热电材料是一种能够实现热能和电能直接相互转换的功能材料。传统的热电材料所用原料昂贵且有毒性,高锰硅化物(HMS)材料以其化学稳定性好、抗氧化性能优异、无毒无污染、成本低廉等优点,在工业废热余热的利用方面具有很高的应用价值,是一种应用前景广阔的中温区热电材料。目前国内外在HMS热电材料的研究主要集中在薄膜制备方面,但成本高昂,工艺复杂,不易产业化。而采用电弧熔炼-粉末冶金法制备块体材料是克服上述缺点可能途径。本文采用电弧熔炼-粉末冶金法制备HMS块体材料,分析了制备过程中材料的物相、形貌和微观结构等因素对材料成型的影响,并考察了所得块体热电性能的变化规律。同时研究了Fe原子掺杂对HMS晶格参数和热电性能的影响。电弧熔炼得到的纯度较高的HMS铸锭作为粉末冶金法制备HMS块体的原料。采用氩气保护干磨的方法,球磨100h后得到的颗粒呈现出较圆润的球形,且物相单一,粒径大小均匀。冷压烧结过程中,合适的压制压力为720MPa,烧结温度为1150℃,同时烧结时间的延长提高了块体致密性,能够得到较纯净的HMS块体材料。热压烧结时,1000℃为合适的烧结温度,并选用50MPa作为热压烧结压力,热压得到HMS试样的ZT值随温度先增大后减小,在750K出现最大值,达到0.33。Fe原子在HMS中替代Mn原子的位置。HMS的晶格参数和Fe的掺杂量呈线性关系,在x≈0.3时,HMS中的Fe原子达到饱和。Fe原子的掺杂对HMS热导率的影响主要是对晶格热导率的影响,热导率随Fe含量的增加而降低。Fe掺杂原子较少时使电导率得到了有限的提升;随着Fe掺杂量的增加,晶格对载流子的散射使电导率产生了较大的降低。由于Fe元素加入使价电子数增加,掺杂Fe的HMS在x≈0.25时,由p型半导体向n型转变。当Fe元素含量的增加时,HMS的晶格结构畸变增大,晶格对载流子的散射增强,Seebeck系数随着x值增大而增大。在Fe原子对热导率、电导率和Seebeck系数的共同作用下, ZT呈现了随着掺杂Fe原子含量的增加逐渐降低的趋势。