專利名稱：鈷銻合金熱電材料的制備方法
技術領域：
一種鈷銻合金熱電材料的制備方法，屬于熱電材料的制造技術領域。
目前有應用價值和應用前景的熱電材料主要有(Bi，Sb)2(Te，Se)3類材料、Bi1-xSbx類六方結構的無限固溶體、Skutterudite(方鈷礦)結構的熱電材料、Zn4Sb3熱電材料、聚合物熱電材料、富硼固體、金屬硅化物和氧化物熱電材料。其中Skutterudite結構的熱電材料(AB3)具有大的Seebeck(塞貝克)系數(shù)和較高的熱電功率因子，是中溫區(qū)使用的熱電材料。現(xiàn)有技術中制備CoSb3合金熱電材料的工藝，多采用真空熔煉—退火—破碎—燒結或長時間(24～72h)固相反應—燒結等方法。
這些方法的缺點是，由于鈷和銻的熔點相差約865℃，因此在加熱過程中銻的揮發(fā)量大，極易造成成分偏差較大，所制備材料的雜相含量高，導致熱電性能降低。
本發(fā)明采用現(xiàn)有的放電等離子燒結(Spark Plasma Sintering，簡稱SPS)技術，該技術是新型特殊的加壓快速燒結技術，有的文獻上也稱SPS為等離子活化燒結。放電等離子燒結設備的基本結構，主要包括爐體中的上、下沖頭和爐腔，真空系統(tǒng)，直流脈沖電源，特殊油壓系統(tǒng)，控制系統(tǒng)和保護氣氛系統(tǒng)等。在SPS加熱過程中，電極通入直流脈沖電流時瞬間產生的放電等離子體，使燒結體內部各個顆粒均勻地自身產生焦耳熱并使顆粒表面活化。SPS的工藝優(yōu)勢是升溫速度快，加熱均勻，燒結溫度低，保溫時間短，生產效率高，產品組織細小均勻。
本發(fā)明提出的鈷銻合金熱電材料的制備方法，其特征在于，它包括以下步驟(1)將鈷和銻的粉末按1∶3(摩爾比)的比例混合，將混合后的粉末放入高能球磨機中進行研磨2～30h，在研磨時充入惰性氣體保護或加入一定量的過程保護劑。
(2)將上述研磨后的粉末裝入模具，用放電等離子燒結設備直接燒結制備成塊狀材料，燒結條件為壓力30～1000Mpa，溫度200～600℃，保溫時間2～10min，氣氛為真空。
本制備方法的特點(1)生產效率高，成本低，可直接制備熱電堆所需的塊體材料，不需再加工成形。
(2)所制備的熱電材料組織均勻，可分別制備平均晶粒尺寸為30～100nm的納米晶CoSb3合金塊體。具有較高熱電性能，可在400℃附近應用。
表1是用SPS制備CoSb3塊體熱電材料的性能參數(shù)，與對比例中長時間加熱制備的CoSb3相比性能較高。
圖7實施例5CoSb3合金塊體的XRD圖。
權利要求
1.一種鈷銻合金熱電材料的制備方法，其特征在于，它包括以下步驟(1)將鈷和銻的粉末按1∶3(摩爾比)的比例混合，將混合后的粉末放入高能球磨機中進行研磨2～30h，在研磨時充入惰性氣體保護或加入一定量的過程保護劑。(2)將上述研磨后的粉末裝入模具，用放電等離子燒結設備直接燒結制備成塊狀材料，燒結條件為壓力30～1000Mpa，溫度200～600℃，保溫時間2～10min，氣氛為真空。
全文摘要
一種鈷銻合金熱電材料的制備方法屬于熱電材料的制造技術領域。該制備方法步驟如下將鈷和銻的粉末按1∶3(摩爾比)的比例混合，將配好的粉末放入高能球磨機中進行研磨2～30h，球料比為10∶1～25∶1。在研磨時充入惰性氣體或加入一定量的過程保護劑，研磨后形成單相含量較高的鈷銻合金粉末，然后將該合金粉末裝入石墨模具或粉末冶金專用鋼模具或硬質合金模具，用放電等離子燒結設備直接燒結制備成塊狀材料，燒結條件為壓力30～1000MPa和溫度200～600℃，保溫時間2～10min，氣氛為真空。其特點是生產效率高，成本低，可直接制備熱電堆所需塊體材料，不需再加工成形。制備的熱電材料組織均勻，晶粒為納米晶，大小可控制在30～100nm之間；具有高的熱電性能，可在400℃附近應用。
文檔編號C22C12/00GK1417358SQ02156680
公開日2003年5月14日 申請日期2002年12月19日 優(yōu)先權日2002年12月19日
發(fā)明者張久興, 劉科高, 路清梅, 周美玲, 左鐵鏞 申請人:北京工業(yè)大學