[发明专利]一种完全非晶态碲化铅基合金条带及其制备方法

说明书

一种完全非晶态碲化铅基合金条带及其制备方法，属于非晶合金新材料领域。本发明获得了现阶段首个完全非晶态碲化铅基合金(PbTe)subgt;x/subgt;(Gasubgt;2/subgt;Tesubgt;3/subgt;)subgt;100‑x/subgt;条带，在较宽组分范围内均可形成完全非晶态条带，并根据过冷液相区宽度明确了最佳非晶组分为(PbTe)subgt;61/subgt;(Gasubgt;2/subgt;Tesubgt;3/subgt;)subgt;39/subgt;。本发明采用熔体旋甩方法能够获得产率较高的非晶，制备工艺简单。

技术领域

本发明属于非晶合金新材料领域，具体涉及一种完全非晶态碲化铅基合金条带及其制备方法。

背景技术

理论上来说，对任何液体进行冷却，只要冷却速率足够大，都可以得到非晶态。非晶态材料在结构上通常表现出长程无序、短程有序、各向同性、宏观均匀、微观不均匀等诸多特性，这样的结构特性使得非晶态材料具有优于晶态材料的声、光、电、磁、热等性能，从而受到广泛关注。

碲化铅(PbTe)作为传统热电材料已经被广泛研究，以往对于PbTe体系热导率的调控主要集中在晶态材料中。研究表明，非晶态材料在结构上具有最大程度的“无序”性，这样的结构对于声子散射的增强以及声子平均自由程的降低都将是空前的，有望获得极低甚至理论最低热导率。但是，由于PbTe材料自身较强的金属性导致其非晶形成能力很差，常规手段很难制备出完全非晶态的化合物，这也成为包括PbTe在内的碲基非晶热电材料研究中最主要的问题与挑战。

现有技术中制备非晶材料多数通过熔体淬火、吸铸、甩带等方法获得不同冷却速率，从而获得非晶态。但对于PbTe这种材料来说，其临界冷却速率接近10⁹K/s，现有实验条件很难达到如此高的冷却条件而实现其非晶化。这也进一步限制了PbTe体系热电性能的进一步发展。开发设计PbTe基非晶合金无论对于基础研究还是实际应用都具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种完全非晶态的碲化铅基合金体系、条带及其制备方法。首先利用相图进行合金成分设计，通过与PbTe构建伪二元共晶体系，寻找具有深共晶温度及低熔化熵特征的体系，确定为(PbTe)_x(Ga₂Te₃)_100-x，49≤x≤67，之后利用熔体旋甩对共晶点及其附近成分的晶态铸锭进行快速冷却，制备完全非晶态合金条带。

本发明的技术方案是：

本发明的非晶态碲化铅基合金体系，是通过相图与热力学熔化熵参量结合确定的，具体是通过与PbTe构建伪二元共晶相图，初步选择具有深共晶特征的合金，如图1，之后，基于低熔化熵有利于非晶形成，进一步筛选出具有低熔化熵特征的伪二元共晶体系，最终确定为(PbTe)_x(Ga₂Te₃)_100-x，52≤x≤64。在52≤x≤64的组分范围内，利用熔体旋甩以40m/s的甩带速率下均可实现完全非晶化转变，制备出完全非晶态合金条带。其中，在(PbTe)₆₁(Ga₂Te₃)₃₉这一组分下，材料表现出最大过冷液相区宽度ΔT(ΔT＝T_x-T_g，其中T_x为晶化温度，T_g为非晶转变温度)而被确定为最佳非晶组分。

本发明技术方案的关键点有两点：

关键点之一：合金组分的选择(或者叫合金体系的确定)；需要满足(1)低的熔化熵，(2)能够与PbTe形成具有深共晶温度的碲化物的原则。根据上述两个原则，基本可以快速筛选出需要的碲化物，从而确定体系。

关键点之二：熔体旋甩制备非晶，通过控制铜辊转速，气压差，样品克数等实现合金的非晶化。