Mg-,2-Si基熱電材料的制備與熱電性能研究.pdf

1、熱電材料是利用塞貝克(Seebeck)效應(yīng)和佩爾帝(Peltier)效應(yīng)將熱能和電能相互轉(zhuǎn)換的功能材料，是高技術(shù)新能源領(lǐng)域的關(guān)鍵材料，在熱電發(fā)電和熱電制冷方面具有廣闊的應(yīng)用前景。Mg2Si基合金作為一種具有潛在高熱電性能的新型中溫?zé)犭姴牧?，受到國?nèi)外研究者的廣泛關(guān)注。由于Mg元素活性較高，Mg2Si合金的制備比較困難，如何制備出性能優(yōu)異的Mg2Si基塊體材料成為研究重點(diǎn)。本文以Mg2Si基熱電材料為研究對象，分別采用機(jī)械合金化(MA)和

2、懸浮感應(yīng)熔煉結(jié)合放電等離子燒結(jié)技術(shù)(SPS)合成Mg2Si基塊體合金，并采用X射線衍射、掃描電子顯微鏡、電參數(shù)測試儀、激光熱導(dǎo)儀等先進(jìn)手段，分別對Mg2Si基合金的制備工藝、顯微結(jié)構(gòu)和熱電性能進(jìn)行了系統(tǒng)研究。 本文首先采用機(jī)械合金化方法結(jié)合放電等離子燒結(jié)工藝制備Mg2Si1-xSnx合金塊體，并系統(tǒng)研究了不同Sn摻雜量(x=0，0.4，0.5，0.6)對合金顯微結(jié)構(gòu)與熱電性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：球磨5小時(shí)，Sn摻雜量x=0的粉

3、末中存在未反應(yīng)完全的單質(zhì)Si。隨著Sn摻雜量的增加，粉末合金化完全。本文還研究了燒結(jié)溫度對其物相組成的影響。對于不同Sn摻雜量的合金粉末，可以在相同的SPS燒結(jié)條件：即燒結(jié)壓力為30MPa，燒結(jié)溫度700℃，燒結(jié)時(shí)間為10～25min的條件下合成Mg2Si1－xSnx合金。在750℃燒結(jié)時(shí)，Sn摻雜的Mg2Si1－xSnx合金出現(xiàn)物相分解的現(xiàn)象。Sn摻雜x＝0.4的樣品具有最高的功率因子，在200℃時(shí)達(dá)到6.25×10-4WK-2m-1

4、。 此外，本文對懸浮感應(yīng)熔煉結(jié)合放電等離子燒結(jié)工藝制備Mg2Si1-xSnx(x=0，0.4，0.5，0.6)合金及其熱電性能進(jìn)行了研究。原料采用鎂塊(純度大于99.0wt％)、硅塊(純度大于99.0wt％)及錫塊(純度大于99.0wt％)。首先在Ar氣保護(hù)下熔煉成塊體，再球磨破碎成粉末后，采用放電等離子燒結(jié)得到Mg2Si1-xSnx合金塊體。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：Sn含量的增加，有利于Mg2Si1-xSnx固溶體的形成。球磨后的Mg2