[发明专利]一种激光快速制备Half-Heusler材料的方法

说明书

本发明涉及一种激光快速制备Half‑Heusler材料的方法，包括：按照Half‑Heusler化合物的化学通式ABX称取A、B、X的粉末原料，混合后并置于坩埚模具中；将装有粉末原料的坩埚模具置于真空或惰性气氛中，利用激光熔融技术得到Half‑heusler材料的铸锭，所述激光熔融技术为通过选区激光加热使粉末原料快速熔融；将所得铸锭研磨成粉、过筛后，再进行放电等离子体烧结，得到所述Half‑Heusler材料。本发明首次结合激光制备技术和放电等离子烧结技SPS术制备高性能Half‑Heusler材料，该方法具有速度快，对设备要求低，能耗小、适合大批量生产的特点。

技术领域

本发明属于新能源材料领域，具体涉及一种激光快速制备Half-Heusler材料的方法。

背景技术

热电材料是一种可以直接将热能和电能互相转换的环境友好型材料，它具有结构简单，体积小，可靠性高，无环境污染的特点。正是因为以上的特点，近些年来纷纷发展热电材料，目前已经应用于太阳能，工业余热利用、汽车尾气收集的系统，同时热电器件在很早开始就被广泛的用于航空航天，高温超导等领域，例如放射性元素供热电发电器(RTG)是目前唯一的太空探测器供电系统，目前已经成功地运用在美国NASA发射的“伽利略号火星探测器”和“旅行者一号”等宇航器上。但是目前商业化应用的一些热电材料，比如Bi₂Te₃、PbTe、GeSi等热电材料，由于组成元素价格昂贵、地壳储量极少，以及制备过程较漫长并且制备工艺较为繁琐仍难获得广泛应用，所以开发制备价格低廉，元素储量丰富的热电材料具有很重要意义。

具有MgAgAs结构的三元金属间化合物都为Half-Heusler化合物，结构为面心立方，其空间群为F-43m，该体系的化学通式为ABX，其中当体系的总价电子数(VEC)等于18时，这一类的Half-Heusler结构体系一般具有窄带半导体的性质，具有不错的热电性能。近年来新开发的Half-Heusler一类的热电材料具有优异的电学和机械性能、热稳定性能和较为廉价的优点而备受关注。

目前Half-Heusler材料的制备的方法主要有高温熔融结合烧结的方式，由于其原料通常同时含有高熔点的难溶金属和低熔点金属，如Nb、Ti、Ta等金属熔点在2000℃以上，而Sn等金属熔点仅为232℃，一些高温熔融工艺如电弧熔炼、感应悬浮熔炼虽可以将难融金属融化，但同时导致低熔点金属大量挥发，从而导致成分缺失；而普通高频熔融、或密封后加热炉熔融又无法将难融金属融化，进而造成混合不均及最终成分的偏析，之后长时间均匀化退火不仅效果不佳还会造成成本的大幅增加。近期有报道利用热爆反应快速合成Half-Heusler材料，能够较为快速和低成本的实现Half-Heusler材料的批量化生产，但是实现热爆反应本身需要满足苛刻的动力学和热力学条件，即反应放热所得的绝热温度要达到反应势垒温度以上，这些条件与粉体的本身性质、粉体粒度、材料的导热系数以及引燃条件有关，并非所有的Half-Heusler体系都能够达到自爆反应合成所需的动力学和热力学条件。此外热爆反应速度非常迅速，速度难以控制，容易造成成分的偏析及反应残留。综上所述，传统的制备工艺不仅较为繁琐，有的制备工艺对于设备的要求很高，制备成本较为昂贵，新型的制备工艺，能够一定程度上满足大批量低成本的要求，但是在优化性能上仍然有不足，急需进一步开发新的制备工艺以满足Half-Heusler材料快速经济、成分稳定可控的制备要求。

发明内容

针对上述制备Half-Heusler材料的不足之处，本发明的目的在于提供一种制备速度快，能耗较少，对设备要求低，可用于批量生产的Half-Heusler材料的方法。

一方面，本发明提供了一种激光快速制备Half-Heusler材料的方法，包括：

按照Half-Heusler化合物的化学通式ABX称取A、B、X的粉末原料，混合后并置于坩埚模具中；