机械合金化和放电等离子体烧结制备TiNiSn基Half-Heusler热电化合物.pdfVIP

第38卷 增刊2 稀有金属材料与工程 V01．38，Suppl．2 RARE 2009年 12月 METALMATERIALSANDENGINEERING December2009 机械合金化与放电等离子体烧结制备TiNiSn基 Half-Heusler热电化合物 邹敏敏，李敬锋 (清华大学新型陶瓷与精细工艺国家重点实验室，北京100084) 验以Ti、Ni、Sn单质粉末为原料，研究了MA和SPS过程中的化学反应与相组成的变化以及所制备的块体材料的电学 合物块体材料呈n型，测试范围内其功率因子最高可达到1380 laW／m·K2。 关键词：热电材料；HalgHeusler；机械合金化：放电等离子体烧结 中图法分类号：TQl74 文献标识码：A 文章编号：1002—185X(2009)$2．1079．04 热电材料在热电制冷和温差发电领域有着广泛应 (MA)结合放电等离子体烧结(SPS)制备工艺。 用，由于热电器件具有体积小、质量轻、无运动部件、 首先，系统研究了机械合金化过程中，粉末相组成随 可靠易维护、无噪音、无污染等优点，因而近年来倍 球磨时间的变化，以及球磨时间不同的粉末经放电等 受青睐。热电材料的性能用“无量纲热电优 离子体烧结后所发生的变化。此外，实验结果表明， 在球磨过程中元素存在一定量的损失，因而还研究了 值”z产6c2I,o．k表征。其中，。c是温差电势系数(即塞贝 克系数)，／9是电阻率，k是热导率。在保持足够高的仅 初始成分的调整对TiNiSn化合物合成的影响。 和较低的施的前提下，最大幅度地降低k是提高热电 1 实验方法 材料性能的关键。Half-Heusler合金为窄带半导体，其 带隙一般为0．1-0．5eV[1~31。此类热电材料有着较大的 塞贝克系数和较高的电导率，引起了广泛的关注【4~6】。 但是，由于其热导率较大，因而一定程度上制约了这 类材料的发展。目前，合成TiNiSn基Half-Heusler化转速为300r／min，球磨时间为0～20h。装料及取样均 合物最常用的方法是电弧熔炼法。利用这种方法制备 在具有保护气氛(高纯Ar)的手套箱中进行。球磨不同 的块体材料的晶粒一般较为粗大，这对降低材料的热 时间后取出一定量粉末进行物相分析。将球磨不同时 导率不利。同时，此方法制备的块体往往存在着成分 间的粉末装入石墨磨具中进行SPS烧结，烧结温度为 偏析，通常需要长时间的退火来消除。许多研究者利 800℃，保温10min，得到直径为15mm，厚度为3～4 用了电弧熔炼与其他工艺相结合的方法来细化晶粒以 mm的圆片。在研究初始成分调整对TiNiSn化合物合 降低热导率[6-10】，其主要方法是将电弧熔炼后得到的 块体粉碎，然后通过热压烧结或放电等离子体烧结来 球磨时间为2．5h，球磨的其他工艺参数及SPS参数均 获得致密的块体。尽管上述方法取得了一定的效果， 与上述实验相同。 却也使制备工艺变得极为复杂。 基于通过细化晶粒降低热导率的基本思路，研究 分析MA粉末及SPS样品的相组成，用扫描电子显微 了TiNiSn基Half-Heusler热电化合物的机械合金化 收稿日期：2009—06—24 基金项目：清华大学一丰田汽车公司国际合作和国家重点基础研究发展计划项目(2007CB607504，2007CB607505)资助 E—mail：jingfeng@mail．tsinghHa．edu．cn． 第