CN104030292A - 一种β-FeSi2合金的制备方法 - Google Patents

一种β-FeSi2合金的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN104030292A
CN104030292A CN201410291688.3A CN201410291688A CN104030292A CN 104030292 A CN104030292 A CN 104030292A CN 201410291688 A CN201410291688 A CN 201410291688A CN 104030292 A CN104030292 A CN 104030292A
Authority
CN
China
Prior art keywords
reaction
fesi
reactor
alloy
preparation
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.)
Pending
Application number
CN201410291688.3A
Other languages
English (en)
Inventor
喇培清
李贤明
魏玉鹏
孟倩
卢学峰
郭鑫
欧玉静
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Lanzhou University of Technology
Original Assignee
Lanzhou University of Technology
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Lanzhou University of Technology filed Critical Lanzhou University of Technology
Priority to CN201410291688.3A priority Critical patent/CN104030292A/zh
Publication of CN104030292A publication Critical patent/CN104030292A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Manufacture Of Metal Powder And Suspensions Thereof (AREA)
  • Compounds Of Iron (AREA)

Abstract

一种β-FeSi2合金的制备方法，首先将Fe2O3、Si、Al原料粉末按摩尔比1∶4∶2～2.4称取；然后将称取的反应物料进行干磨混合；将物料置于模具中压制成圆饼状坯料，将坯料放于坩埚中，再把引燃剂小片放置在压坯上，最后将铜坩埚整体放入反应釜；再次充入1MPa氩气吹扫反应釜内部，用来排出其中的空气，当反应釜内部的温度升高到200℃时再次排气，排气之后再次通入5MPa氩气，当反应釜内温度升高到大约280℃时，引燃剂发生反应，同时放出大量的热，反应在十数秒内完结，生成的反应产物在保护气氩气下，随炉冷却到室温；室温下打开反应釜，将α-FeSi2产物取出粉碎，将粉碎所得的粉末置于加盖的陶瓷坩埚中，放入加热炉中于830℃~890℃热处理0.25小时~100小时，得到β-FeSi2合金。

