专利名称：钴锑合金热电材料的制备方法
技术领域：
一种钴锑合金热电材料的制备方法，属于热电材料的制造技术领域。
目前有应用价值和应用前景的热电材料主要有(Bi，Sb)2(Te，Se)3类材料、Bi1-xSbx类六方结构的无限固溶体、Skutterudite(方钴矿)结构的热电材料、Zn4Sb3热电材料、聚合物热电材料、富硼固体、金属硅化物和氧化物热电材料。其中Skutterudite结构的热电材料(AB3)具有大的Seebeck(塞贝克)系数和较高的热电功率因子，是中温区使用的热电材料。现有技术中制备CoSb3合金热电材料的工艺，多采用真空熔炼—退火—破碎—烧结或长时间(24～72h)固相反应—烧结等方法。
这些方法的缺点是，由于钴和锑的熔点相差约865℃，因此在加热过程中锑的挥发量大，极易造成成分偏差较大，所制备材料的杂相含量高，导致热电性能降低。
本发明采用现有的放电等离子烧结(Spark Plasma Sintering，简称SPS)技术，该技术是新型特殊的加压快速烧结技术，有的文献上也称SPS为等离子活化烧结。放电等离子烧结设备的基本结构，主要包括炉体中的上、下冲头和炉腔，真空系统，直流脉冲电源，特殊油压系统，控制系统和保护气氛系统等。在SPS加热过程中，电极通入直流脉冲电流时瞬间产生的放电等离子体，使烧结体内部各个颗粒均匀地自身产生焦耳热并使颗粒表面活化。SPS的工艺优势是升温速度快，加热均匀，烧结温度低，保温时间短，生产效率高，产品组织细小均匀。
本发明提出的钴锑合金热电材料的制备方法，其特征在于，它包括以下步骤(1)将钴和锑的粉末按1∶3(摩尔比)的比例混合，将混合后的粉末放入高能球磨机中进行研磨2～30h，在研磨时充入惰性气体保护或加入一定量的过程保护剂。
(2)将上述研磨后的粉末装入模具，用放电等离子烧结设备直接烧结制备成块状材料，烧结条件为压力30～1000Mpa，温度200～600℃，保温时间2～10min，气氛为真空。
本制备方法的特点(1)生产效率高，成本低，可直接制备热电堆所需的块体材料，不需再加工成形。
(2)所制备的热电材料组织均匀，可分别制备平均晶粒尺寸为30～100nm的纳米晶CoSb3合金块体。具有较高热电性能，可在400℃附近应用。
表1是用SPS制备CoSb3块体热电材料的性能参数，与对比例中长时间加热制备的CoSb3相比性能较高。
图7实施例5CoSb3合金块体的XRD图。
权利要求
1.一种钴锑合金热电材料的制备方法，其特征在于，它包括以下步骤(1)将钴和锑的粉末按1∶3(摩尔比)的比例混合，将混合后的粉末放入高能球磨机中进行研磨2～30h，在研磨时充入惰性气体保护或加入一定量的过程保护剂。(2)将上述研磨后的粉末装入模具，用放电等离子烧结设备直接烧结制备成块状材料，烧结条件为压力30～1000Mpa，温度200～600℃，保温时间2～10min，气氛为真空。
全文摘要
一种钴锑合金热电材料的制备方法属于热电材料的制造技术领域。该制备方法步骤如下将钴和锑的粉末按1∶3(摩尔比)的比例混合，将配好的粉末放入高能球磨机中进行研磨2～30h，球料比为10∶1～25∶1。在研磨时充入惰性气体或加入一定量的过程保护剂，研磨后形成单相含量较高的钴锑合金粉末，然后将该合金粉末装入石墨模具或粉末冶金专用钢模具或硬质合金模具，用放电等离子烧结设备直接烧结制备成块状材料，烧结条件为压力30～1000MPa和温度200～600℃，保温时间2～10min，气氛为真空。其特点是生产效率高，成本低，可直接制备热电堆所需块体材料，不需再加工成形。制备的热电材料组织均匀，晶粒为纳米晶，大小可控制在30～100nm之间；具有高的热电性能，可在400℃附近应用。
文档编号C22C12/00GK1417358SQ02156680
公开日2003年5月14日 申请日期2002年12月19日 优先权日2002年12月19日
发明者张久兴, 刘科高, 路清梅, 周美玲, 左铁镛 申请人:北京工业大学