自蔓延-熱處理制備熱電材料β-FeSi2及其熱電性能研究.pdf

1、20世紀(jì)90年代以來，隨著世界經(jīng)濟(jì)和科技的不斷發(fā)展，一次能源的過度使用，導(dǎo)致了以溫室效應(yīng)、霧霾、酸雨等為首的環(huán)境問題的產(chǎn)生，最終使得能源枯竭及全球環(huán)境危機(jī)日益嚴(yán)重。因此，研究并開發(fā)無污染、無噪音、高效率的能量轉(zhuǎn)換材料來代替一次能源，成為各國材料工作者追求的目標(biāo)。另外，若將熱電轉(zhuǎn)換技術(shù)與太陽能、核聚變等結(jié)合起來，合理利用這些源源不斷且無污染的能源，從而實(shí)現(xiàn)能源的可持續(xù)發(fā)展，同時也減緩了環(huán)境危機(jī)。其中，F(xiàn)eSi2具有良好的高溫抗氧化性及高溫

2、熱電轉(zhuǎn)換性能，同時資源豐富、價格低廉，且無毒，是一種很有應(yīng)用價值的高溫?zé)犭娹D(zhuǎn)換材料。
　　本文以能夠?qū)崿F(xiàn)熱能和電能互相轉(zhuǎn)換的熱電材料β-FeSi2為研究對象，以Fe粉、Si粉及KNO3為原料，采用工藝簡單、節(jié)能、瞬間完成反應(yīng)過程的自蔓延高溫合成及后續(xù)熱處理工藝研制備熱電材料β-FeSi2。采用X射線衍射儀（XRD）及掃描電子顯微鏡（SEM）等分析討論了不同工藝參數(shù)對合成產(chǎn)物組織結(jié)構(gòu)的影響，這些參數(shù)主要包括原料粒度、壓坯壓力、熱處理

3、溫度及熱處理時間等。另外，通過摻雜不同含量Co的元素，利用XRD、SEM對比分析不同Co含量的自蔓延高溫合成產(chǎn)物及經(jīng)過熱處理后獲得的試樣的相組成及形貌，同時將這些組織疏松的粉末試樣，使用真空燒結(jié)壓機(jī)進(jìn)行熱壓成型，使其致密化，然后測試了所制備塊狀試樣的Seebeck系數(shù)、電阻率及熱導(dǎo)率等熱電參數(shù)，并對其進(jìn)行了分析討論，最終為制備性能較好的熱電材料β-FeSi2奠定基礎(chǔ)。
　　研究表明：
　　1、壓坯壓力的增大或原料粒度的減小，

4、都會使試樣的致密度增大，反應(yīng)也越容易發(fā)生，當(dāng)壓力為120Mpa，原料粒度為75～90μm時，反應(yīng)速率最快，獲得的產(chǎn)物顆粒之間也沒有粘結(jié)現(xiàn)象；
　　2、當(dāng)熱處理溫度為840℃時，保溫時間為3h時，β相衍射峰強(qiáng)度增強(qiáng)很明顯，β-FeSi2轉(zhuǎn)化率最高，雜相α相基本消失，產(chǎn)物的晶型生長完整，結(jié)晶度最高，所以最佳的熱處理工藝為：熱處理溫度840℃、保溫時間3h。
　　3、摻雜Co對自蔓延高溫合成產(chǎn)物的相組成沒有影響，當(dāng)添加量為0.05