Description

一种β-FeSi2合金的制备方法
技术领域
本发明涉及β-FeSi2合金制备工艺。
背景技术
FeSi2主要是以新一代热电能源材料而被广泛研究的。人类的活动以物质、能源和信息为基础。但随着人类活动以及工业革命的不断进行，传统的一些不可再生能源开始日益枯竭，所以新能源的开发迫在眉睫。新能源的发展方向有很多，而热电转换是很有前途并且环保的一种。过渡金属硅化物材料呈现出极高的热电性能。它们在高温应用的热电优值（ZT）范围大，从0.1达到1.2。它们的组成元素的天然丰度大，并且它们具有很好的热稳定性与结构稳定性。β-FeSi2是新型的热电材料之一。β-FeSi2具有无毒性、抗氧化性能好、成本低廉和原料来源丰富等一系列优点。β-FeSi2虽然使用性能优异，但它的制备比较困难。依Fe-Si合金相图，FeSi2的单相区很窄，范围在FeSi1.95到FeSi2.05之间。元素组成为Fe33Si67（α）的合金，在1255K至1493K的温度范围里面是Fe2Si5（α）相和FeSi（ε）相组成的近似共晶组织。在1255K以下则是β-FeSi2。化学计量比的β-FeSi2是主要是由α相和ε相，在1224K以下温度发生包析反应（ε+α→β）生成的。β-FeSi2的制备方法有机械合金化法、固相外延法、反应沉积外延法、离子束合成法、快速凝固法、热压法、放电等离子体烧结法等。以上介绍的多种制备方法都不适于大批量制备β-FeSi2热电材料。它们的生产成本高、效率低、制备周期长、工艺复杂。
发明内容
本发明的目的是提供一种β-FeSi2合金的制备方法。
本发明是一种β-FeSi2合金的制备方法，其步骤为：
（1）将Fe2O3、Si、Al原料粉末按摩尔比1∶4∶2～2.4称取；
（2）将称取的反应物料放入球磨机中进行机械干磨混合；
（3）将混合均匀的物料置于模具中，在40MPa的压力下压制成圆饼状坯料，将坯料放于铜坩埚中，再把引燃剂小片放置在压坯上，最后将铜坩埚整体放入反应釜；
（4）将反应釜密封并打开加热开关，充入1MPa氩气吹扫反应釜内部，用来排出其中的空气；
（5）当反应釜内部的温度升高到200℃时再次排气，排气之后再次通入5MPa氩气，继续升高反应釜内温度；
（6）当反应釜内温度升高到大约280℃时，引燃剂发生反应，同时放出大量的热；这些热量引起引燃剂周围的反应物开始反应，而后物料间的反应以燃烧波的形式传播穿过整个原料压坯，反应产物在反应热的作用下熔化；反应在十数秒内完结，生成的反应产物在保护气氩气下，随炉冷却到室温；室温下打开反应釜，将α-FeSi2产物取出；
（7）将α-FeSi2产物粉碎，将粉碎所得的粉末置于加盖的陶瓷坩埚中，放入加热炉中于830℃~890℃热处理0.25小时~100小时，得到β-FeSi2合金。
本发明的有益效果，能耗低，工艺简单，污染小，可用低成本获得β-FeSi2，适于工业化生产。
附图说明
图1是未退火的含铝5wt% FeSi2材料的XRD图谱，图2是830℃退火100小时的含铝5wt% FeSi2材料的XRD图谱。
具体实施方式
本发明是一种β-FeSi2合金的制备方法，其步骤为：
（1）将Fe2O3、Si、Al原料粉末按摩尔比1∶4∶2～2.4称取；
（2）将称取的反应物料放入球磨机中进行机械干磨混合；
（3）将混合均匀的物料置于模具中，在40MPa的压力下压制成圆饼状坯料，将坯料放于铜坩埚中，再把引燃剂小片放置在压坯上，最后将铜坩埚整体放入反应釜；
（4）将反应釜密封并打开加热开关，充入1MPa氩气吹扫反应釜内部，用来排出其中的空气；
（5）当反应釜内部的温度升高到200℃时再次排气，排气之后再次通入5MPa氩气，继续升高反应釜内温度；
（6）当反应釜内温度升高到大约280℃时，引燃剂发生反应，同时放出大量的热；这些热量引起引燃剂周围的反应物开始反应，而后物料间的反应以燃烧波的形式传播穿过整个原料压坯，反应产物在反应热的作用下熔化；反应在十数秒内完结，生成的反应产物在保护气氩气下，随炉冷却到室温；室温下打开反应釜，将α-FeSi2产物取出；
（7）将α-FeSi2产物粉碎，将粉碎所得的粉末置于加盖的陶瓷坩埚中，放入加热炉中于830℃~890℃热处理0.25小时~100小时，得到β-FeSi2合金。
如图1、图2所示，经X射线衍射表征，燃烧合成制备的α-FeSi2平均晶粒尺寸33nm～41.8nm，热处理得到的β-FeSi2含量能达到67.92%～75.69%，平均晶粒尺寸83.7nm～106.9nm。
根据以上所述的制备方法，步骤（2）中球磨参数的设置：所用球磨介质为直径5mm的Al2O3球，球料比是1∶2，球磨转速设定为180 r/min,球磨时间为8h，球磨机工作方式为正转600s，停机60s，然后反转600s，停机60s，如此进行循环。
根据以上所述的制备方法，步骤（3）中压坯的压力为40MPa。
根据以上所述的制备方法，步骤（6）中的加热炉为马弗炉。
下面用更为具体的实施例进一步展开本发明。
实施例1：
