[发明专利]一种垂直区熔炉及利用其制备铋化镁基热电晶体的制备方法

权利要求书

1.一种铋化镁基热电晶体的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：

（1）将Mg原料和Bi原料装入坩埚，进行熔炼，直至坩埚内无固体；

（2）将坩埚底部移动至加热模块Ⅱ的中心，进行加热；所述加热时，加热模块Ⅰ的温度为400-550℃；加热模块Ⅱ的温度为850-950℃；加热模块Ⅲ的温度为350-550℃；

（3）将坩埚下降，直至坩埚中熔体全部通过加热模块Ⅱ，得到铋化镁基热电晶体；

所述制备方法在垂直区熔炉中通过垂直区熔法进行，所述垂直区熔炉自上而下依次包括加热模块Ⅰ、隔断层Ⅰ、加热模块Ⅱ、隔断层Ⅱ和加热模块Ⅲ；所述垂直区熔炉中使用的坩埚包括双镀碳石英管或氮化硼坩埚-石英管联用；

所述双镀碳石英管的制备方法为：先采用丙酮热解工艺将两个不同尺寸的石英管分别镀碳3~5次，再将小号石英管装进大号石英管内进行真空封管，得到所述双镀碳石英管；

所述氮化硼坩埚-石英管的制备方法为：将氮化硼坩埚放进石英管内，并在氮化硼坩埚和石英管之间填充石英砂。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述加热模块Ⅱ的厚度为30-50mm。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述坩埚为氮化硼坩埚-石英管联用时，氮化硼坩埚和石英管之间填充石英砂。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述Mg原料的摩尔占比为50-55%。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）还包括：将Sb原料装入坩埚。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述熔炼的温度为850-1050℃。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述熔炼时，加热模块Ⅰ、加热模块Ⅱ和加热模块Ⅲ的温度相等。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述熔炼时，所述坩埚的旋转速率为8-15rpm。

9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括：在步骤（1）所述熔炼结束后，步骤（2）之前，进行第一次冷却。

10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述第一次冷却的降温速率为25-40℃/h。

11.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述第一次冷却的终点温度为20-50℃。

12.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）所述加热的时间为12-24h。

13.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）所述加热时，隔断层Ⅱ的两侧的温度梯度≥60℃/cm。

14.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（3）所述下降的速度为0.8-1mm/h。

15.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括：在步骤（3）所述坩埚中熔体全部通过加热模块Ⅱ后，进行第二次冷却。

16.根据权利要求15所述的制备方法，其特征在于，所述第二次冷却的降温速率为20-40℃/h。

17.根据权利要求15所述的制备方法，其特征在于，所述第二次冷却的终点温度为20-50℃。

18.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，采用垂直区熔炉通过垂直区熔法进行制备，所述垂直区熔炉自上而下依次包括加热模块Ⅰ、隔断层Ⅰ、加热模块Ⅱ、隔断层Ⅱ和加热模块Ⅲ；所述垂直区熔炉中使用的坩埚包括双镀碳石英管或氮化硼坩埚-石英管联用；所述加热模块Ⅱ的厚度为30-50mm；所述制备方法包括如下步骤：

（1）将Mg原料、Bi原料和Sb原料装入坩埚，控制坩埚的旋转速率为8-15rpm，加热模块Ⅰ、加热模块Ⅱ和加热模块Ⅲ的温度均在850-1050℃进行熔炼，直至坩埚内无固体后，以25-40℃/min的降温速率进行第一次冷却至终点温度为20-50℃；

其中，Mg原料的摩尔占比为50-55%；Bi原料和Sb原料的摩尔占比之和为45-50%；

（2）将坩埚底部移动至加热模块Ⅱ的中心，控制加热模块Ⅰ的温度为400-550℃，加热模块Ⅱ的温度为850-950℃，加热模块Ⅲ的温度为350-550℃进行加热12-24h，以保持隔断层Ⅱ的两侧的温度梯度≥60℃/cm；

（3）以0.8-1mm/h的速度将坩埚下降，直至坩埚中熔体全部通过加热模块Ⅱ，以20-40℃/h的降温速率进行第二次冷却至终点温度为20-50℃，得到铋化镁基热电晶体。