[发明专利]一种p型碲化铋基热电材料及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种p型碲化铋基热电材料及其制备方法与应用。所述制备方法包括如下步骤：(1)将原料Bi、Te和Sb按Bi_xSb_2‑xTe₃，0.4≤x≤0.7配料加入玻璃管中抽真空；(2)将玻璃管放入摇摆炉中熔炼，然后将玻璃管取出竖直放置冷却，得到碲化铋基合金锭；(3)将碲化铋基合金锭放入气雾化设备中，将雾化室抽真空后通入雾化气体洗炉；(4)升温熔炼，待碲化铋基合金锭完全熔化成熔体，保温精炼至雾化温度，将喷嘴加热，启动雾化气体，达到气雾化压力时，开始进行雾化；(5)雾化结束后，冷却至室温得到所述p型碲化铋基热电材料。通过本发明所述方法制备的p型碲化铋基热电材料粒径小于10μm、球形度好可用于3D打印的碲化铋基热电材料，无需经过筛分，材料利用率高。

技术领域

本发明属于金属粉末制备技术领域，具体涉及一种p型碲化铋基热电材料及其制备方法与应用。

背景技术

热电材料是一种能够实现电能和热能之间相互转换的功能材料，碲化铋基合金是目前商业化应用，并且在室温附近性能最好的热电材料。具有无污染、无损耗、可靠性高等优异特点，有望能够大幅提高能源利用率、缓解环境污染。传统的热电材料器件一般是通过减材制造工艺来制备的，主要是切割插嵌法，但这种方法受限于热电材料的力学性能，碲化铋基合金材料的本征层状结构特征使其非常容易沿c轴晶面发生解理，导致材料的加工强度非常弱，加工的成材率非常低，加工难度大，使得热电比无法达到高的精度，所以在热电器件微型化方面存在很多问题。

近年来，3D打印技术的快速发展，引起了国内外研究者的重视。3D打印是一种通过逐层打印的方式来构造物体的快速成型技术，具有能耗小、成本低、成型精度高的特点，通过3D打印可实现p型和n型材料的同时打印来制造微型热电器件，避免了原材料在加工过程中造成的损耗。3D打印用的金属粉末如果为球形粉末，且球形度越高，打印时铺粉及送粉就更容易进行。

专利CN201810225213.2公开了一种利用球磨工艺将单质粉末合成p型碲化铋基合金粉体的方法，制备得到粉体粒径小于10微米的可用于3D打印的粉体，但是该工艺需要先将单质原料粉体进行球磨4h，再过800目筛，过程耗时长，材料利用率低。专利CN201811368967.X公开了利用球磨工艺对热电材料粉体进行球磨处理10h，然后再过1000目筛筛分，得到粒径小于13微米的满足3D打印粒径要求的热电材料粉体的方法。然而该过程耗时长，筛分难度大，不利于大规模地工业化生产。专利CN 202010970191.X公开了一种碲化锑热电材料的激光3D打印合成制备方法，通过球磨工艺将单质粉体球磨混合5h制备用于3D打印的合金粉体，该过程耗时长，且粉末合金化的组分均一性难以控制。

针对上述制备粉体存在制备周期长，球形度不好等缺陷，现需研究一种球形度好，制备周期短，材料利用率高的热电材料的制备工艺。

发明内容

针对上述现有技术的缺点，本发明提供一种p型碲化铋基热电材料及其制备方法与应用。本发明先将原料通过摇摆熔炼进行充分的合金化得到碲化铋基合金，再将碲化铋基合金进行气雾化来批量稳定制备粉末粒径小、成分均匀性好、氧含量低的球形的可用于3D打印的碲化铋基热电材料。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种p型碲化铋基热电材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)将原料Bi、原料Te和原料Sb按Bi_xSb_2-xTe₃，0.4≤x≤0.7配料加入玻璃管中抽真空密封；

(2)将抽真空密封的玻璃管放入摇摆炉中进行熔炼，熔炼结束后，将玻璃管取出竖直放置冷却，得到碲化铋基合金锭；

(3)将碲化铋基合金锭放入气雾化设备中，将雾化室抽真空后通入雾化气体进行洗炉；

(4)洗炉结束后，进行升温熔炼，待碲化铋基合金锭完全熔化成熔体，保温精炼至雾化温度，将喷嘴加热，启动雾化气体，当达到气雾化压力时，开始进行雾化；