将Fe2O3、Si、Al原料粉末按摩尔比1∶4∶2.0称取。将称取的反应物料放入QM-BP行星式球磨机中进行机械干磨混合8h，所用球磨介质为直径5mm的Al2O3球，球料比是1∶2，球磨转速设定为180 r/min。将每200g充分混匀的反应物料在自制压力机上，于40Mpa的压力下压制成直径50mm左右，高度10mm左右的压坯。压坯放于铜坩埚中，再把引燃剂小片平稳地放置在压坯上，最后将铜坩埚整体放入反应釜。将反应釜密封并，打开加热开关，充入1MPa氩气吹扫反应釜内部，用来排出其中的空气。当反应釜内部的温度升高到200℃时再次排气，排气之后再次通入5MPa氩气，继续升高反应釜内温度。当反应釜内温度升高到大约280℃时，引燃剂发生反应，同时放出大量的热。这些热量引起引燃剂周围的反应物开始反应，而后物料间的反应以燃烧波的形式传播穿过整个原料压坯，反应产物在反应热的作用下融化。反应在十数秒内完结，生成的反应产物在保护气氩气下，随炉冷却到室温。室温下打开反应釜，将产物取出，在α-FeSi2表面有一层灰色Al2O3，可手工除去。将α-FeSi2以粉末制样机粉碎，将α-FeSi2粉末置于加盖的陶瓷坩埚中，放入马弗炉中于890℃热处理0.25小时，得到β-FeSi2。经X射线衍射表征，燃烧合成制备的α-FeSi2平均晶粒尺寸33nm，热处理得到的β-FeSi2含量达到33.86%，平均晶粒尺寸112nm。
实施例2：
将Fe2O3、Si、Al原料粉末按摩尔比1∶4∶2.1称取。将称取的反应物料放入QM-BP行星式球磨机中进行机械干磨混合8h，所用球磨介质为直径5mm的Al2O3球，球料比是1∶2，球磨转速设定为180 r/min。将每200g充分混匀的反应物料在自制压力机上，于40Mpa的压力下压制成直径50mm左右，高度10mm左右的压坯。压坯放于铜坩埚中，再把引燃剂小片平稳地放置在压坯上，最后将铜坩埚整体放入反应釜。将反应釜密封并，打开加热开关，充入1MPa氩气吹扫反应釜内部，用来排出其中的空气。当反应釜内部的温度升高到200℃时再次排气，排气之后再次通入5MPa氩气，继续升高反应釜内温度。当反应釜内温度升高到大约280℃时，引燃剂发生反应，同时放出大量的热。这些热量引起引燃剂周围的反应物开始反应，而后物料间的反应以燃烧波的形式传播穿过整个原料压坯，反应产物在反应热的作用下融化。反应在十数秒内完结，生成的反应产物在保护气氩气下，随炉冷却到室温。室温下打开反应釜，将产物取出，在α-FeSi2表面有一层灰色Al2O3，可手工除去。将α-FeSi2以粉末制样机粉碎，将α-FeSi2粉末置于加盖的陶瓷坩埚中，放入马弗炉中于890℃热处理100h，得到β-FeSi2。经X射线衍射表征，燃烧合成制备的α-FeSi2平均晶粒尺寸33.3nm，热处理得到的β-FeSi2含量达到75.46%，平均晶粒尺寸79.4nm。
实施例3：
将Fe2O3、Si、Al原料粉末按摩尔比1∶4∶2.2称取。将称取的反应物料放入QM-BP行星式球磨机中进行机械干磨混合8h，所用球磨介质为直径5mm的Al2O3球，球料比是1∶2，球磨转速设定为180 r/min。将每200g充分混匀的反应物料在自制压力机上，于40Mpa的压力下压制成直径50mm左右，高度10mm左右的压坯。压坯放于铜坩埚中，再把引燃剂小片平稳地放置在压坯上，最后将铜坩埚整体放入反应釜。将反应釜密封并，打开加热开关，充入1MPa氩气吹扫反应釜内部，用来排出其中的空气。当反应釜内部的温度升高到200℃时再次排气，排气之后再次通入5MPa氩气，继续升高反应釜内温度。当反应釜内温度升高到大约280℃时，引燃剂发生反应，同时放出大量的热。这些热量引起引燃剂周围的反应物开始反应，而后物料间的反应以燃烧波的形式传播穿过整个原料压坯，反应产物在反应热的作用下融化。反应在十数秒内完结，生成的反应产物在保护气氩气下，随炉冷却到室温。室温下打开反应釜，将产物取出，在α-FeSi2表面有一层灰色Al2O3，可手工除去。将α-FeSi2以粉末制样机粉碎，将α-FeSi2粉末置于加盖的陶瓷坩埚中，放入马弗炉中于830℃热处理100h，得到β-FeSi2。经X射线衍射表征，燃烧合成制备的α-FeSi2平均晶粒尺寸41.3nm，热处理得到的β-FeSi2含量达到75.69%，平均晶粒尺寸83.7nm。
实施例4：
将Fe2O3、Si、Al原料粉末按摩尔比1∶4∶2.4称取。将称取的反应物料放入QM-BP行星式球磨机中进行机械干磨混合8h，所用球磨介质为直径5mm的Al2O3球，球料比是1∶2，球磨转速设定为180 r/min。将每200g充分混匀的反应物料在自制压力机上，于40Mpa的压力下压制成直径50mm左右，高度10mm左右的压坯。压坯放于铜坩埚中，再把引燃剂小片平稳地放置在压坯上，最后将铜坩埚整体放入反应釜。将反应釜密封并，打开加热开关，充入1MPa氩气吹扫反应釜内部，用来排出其中的空气。当反应釜内部的温度升高到200℃时再次排气，排气之后再次通入5MPa氩气，继续升高反应釜内温度。当反应釜内温度升高到大约280℃时，引燃剂发生反应，同时放出大量的热。这些热量引起引燃剂周围的反应物开始反应，而后物料间的反应以燃烧波的形式传播穿过整个原料压坯，反应产物在反应热的作用下融化。反应在十数秒内完结，生成的反应产物在保护气氩气下，随炉冷却到室温。室温下打开反应釜，将产物取出，在α-FeSi2表面有一层灰色Al2O3，可手工除去。将α-FeSi2以粉末制样机粉碎，将α-FeSi2粉末置于加盖的陶瓷坩埚中，放入马弗炉中于830℃热处理100h，得到β-FeSi2。经X射线衍射表征，燃烧合成制备的α-FeSi2平均晶粒尺寸41.8nm，热处理得到的β-FeSi2含量达到75.65%，平均晶粒尺寸102.2nm。

