CN114408876B - 一种高强度高塑性碲化银及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高强度高塑性碲化银的制备方法，将室温相碲化银材料在200‑600℃下进行热变形处理，得到高强度高塑性碲化银；其中，热变形处理时，压缩变形量在20‑60％范围内。该方法所制备的碲化银块体在室温下保留了部分高温相，晶粒变得细长且沿特定方向分布，形成了明显织构，力学强度和塑性显著提高且性能稳定。

Description

一种高强度高塑性碲化银及其制备方法
技术领域
本发明属于热电材料技术领域，具体涉及一种高力学性能的碲化银及其制备方法。
背景技术
碲化银是一种常见的新能源半导体材料，在光电、热电等领域有着广泛的研究和应用。热电器件的服役过程中，通常要考虑循环热载荷以及温差和热膨胀系数不匹配、冲击荷载、弯曲变形等产生应力造成热电材料破坏失效的问题。尤其是柔性热电器件，在使用中需要频繁的弯折。因此，热电材料的应用需要良好的力学性能以保证热电器件在生产和服役过程中不会轻易破坏失效，提高热电器件的寿命，降低热电器件的生产成本。传统的碲化银制备方法通常是熔融合成法，这种方法制备的碲化银块体变形能力较差，在柔性电子器件中的应用受到了限制。因此，提高碲化银塑性和力学强度一直是研究的重点。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足而提供一种高强度高塑性碲化银及其制备方法。该方法所制备的碲化银块体在室温下保留了部分高温相，晶粒变得细长且沿特定方向分布，形成了明显织构，力学强度和塑性显著提高且性能稳定。
本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：
一种高强度高塑性碲化银的制备方法，其是将室温相碲化银材料在200-600℃下进行热变形处理，从而得到高强度高塑性碲化银块体；其中，热变形处理时，压缩变形量在20-60％范围内。
按上述方案，所述热变形处理采用放电等离子烧结炉、热压烧结炉等可加温加压设备，温度为200-600℃，压力为15-40MPa，时间为2-5分钟，压缩变形量为20-60％。
按上述方案，所述高强度高塑性碲化银块体致密度在97％以上，晶粒发生明显的形变，晶粒变得细长且沿特定方向分布，形成明显织构，且有10％-60％的高温相碲化银保留到室温，使材料碲化银力学强度和塑性明显增强，压缩强度从120MPa提高到150-180MPa，压缩应变从8％提高到12％-15％，弯曲强度从80MPa提高到120-160MPa。
上述高强度高塑性碲化银的制备方法，具体包括以下步骤：
1)以高纯的单质银和碲粉末为原料，按Ag和Te的化学计量比2:1称取适量原料，在反应温度200-600℃，压强2-4GPa，保温时间5-20分钟条件下合成碲化银块体；
2)将步骤1)得到的碲化银块体在200-600℃下进行热变形处理，压缩变形量在20-60％范围内，得到高强度高塑性碲化银块体。
按上述方案，步骤1)中，称取适量原料后，将原料混合均匀并用压片机压制成块，压力20-100MPa，时间3-10min。
按上述方案，步骤1)所得碲化银块体为室温相。
按上述方案，步骤2)中，所述热变形处理采用放电等离子烧结炉、热压烧结炉等可加温加压设备，温度为200-600℃，压力为15-40MPa，时间为2-5分钟，压缩变形量为20-60％。
与现有技术相比，本发明的有益效果包括：本发明通过对高压合成的碲化银块体材料进行热变形处理，晶粒发生明显的形变且形成织构，在室温下保留了大量的高温相，大幅提高了材料的弯曲强度和压缩强度，优化了碲化银的力学性能，并保持了大的变形能力，力学强度和塑性明显增强，后续在器件服役过程中更加稳定可靠，具有较大的推广价值。
附图说明
图1为实施例1步骤2)所得高压合成的碲化银块体、步骤3)所得高强度高塑性碲化银块体以及实施例2步骤3)所得高强度高塑性碲化银块体的X射线衍射图谱；
图2为实施例1步骤2)所得高压合成的碲化银块体的SEM图像(a放大500倍，b放大2000倍)；
图3为实施例1步骤3)所得高强度高塑性碲化银块体的SEM图像(a放大1000倍，b放大2000倍)；
图4为实施例2步骤3)所得高强度高塑性碲化银块体的SEM图像(a放大500倍，b放大2000倍)；
图5为热变形前后样品的单轴压缩应力-应变曲线；
图6为热变形前后样品的三点弯曲应力-应变曲线；
图7为实施例2步骤3)所得高强度高塑性碲化银块体的TEM图像；
附图中，热变形50％代表实施例1步骤3)所得产物；热变形60％代表实施例2步骤3)所得产物；热变形前(或高压合成)代表实施例1步骤2)所得高压合成的碲化银块体。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明不仅仅局限于下面的实施例。
实施例1
一种高强度高塑性的碲化银，通过以下步骤制备而成：
1)原料为高纯的银(99.99％)和碲(99.99％)粉末，用电子天平称取5.34g银粉及3.16g碲粉，在玛瑙研钵中混合研磨均匀后放置于直径为14.4mm的开瓣模具中用压片机手动压块，压片机压强为100MPa，保压时间为5分钟，得到冷压块。
