[发明专利]一种高力学性能方钴矿基热电复合材料及其制备方法

权利要求书

1.一种方钴矿基热电复合材料，其特征在于，所述复合材料由方钴矿热电材料基体和补强增韧的第二相材料组成，其中，所述第二相材料为纤维和/或晶须，第二相材料的体积为所述复合材料体积的0.2%-8%。

2.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述方钴矿热电材料基体为CoSb₃基的方钴矿材料或FeSb₃基的方钴矿材料。

3.根据权利要求1或2所述的复合材料，其特征在于，所述方钴矿热电材料基体为粉末状、颗粒状或片状，其中，优选粉末状，粒径在0.5-20μm。

4.根据权利要求1-3中任一所述的复合材料，其特征在于，所述第二相材料为碳纤维、碳纳米管、碳化硅纤维、碳化硅晶须、氧化铝纤维和/或氧化铝晶须。

5.根据权利要求1-4中任一所述的复合材料，其特征在于，所述第二相材料的体积为所述复合材料体积的0.5%-3%。

6.根据权利要求1-5中任一所述的复合材料，其特征在于，所述第二相材料的杨氏模量是方钴矿热电材料基体的两倍以上，且断裂应变小于0.5%。

7.根据权利要求1-6中任一所述的复合材料，其特征在于，所述复合材料的抗弯强度是方钴矿热电材料基体的1.0-3.0倍；所述复合材料的断裂韧性是方钴矿热电材料基体的1.0-3.0倍；所述复合材料的热电优值是方钴矿热电材料基体的0.64-1.2倍。

8.一种制备权利要求1-7中任一所述复合材料的方法，其特征在于，所述方法包括：

称量方钴矿热电材料基体和补强增韧的第二相材料，将两种原料均匀混合后，进行放电等离子体烧结或者热压烧结，得到所述复合材料。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述第二相材料为纤维和/或晶须，其中，所述纤维长度为0.5-5 mm，直径为5-10μm，所述晶须长度为10-80μm，直径为1-3μm。

10.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，采用球磨混合、机械混合或者溶液混合后抽滤/旋蒸并结合机械混合原料。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述球磨混合，采用不锈钢球磨罐、硬质合金球进行球磨混合，球料比为2:1-3:1，球磨时间为5-300分钟。

12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，采用机械混合法混合原料，具体包括：先在玛瑙研钵中加入方钴矿热电材料基体进行研磨，然后等量分次加入第二相材料进行研磨，加入第二相材料的时间间隔为30-40分钟。

13.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，采用溶液混合后抽滤/旋蒸并结合机械混合原料，具体包括：1）先后向乙醇或水的溶液中加入第二相材料，超声20-30分钟；2）再向溶液中加入方钴矿热电材料基体，超声30-40分钟；3）抽滤或者在油浴中旋转蒸发步骤2）中超声后的溶液得到粉体，干燥粉体后，将其放入研钵中研磨30分钟。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述晶须先使用酸进行预处理，再进行原料混合。

15.根据权利要求8-14中任一所述的方法，其特征在于，所述混合原料在惰性气氛下进行。

16.根据权利要求8-15中任一所述的方法，其特征在于，所述放电等离子体烧结或者热压烧结的工艺参数为：升温速率为20-120℃/分钟，烧结温度560-650℃，保温时间10-360分钟，压力10-100MPa。

17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述放电等离子体烧结的工艺参数为：对n型填充方钴矿复合材料的烧结温度为590℃-640℃，对p型填充方钴矿复合材料的烧结温度为560℃-590℃；对于直径10mm的样品升温速率为100-120℃/分钟，保温时间3-5分钟，对直径20mm的样品升温速率为50-60℃/分钟，保温时间10-15分钟。

18.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述热压烧结的工艺参数为：温度560-650℃；升温速率20-50℃/分钟；保温时间2-6小时。

19.根据权利要求8-18中任一所述的方法，其特征在于，所述烧结在石墨模具中进行。