Claims (4)

1.一种β-FeSi2合金的制备方法，其步骤为：
（1）将Fe2O3、Si、Al原料粉末按摩尔比1∶4∶2～2.4称取；
（2）将称取的反应物料放入球磨机中进行机械干磨混合；
（3）将混合均匀的物料置于模具中，在40MPa的压力下压制成圆饼状坯料，将坯料放于铜坩埚中，再把引燃剂小片放置在压坯上，最后将铜坩埚整体放入反应釜；
（4）将反应釜密封并打开加热开关，充入1MPa氩气吹扫反应釜内部，用来排出其中的空气；
（5）当反应釜内部的温度升高到200℃时再次排气，排气之后再次通入5MPa氩气，继续升高反应釜内温度；
（6）当反应釜内温度升高到大约280℃时，引燃剂发生反应，同时放出大量的热；这些热量引起引燃剂周围的反应物开始反应，而后物料间的反应以燃烧波的形式传播穿过整个原料压坯，反应产物在反应热的作用下熔化；反应在十数秒内完结，生成的反应产物在保护气氩气下，随炉冷却到室温；室温下打开反应釜，将α-FeSi2产物取出；
（7）将α-FeSi2产物粉碎，将粉碎所得的粉末置于加盖的陶瓷坩埚中，放入加热炉中于830℃~890℃热处理0.25小时~100小时，得到β-FeSi2合金。
2.根据权利要求1所述的β-FeSi2合金的制备方法，其特征在于：步骤（2）中球磨参数的设置：所用球磨介质为直径5mm的Al2O3球，球料比是1∶2，球磨转速设定为180 r/min,球磨时间为8h，球磨机工作方式为正转600s，停机60s，然后反转600s，停机60s，如此进行循环。
3.根据权利要求1所述的β-FeSi2合金的制备方法，其特征在于：步骤（3）中压坯的压力为40MPa。
4.根据权利要求1所述的β-FeSi2合金的制备方法，其特征在于：步骤（7）中的加热炉为马弗炉。
CN201410291688.3A 2014-06-26 2014-06-26 一种β-FeSi2合金的制备方法 Pending CN104030292A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410291688.3A CN104030292A (zh) 2014-06-26 2014-06-26 一种β-FeSi2合金的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410291688.3A CN104030292A (zh) 2014-06-26 2014-06-26 一种β-FeSi2合金的制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN104030292A true CN104030292A (zh) 2014-09-10

