[发明专利]一种利用累积热镦制备p型碲化铋基热电材料的方法

说明书

本发明属于碲化铋基热电材料技术领域，特别是一种利用累积热镦制备p型碲化铋基热电材料的方法。本发明旨在利用再结晶的原理将累积热镦的工艺引入到p型碲化铋基热电材料的制备中，材料在高温下发生应变的过程中，高密度位错诱发再结晶，细化晶粒，同时在加压条件下晶粒沿垂直于压力方向择优生长，最终获得晶粒细小、取向明显的p型碲化铋基热电材料。

技术领域

本发明属于碲化铋基热电材料技术领域，特别是一种利用累积热镦制备p型碲化铋基热电材料的方法。

背景技术

随着各领域技术的不断革新与进步，热电芯片的使用环境及条件也变得更为苛刻，尤其是5G新技术的兴起为热电材料带来了新的机遇，同时也提出了新的挑战，热电芯片已逐步向微型化、高性能、高可靠方向发展。微型芯片的制备首先就是要划切出0.2mm*0.2mm*0.3mm及其以下的元件，这对于传统的区熔法生产的单晶材料来说是无法实现的，因此就迫切需要材料在满足高ZT值的情况下具有优异的机械强度。传统区熔单晶材料强度差的主要原因是其晶粒粗大，因此细化晶粒是提高强度的有效途径。

发明内容

本发明旨在利用再结晶的原理将累积热镦的工艺引入到p型碲化铋基热电材料的制备中，材料在高温下发生应变的过程中，高密度位错诱发再结晶，细化晶粒，同时在加压条件下晶粒沿垂直于压力方向择优生长，最终获得晶粒细小、取向明显的p型碲化铋基热电材料。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为一种利用累积热镦制备p型碲化铋基热电材料的方法，具体步骤为：

步骤1、以Bi、Sb、Te为原料，按化学计量比Bi_xSb_2-xTe₃配料，其中0.3≤x≤0.52；真空封装并通过熔炼制成晶棒，将熔炼所得的晶棒进行区域熔炼得到区熔晶棒，将区熔晶棒破碎制粉，将粉末进行热压烧结制成块体，即烧结材料；

步骤2、将步骤1制得的烧结材料放入热镦模具的模腔中，其中模腔的宽度与烧结材料的宽度相同，模腔的长度为烧结材料的长度的2～5倍，以保证热镦时烧结材料能沿其长度方向发生定向变形；

步骤3、将模具进行加热使烧结材料的温度达到400～510℃，然后立即进行热镦，使烧结材料沿长度方向定向变形，直至填满模腔，热镦过程中温度维持恒定，热镦完成后立即降温，获得一次热镦材料；

步骤4、将步骤3所得到的一次热镦材料沿长度方向切割成2～4段，然后沿厚度方向叠放在一起再放入步骤2的热镦模具的模腔中，同样需保证模腔的宽度与烧结材料的宽度相当，模腔的长度为烧结材料的长度的2～5倍，以保证热镦时烧结材料能沿其长度方向发生定向变形；

步骤5、将步骤3和步骤4重复1～3次，即得到p型碲化铋基热电材料。

而且，步骤1中Bi、Te、Se的纯度为99.99％以上。

而且，步骤1中封装是指用高硼硅玻璃管或石英玻璃管进行封装。

而且，采用高硼硅玻璃管封装时，熔炼温度为590～650℃；采用石英玻璃管封装时，熔炼温度为590～850℃。

而且，步骤1中区域熔炼采用区熔炉进行，在采用高硼硅玻璃管封装时的具体区熔条件是区熔温度650～780℃，拉晶速率20～35mm/h，晶棒直径30mm；在采用石英玻璃管封装时的具体区熔条件是区熔温度650～850℃，拉晶速率20～35mm/h，晶棒直径30mm。

而且，步骤1中热压烧结的具体条件是升温速率20～100℃/min，烧结温度410～490℃，烧结时间5～20min。

而且，步骤3中加热方式为感应加热、脉冲直流加热或炉窑加热。

而且，步骤2至步骤4中烧结材料的长度方向与步骤1中热压烧结的压力方向垂直。。