark plasma sintering Methods 0.000 description 2
- 229910019741 Mg2SixSN1-x Inorganic materials 0.000 description 1
- BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N Orthosilicate Chemical compound [O-][Si]([O-])([O-])[O-] BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 235000013339 cereals Nutrition 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 1
- 210000001787 dendrite Anatomy 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 235000013312 flour Nutrition 0.000 description 1
- 238000007499 fusion processing Methods 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000010298 pulverizing process Methods 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 239000011863 silicon-based powder Substances 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Powder Metallurgy (AREA)
Abstract
本发明是一种镁基热电材料的制备方法，利用半固态制备和放电等离子烧结成型结合的方法，以高纯镁、硅、锡粉为原料，升温到合金的半固态区，在合金的凝固过程中，对其进行强力搅拌，然后快速冷却。粉碎合成后的镁基热电材料并且研磨成粉，最后利用放电等离子烧结成型。本发明的特点是工艺简便，合成时间短，制备出的镁基热电材料热电性能优良、组织均匀、晶粒细小、无枝晶和偏析。
Description
技术领域
本发明属于新能源材料领域，涉及一种镁基热电材料的制备方法。
背景技术
目前镁基热电材料的制备方法最主要是熔炼法和固相合成法。熔炼法主要是将原料按配比混合，然后升到合金熔点以上，合成目标化合物。这种方法虽然可以制备有取向的单晶材料，但在熔炼过程中镁的氧化、挥发非常严重，由于比重不同原料在熔融状态容易发生分层，产物中容易引入杂质，组织均匀性不好，脆性大，可加工性差，热电性能只在某一方向上比较优越。
另一种主要方法是：固相合成法。相对于熔炼法，它的制备方法简单，易于控制，但对原材料的要求高，实验时间长，并且需要专门的合成设备。相比其它方法，利用固相合成技术制备出的镁基热电材料更容易引入杂质，缺陷更多，电导率低，热电性能差。姜洪义用镁粉和硅粉通过固相反应在823K时保温8h合成了Mg2Si粉末，并通过外加银粉用二次固相反应在相同条件下合成了p型Mg2Si基固溶体(低温固相反应制备p型Mg2Si基热电材料.硅酸盐学报[A]，2004，32(9))。该实验虽然成功的制备出掺杂Ag的Mg2Si基热电材料，但是耗时长，实验流程复杂，样品的热电性能差，在513K时，ZT值仅为0.01。
不管是固相合成法，还是熔炼法，都存在制备时间长，制备过程容易引入杂质，组织均匀性差的缺点，这些直接导致镁基热电材料的性能低下。
发明内容
本发明的目的是提供了一种制备时间短、热电性能优良的镁基热电材料的制备方法。本发明采用半固态制备(Semi-Solid Preparation，简称SSP)，使反应进行完全，然后利用放电等离子(Spark Plasma Sintering，简称SPS)烧结成型，大大缩短了制备时间，并且样品组织均匀，性能优良。
本发明的技术方案是：
a.将镁基热电材料按照化学式为Mg2Si1-XSnX固溶体的化学配比进行称量，其中x选自下列数值中的任意一个：0、0.2、0.4，0.6、0.8、1.0，然后利用震动式混料机进行预混合20～30分钟；
b.将混合均匀的原料装进刚玉坩埚压实，上层覆盖KCl溶盐，放入预热到500℃的井式电阻炉中然后加热到857℃保温1h，在整个过程中通入氩气保护；
c.升温到1000～1050℃之间，在有保护气氛的环境下，在液固两相温度区间内对其进行强烈的机械搅拌，使其原料进一步混合反应，均匀生成目标固溶体；
d.粉碎半固态制备后的样品，研磨成粉，筛取粒径＜75μm的粉料，利用放电等离子技术烧结成型，所述放电等离子技术烧结成型的升温步骤为：8min升温到600℃，然后到650℃、2min，到680℃、2min，到700℃、1min；最后在700℃、30MPa下，烧结成型并保温8min。
本发明的有益效果是：
1)镁基热电材料半固态制备工艺解决了传统方法的制备时间长，容易引入杂质，组织具有取向性等困难，缩短工艺流程，提高了镁基热电材料的性能。
2)将先进的半固态加工理论技术与放电等离子烧结相结合，提出制备具有良好性能的镁基热电材料的新思路。
附图说明
下面结合附图和样品性能对本发明进一步说明。
图1是样品的断口扫描照片。
具体实施方式
按照Mg2SixSn1-x(x＝0，0.2，0.4，0.6，0.8，1.0)固溶体的化学配比对原料进行称量，然后利用震动式混料机进行混合20～30min，使原料充分混合均匀。原料采用高纯Mg粉(纯度为99.9％，熔点为648.8℃)，高纯Si粉(纯度为99.99％)，高纯Sn粉(纯度为99.9％)，平均粒径均＜75μm。
然后将均匀混合的原料放入刚玉坩埚中，压实，覆盖KCl溶盐后放入到井式电阻炉中。入炉温度为500℃，并且提前通入高纯氩气排尽其中的空气，尽量减少镁的氧化和逸散。
升温到857℃，保温1h，使原料发生反应。
保温过后继续升温到1050℃，停留10min，然后从电阻炉中取出，利用自行设计的搅拌装置进行搅拌，迅速冷却。
粉碎半固态熔炼后的样品，筛取粒径＜75μm的粉料。
利用放电等离子烧结成型，压强为30MPa，烧结温度为700℃，并且保温8min。
制备出的镁基热电材料组织均匀、晶粒细小、无枝晶和偏析，热电性能优良。Seebeck系数的绝对值在300℃可以达到312.12μV/K，热导率为2.87W/mK，功率因子为4.35×10-4W/mK2，热电优值ZT为0.087。图1为制备样品的断口扫描照片，图中断口呈现明显的多晶层状结构，晶粒成长均匀，颗粒间接触紧密，没有任何表观气孔。
Claims (1)
1.一种镁基热电材料的制备方法，其特征在于制备步骤如下：
a.将镁基热电材料按照化学式为Mg2Si1-XSnX固溶体的化学配比进行称量，其中x选自下列数值中的任意一个：0、0.2、0.4，0.6、0.8、1.0，然后利用震动式混料机进行预混合20～30分钟；
b.将混合均匀的原料装进刚玉坩埚压实，上层覆盖KCl溶盐，放入预热到500℃的井式电阻炉中然后加热到857℃保温1h，在整个过程中通入氩气保护；
