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静态的热电转换方式是空间核电源系统中热能转换成电能的最佳选择之一,热电材料SiGe、Half-Heusler由于高温下优异的热电性能、机械性能以及热稳定性,可用于空间核电源热电转换系统中。其中,SiGe热电器件已多次成功应用在空间核电源中,是目前最成熟可靠的高温热电器件。而SiGe热电器件中,电偶臂SiGe的热电性能、冷热端电极的连接以及几何结构布局都明显影响着热电器件的输出功率和转换效率。考虑到空间核电源的应用背景,热电材料将面临着中子、γ射线辐照,可能会影响热电材料的性能。针对应用在空间核电源的高温热电材料和器件面临的问题和挑战,本文研究了 n型和p型高温热电材料SiGe和Half-Heusler的中子和γ射线的辐照效应,探索了 SiGe电偶臂与冷端W电极的钎焊连接、与热端SiMo电极的扩散连接,优化了 SiGe器件中几何结构布局,对p型SiGe热电材料性能改进进行了研究。本论文主要开展的工作和得到的结论如下:(1)研究了平均能量1.25 MeV,注量1×1013n·cm-2～1 ×1015 n·cm-2的中子辐照对热电材料SiGe和Half-Heusler的性能影响。结果表明,n型和p型SiGe材料在中子辐照后,载流子迁移率显著下降,电导率下降3-4个数量级,热电性能严重退化,且n型SiGe材料比p型SiGe材料性能退化更明显,对应的热电性能分别在1273 K和635 K热处理2 h后基本完全恢复。与此同时,n型Half-Heusler材料在中子辐照条件下性能无明显变化,而p型Half-Heusler材料热电性能下降约13.8%～18.9%,但分别在773 K-2 h和873 K-12 h热处理后,热电性能基本恢复;另外研究了平均能量1.25 MeV,剂量1×104Gy(Si)的γ射线对热电材料SiGe的辐照影响,结果表明,n型和p型SiGe材料的热电性能在此剂量的丫射线辐照下基本无变化。(2)研究了热电材料SiGe和冷端W电极在1078 K-10 min工艺下,通过Ag72-Cu28钎料、Ti接触层的钎焊连接。发现钎焊连接界面无明显裂纹孔洞等缺陷,界面连接良好。Ti接触层厚为1.05 μm和2.12 μm时,n型SiGe/W的钎焊接头的界面电阻率分别约为6.35 μΩ·cm2和12.6μΩ·cm2,p型SiGe/W的钎焊接头的界面电阻率分别约为17.8 μΩ·cm2和7.8μQ·cm2。n型和p型钎焊接头均在2.12μm厚的Ti接触层下获得最大的界面剪切强度,分别为5 MPa和6.5 MPa。在773 K-7d热时效后,钎焊界面出现裂纹或孔洞,n型钎焊在两种Ti接触层厚度得到的界面电阻率和剪切强度分别增加到17.8μΩ·cm2、31.3μΩ·cm2和8 MPa、12.2 MPa;p型钎焊在两种Ti接触层厚度得到的界面电阻率和剪切强度分别增加到 25.8 μΩ·cm2、19.7 μΩ·cm2和 14 MPa、16.6 MPa。(3)研究了热电材料SiGe与热端SiMo电极在不同温度、压力和时间的扩散连接。发现扩散连接接头的界面存在明显界限,无裂纹孔洞等缺陷,界面连接良好。在多种扩散连接工艺下,n型SiGe/SiMo在15 MPa焊接压力下有低界面电阻率,约43.7 μΩ·cm2～46.2 μΩ·cm2,并得到最大的界面剪切强度约23.3 MPa;p型SiGe/SiMo在1423 K焊接温度下有低界面电阻率,约20.3μΩ·cm2～43.1μΩ·cm2,最大界面剪切强度约18 MPa。对n型和p型SiGe/SiMo扩散连接接头进行673 K-7 d的热时效处理,发现界面剪切强度明显增强;在1273 K-7 d热时效后,界面剪切强度降低至12.7 MPa和13.3 MPa。(4)借助ANSYS有限元研究了 SiGe热电器件几何结构布局对器件输出性能和转换效率的影响。结果表明,热电器件的输出功率和转换效率随热端SiMo电极厚度以及电偶臂间距的增加而减小,结合实验操作可行性,制备的SiGe热电器件最小π型热电元件电偶臂尺寸为10 mm×10 mm×15 mm,热端SiMo电极厚度5 mm、电偶臂间距3 mm,并测试了包含4个热电偶臂的SiGe器件,在冷热端温差632 K下得到最大输出功率为0.54 W。(5)研究了 p型SiGe-x%SiMo复合热电材料对p型SiGe材料热电性能的改善。结果表明,SiGe中掺杂SiMo有效提高了 p型SiGe材料的性能表现,p型SiGe-20%SiMo获得最高的功率因子2.9 mW-1·m-1·K-2@1073 K和ZT值0.79@1073 K。对SiGe-20%SiMo合金作为p型电偶臂的热电器件进行ANSYS有限元分析,得到热电器件最大输出电功率密度和转换效率分别为3.65 W·cm-2和8.53%,高于SiGe合金作为p型电偶臂热电器件的输出电功率密度3.25 W·cm-2和转换效率8.09%。