β-FeSi_2材料的高压-热处理合成研究.docx

郑友进等：β-FeSi?材料的高压-热处理合成研究967

β-FeSi?材料的高压-热处理合成研究

郑友进1,马红安2,贾晓鹏2

(1.牡丹江师范学院，黑龙江牡丹江157012;2.吉林大学超硬材料国家重点实验室，吉林长春130012)

摘要：采用高压技术结合热处理成功地获得了βFeSi?材料。采用X射线衍射仪分析了退火时间等实验参数对Fe-Si合金相变的影响，借助扫描电子显微镜考察了样品退火后的微观形貌。结果表明在850℃的条件下保温保压30min后淬冷，生成以a-FeSi?、e-FeSi为主的Fe-Si金属间化合物，随着热处理时间延长β-FeSi?逐渐增多。

关键词：β-FeSi?;热电材料；高压；铁-硅

中图分类号：TB34文献标识码：A

文章编号：1001-9731(2011)增刊V-0967-03

曲线获得，温度由K型热电偶测得。高压合成的样品的表面进行抛光处理，再用X射线衍射法(XRD)进行物相分析，所用仪器为D/MAX-RA型X射线衍射仪，Cu靶12kV。所有的测量都是在室温常压下进行的。

3实验结果与讨论

3.1高压下制备铁硅金属间化合物

其合成条件如表1所示。

表1合成条件

Table1Conditionofsynthesis

1引言

日益严重的环境污染和过度开发造成的能源危机是当前人类面临的两大难题，研究并开发无污染、无噪音、高效率的能量转换材料一直是材料工作者追求的目标。热电材料是一种能够直接进行热电转换的功能材料，它在低温制冷和温差发电领域具有广泛的应用前景。利用热电材料制成的热电转换元件具有无噪声、无机械部件、不需要制冷剂等优点，也可制成各种形状大小以适应不同的需求场合。高温区热电转换材料中，β-FeSi?是一种很有前途的材料。虽然其热电性能相对于其它热电转换材料较低.但它具有其它材料所无法比拟的优点。例如，纯β-FeSi?是本征半导体，掺杂Mn、A1后形成p型半导体，掺杂Co后形成n型半导体，p-n结可直接结合，这样就可以避免半导体两只脚材料热膨胀系数不同引起的热电元器件制作上的困难。此外，其抗氧化性强，工作时不需涂层保护，无毒。并且材料来源丰富，价格低廉，选用低纯度工业原料制备对其热电性能无明显不良影响。基于上述优点，β-FeSi?已成为一种应用前景看好的热电转换材料。

2实验

选用的原料为纯度99.9%Fe粉和纯度99.9%Si粉，按FeSi?中Fe33.3%、Si66.7%(摩尔分数)设计成分配成混合粉末，在氩气保护下充分混合后，粉压成010.5mm×4mm的圆柱体。组装完成后，在国产六面顶液压机SPD6×1200T上，高温高压处理30min后，淬冷到室温，合成压力和温度分别为3.5GPa和850℃。合成压力标定由Bi、Ba、Tl的压致相变点校正

序号

合成温度(℃)

合成压力(GPa)

反应条件

1

800

3.5

2

3

825

850

3.53.5

在设定温度和压力下，升温时

4

875

3.5

间120s,保压时

5

6

900

925

3.53.5

间30min。

7

950

3.5

首先，对上述样品分别测试了XRD,实验结果如图1所示。

Intensity/a.u.

Intensity/a.u.

图1800℃样品的X射线衍射谱

Fig1XRDpatternofFeSi?samplepreparedat800℃

从图1中可以看出，随着温度的升高，在温度为800℃时合金主要由Si单质和e-FeSi、a-FeSi?相组成。此时合金未达到完全熔融。在温度大约为825~925℃这个区间时(如图2),合金除去一些氧化物的杂相，样品主要由e-FeSi、a-FeSi?相组成，Si单质消失。此时硅铁合金以稳定的ε和α双相存在。当温度950℃时，合金主要由α-FeSi?组成，四方相α-FeSi?是这个系统中的高温化合物。

*基金项目：黑龙江省教育厅骨干教师支持资助项目(1154G10)

收到初稿日期：2011-06-05收到修改稿日期：2011-10-19通讯作者：贾晓鹏

作者简介：郑友进(1974一),男，黑龙江人，博士，副教授，硕士生导师，主要