2)将上述冷压块放入组装好的叶腊石模具中，用TH-V六面顶液压机进行高压合成，反应温度为300℃，压强为2.5GPa，保温时间为10分钟，即得到高压合成的碲化银块体，如图1所示，该高压合成的碲化银为纯室温相。
3)将步骤2)所合成的碲化银块体放入石墨模具，在放电等离子烧结设备中进行热变形处理，温度为300℃，压力为30MPa，时间为5分钟，压缩变形量为50％，即可得到高强度高塑性的碲化银块体，致密度在97％以上。
如图1的X射线衍射图谱所示，步骤3)所得高强度高塑性的碲化银块体的主相为室温相碲化银，但同时含有高温相的碲化银，这可能是由于热变形过程中产生的较大应力使部分高温相保留到了室温。
实施例1热变形前后样品的扫描电镜图片如图2与图3所示，可以发现与热变形前相比，碲化银晶粒的形貌在热变形过程中发生了明显的改变，原本无明显取向的晶粒沿垂直于压力的方向形变，变得细长。
实施例1中热变形前后样品的压缩性能，如图5所示，对比应力-应变曲线可以看到，热变形前样品的压缩强度为120MPa左右，压缩应变在8％以内，而进行50％热变形处理后，压缩强度达到了170MPa，提高超过40％，压缩变形达到13％，提高超过60％。
实施例1中热变形前后样品的弯曲性能，如图6所示，对比应力-应变曲线可以看到，样品在热变形前的弯曲强度不到80MPa，而热变形50％后达到160MPa以上，弯曲强度提高超过100％。高温相碲化银的塑性要明显强于室温相，而两相的界面以及变形后的织构可以增强力学强度，这可能是热变形提高力学性能的主要原因。热变形处理显著提高了碲化银材料的力学强度与塑性，为碲化银材料的实际应用提供了力学保障。
实施例2
实施例2与实施例1的不同之处在于：步骤3)中，将步骤2)所合成的碲化银块体放入石墨模具，在放电等离子烧结设备中进行热变形处理，温度为300℃，压力为32MPa，时间为6分钟，压缩变形量为60％，即可得到高强度高塑性的碲化银块体。
实施例2热变形前后样品的扫描电镜图片如图2与图4所示，可以发现与热变形前相比，碲化银晶粒的形貌在热变形过程中发生了明显的改变，原本无明显取向的晶粒沿垂直于压力的方向形变，变得细长。
实施例2热变形后样品的透射电镜图片如图7所示，碲化银晶粒内部同时存在室温相与高温相，热变形处理将碲化银高温相保留到了室温，室温相与高温相呈条纹分布，其中高温相占比达到了50％。
实施例2热变形前后样品的压缩性能，如图5所示，对比应力-应变曲线可以看到，进行60％热变形处理后，碲化银压缩强度达到了180MPa，提高超过50％，压缩变形达到了15％，提高超过80％。
实施例2热变形前后样品的弯曲性能，如图6所示，对比应力-应变曲线可以看到，样品在热变形前的弯曲强度不到80MPa而热变形60％后达到了160MPa以上，弯曲强度提高超过100％。热变形处理显著提高了碲化银材料的力学强度与塑性，能有效提高碲化银器件的使用寿命。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干改进和变换，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种高强度高塑性碲化银，其特征在于它由室温相碲化银材料在200-600℃下进行热变形处理所得，其中，热变形处理时，压缩变形量在20-60%范围内；它的晶粒细长且沿特定方向分布形成织构，压缩强度为150-180MPa，压缩应变为12%-15%，弯曲强度为120-160MPa；且，所述高强度高塑性碲化银按质量百分比计由10%-60%的高温相碲化银和40%-90%室温相碲化银组成。
2.权利要求1所述的高强度高塑性碲化银的制备方法，其特征在于将室温相碲化银材料进行热变形处理，热变形处理的温度为200-600℃，压力为15-40MPa，时间为2-5分钟，压缩变形量为20-60%，得到高强度高塑性碲化银。
3.权利要求1所述的高强度高塑性碲化银的制备方法，其特征在于具体包括以下步骤：
1）以高纯的单质银和碲粉末为原料，按Ag和Te的化学计量比2:1称取适量原料，在反应温度200-600℃，压强2-4GPa，保温时间5-20分钟条件下合成碲化银块体；
2）将得到的碲化银块体在200-600℃下进行热变形处理，压缩变形量在20-60%范围内，得到高强度高塑性碲化银块体。
4.根据权利要求3所述的高强度高塑性碲化银的制备方法，其特征在于步骤1）中，称取适量原料后，将原料混合均匀并用压片机压制成块，压制的压力为20-100MPa，时间3-10min。
5.根据权利要求3所述的高强度高塑性碲化银的制备方法，其特征在于步骤1）所得碲化银块体为室温相。
6.根据权利要求3所述的高强度高塑性碲化银的制备方法，其特征在于步骤2）中，所述热变形处理采用可加温加压设备，温度为200-600℃，压力为15-40 MPa，时间为2-5分钟，压缩变形量为20-60%。
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