Family

ID=51461323

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201410291688.3A Pending CN104030292A (zh) 2014-06-26 2014-06-26 一种β-FeSi2合金的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN104030292A (zh)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101851708A (zh) * 2009-04-03 2010-10-06 兰州理工大学 铁硅热电材料的快速制备方法
CN102321820A (zh) * 2011-07-23 2012-01-18 中国科学院青海盐湖研究所 一种β-FeSi2基热电材料的制备方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101851708A (zh) * 2009-04-03 2010-10-06 兰州理工大学 铁硅热电材料的快速制备方法
CN102321820A (zh) * 2011-07-23 2012-01-18 中国科学院青海盐湖研究所 一种β-FeSi2基热电材料的制备方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
李伟文 等: "β-FeSi2热电材料的研究进展", 《材料导报》 *
陈秀娟 等: "热处理工艺对铁硅化合物相转变的影响", 《粉末冶金技术》 *
高君玲: "自蔓延-热压工艺制备热电材料β-FeSi2", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技I辑》 *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102655204B (zh) 一种Sr掺杂氧化物BiCuSeO热电材料的制备方法
CN103872237B (zh) 铜硫基高性能热电材料及其制备方法
CN103928604B (zh) 一种超快速制备n型碲化铋基高性能热电材料的方法
CN104263980A (zh) 一种快速制备高性能ZrNiSn块体热电材料的方法
CN101736173A (zh) 熔体旋甩结合放电等离子烧结制备碲化银锑热电材料的方法
CN107887495B (zh) 一种一步制备Cu2Se/BiCuSeO复合热电材料的方法
CN103265048A (zh) 一种TiB2超细粉体材料的制备方法
CN104004935B (zh) 一种超快速制备高性能高锰硅热电材料的方法
CN108383507A (zh) 一步制备高发射率复相陶瓷和FeCrCoNi高熵合金的方法
CN103909264A (zh) 一种具有纳米孔结构的高性能Cu2Se块体热电材料及其快速制备方法
CN102650005A (zh) 高性能致密化填充方钴矿热电材料的高压合成制备方法
CN107324293A (zh) 一步超快速制备高性能p型SnTe块体热电材料的方法
CN109087987B (zh) 一种α-MgAgSb基纳米复合热电材料及其制备方法
CN107326250B (zh) 一步超快速制备高性能ZrNiSn块体热电材料的方法
CN102211777A (zh) 一种纯硼的制备方法
Zhang et al. Energy-efficient synthesis and superior thermoelectric performance of Sb-doped Mg2Si0. 3Sn0. 7 solid solutions by rapid thermal explosion
CN104762501B (zh) 低温固相反应结合热压工艺制备碲化银锑热电材料的方法
CN104030292A (zh) 一种β-FeSi2合金的制备方法
CN106564864B (zh) 铜碲金属间化合物粉末的推动式动态连续制备方法
CN106554002B (zh) 一种BiCuSeO热电材料的合成方法
CN104961107B (zh) 一种制备碲化银锑热电材料的方法
CN104862511B (zh) 一种Cu2SnSe3热电材料的制备方法
KR101629509B1 (ko) 열전 재료 및 그 제조 방법
CN101692479B (zh) 一种p型高锰硅热电材料的制备方法
CN102168308A (zh) 一种Ag-Pb-Sb-Te-Se热电材料的制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20140910