c.升温到1000～1050℃之间，在有保护气氛的环境下，在液固两相温度区间内对其进行强烈的机械搅拌，使其原料进一步混合反应，均匀生成目标固溶体；
d.粉碎半固态制备后的样品，研磨成粉，筛取粒径＜75μm的粉料，利用放电等离子技术烧结成型，所述放电等离子技术烧结成型的升温步骤为：8min升温到600℃，然后到650℃、2min，到680℃、2min，到700℃、1min；最后在700℃、30MPa下，烧结成型并保温8min。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN200810056869A CN100581692C (zh) | 2008-01-25 | 2008-01-25 | 一种镁基热电材料的制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN200810056869A CN100581692C (zh) | 2008-01-25 | 2008-01-25 | 一种镁基热电材料的制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN101224501A CN101224501A (zh) | 2008-07-23 |
| CN100581692C true CN100581692C (zh) | 2010-01-20 |
Family
ID=39856824
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN200810056869A Expired - Fee Related CN100581692C (zh) | 2008-01-25 | 2008-01-25 | 一种镁基热电材料的制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN100581692C (zh) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101613846B (zh) * | 2009-07-13 | 2010-11-17 | 浙江大学 | 快速凝固制备Mg-Si-Sn基热电材料的方法 |
| CN103192203B (zh) * | 2013-01-10 | 2015-06-17 | 昆明贵千新型材料技术研究有限公司 | 一种制备银钎料的工艺方法 |
| DE112015000196T5 (de) * | 2014-10-07 | 2016-07-14 | Hitachi Chemical Company, Ltd. | Thermoelektrisches Umwandlungselement, Verfahren zu dessen Herstellung und thermoelektrisches Umwandlungsmodul |
-
2008
- 2008-01-25 CN CN200810056869A patent/CN100581692C/zh not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 用低温固相反应制备p型Mg2Si基热电材料. 姜洪义，龙海山，张联盟.硅酸盐学报，第32卷第9期. 2004 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN101224501A (zh) | 2008-07-23 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102358920B (zh) | 一种自耗电极电弧熔炼炉制备CuWCr复合材料的方法 | |
| CN103700759B (zh) | 一种纳米复合结构Mg2Si基热电材料及其制备方法 | |
| CN101264890B (zh) | 用半固态反应制备Mg2Si粉体的方法 | |
| CN106986315B (zh) | 一种适用于低温发电的p型碲化铋热电材料及制备方法 | |
| CN100581692C (zh) | 一种镁基热电材料的制备方法 | |
| CN101217178B (zh) | 一类锑化钼基热电材料的制备方法 | |
| Li et al. | Ultrafast one-step combustion synthesis and thermoelectric properties of In-doped Cu2SnSe3 | |
| JP6879435B2 (ja) | 熱電変換材料、およびそれを用いた熱電変換モジュール、並びに熱電変換材料の製造方法 | |
| CN107475546B (zh) | 一种激光快速制备Half-Heusler材料的方法 | |
| CN104498751A (zh) | 一种方钴矿热电材料的制备方法 | |
| CN108588471A (zh) | 含纳米碳化锆陶瓷颗粒铜基电极材料的一步合成方法 | |
| CN105525122B (zh) | 纳米SiC复合Mg‑Si‑Sn基热电材料的制备方法 | |
| CN106191522B (zh) | 一种激光高效制备方钴矿热电材料的方法 | |
| CN108198934B (zh) | 一种复合热电材料及其制备方法 | |
| CN102383023A (zh) | 硅锰铁合金热电材料的制备方法 | |
| CN110627502B (zh) | 一种低温p型复合热电材料及制备方法 | |
| CN111211215B (zh) | 一种纳米复合热电材料及其制备方法 | |
| CN114807655B (zh) | 一种n型镁锑铋基多晶块体热电材料的制备方法 | |
| JP2006086512A (ja) | フィルドスクッテルダイト系合金を用いた熱電変換システム。 | |
| JP6853995B2 (ja) | Ｍｇ２Ｓｉ（１−ｘ）Ｓｎｘ系焼結体およびその製造方法 | |
| CN113235167B (zh) | 一种Mg-Bi基层状体块晶体材料及其生长方法 | |
| CN109371282B (zh) | 一种微波快速加热-机械合金化两步合成制备高性能方钴矿的方法 | |
| Liu et al. | Melt-casting of Y3Al5O12 (YAG) ceramics by combustion synthesis under high gravity with the addition of glass | |
| CN108531767A (zh) | 一种点焊电极用超细碳化锆颗粒弥散强化铜基复合材料的制备方法 | |
| JP3704556B2 (ja) | 亜鉛アンチモン化合物の製造法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20100120 Termination date: 20130125 |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |