论文部分内容阅读
热电材料是一类能直接实现热电转换功能的材料,无需机械部件,无噪音,节约能源,因此受到人们的关注。其中β-FeSi2作为热电材料,在世界能源危机日益显现和人们致力于绿色能源开发的今天,对其的研究开发应用有着重要的现实意义。它的特点是具有比较高的Seebeck系数,来源广泛,价格低廉,高温抗氧化性好,无毒以及高的工作温度。由于β-FeSi2具备以上优点,它有广泛的应用前景。本文采用自蔓延-热压工艺制备热电材料β-FeSi2。主要从以下几个方面进行研究:1.对于自蔓延高温合成(燃烧合成)的中间产物α-Fe2Si5在转变为β-FeSi2的过程中,热压时间固定为4min,探究不同的热压温度和压力对合成产物的影响,总结最合理的热压工艺参数;2.燃烧合成过程中为了使得产物只包含α-Fe2Si5,在配料阶段通过改变硅的含量,研究燃烧合成产物相的组成,寻找最合理的铁硅比例;3.对比分析不同的铜掺杂含量对合成产物的影响,探究最佳掺杂比例;4.通过掺杂不同含量的铝,分析不同含量下合成产物的相组成结构及形貌。实验结果表明:1.当铁硅原子比为nFe:nSi=1:3,掺入0.50at%的Cu,热压时间定为4min,热压温度为720℃时,α-Fe2Si5已经基本转变为β-FeSi2,到800℃时部分β相重新转变为α-Fe2Si5,且压力的提高有助于β-FeSi2生成和致密度的提高;2.当铁、硅原子比例为1:2.5时,燃烧合成的球粒状产物只包含α-Fe2Si5,消除了ε-FeSi相;利用酒精在超声波清洗仪中清洗燃烧合成球粒状产物时,如果清洗不够充分,熔渣中的ε-FeSi粘附于球粒上,会导致β-FeSi2合成过程中ε相剩余;3.在利用共析反应α→β+Si生成β-FeSi2的过程中,少量Cu的掺入可以明显提高反应速度,并且随着Cu含量的增加,反应速度随之提高,由断口SEM形貌可见,反应生成了大小均匀的β-FeSi2微粒,而生成的Si弥散分布于其中;4.铝的掺入可以提高原始粉料的的利用率,但铝对α-Fe2Si5向β-FeSi2转变的促进作用不太明显。为了避免铝的过多的掺入,当掺入2at%Al的同时掺入0.2at%Cu,α-Fe2Si5完全转变为β-FeSi2,β相的峰值达到最高。