文档介绍：分类号学号 M200970591
学校代码 10487 密级

硕士学位论文

熔炼法制备 Bi2Te 3 系热电材料及
性能研究

学位申请人:徐志军
学科专业:材料学
指导教师:杨君友教授
答辩日期:2012 年 1 月 9 日
A Dissertation Submitted in Fulfillment of the Requirements for the
Degree of Master in Engineering

Preparation of Bi2Te 3-based ingots by vacuum melting
and their thermoelectric properties

Candidate : Zhijun Xu
Major : Materials Science
Supervisor : Prof. Junyou YANG

Huazhong University of Science and Technology
Wuhan 430074, P. R. China
Jan, 2012
独创性声明

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究成果。尽我所知,除文中已经标明引用的内容外,本论文不包含任何其它个人或
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日期: 年月日

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学位论文作者签名: 指导教师签名:
日期: 年月日日期: 年月日
华中科技大学硕士学位论文
摘要
能源短缺和环境问题已成为制约世界各国经济发展和社会进步的主要障碍。作为
一类重要的能源转换材料,热电材料近年来受到了人们广泛的关注和高度的重视。
Bi2Te3 系化合物作为一种重要的热电材料,具有制冷快、体积小、无机械运动部件、
无振动、无噪音等独特优势,已经在航空航天、国防军工、生物医疗、电子技术、
能源环保等众多领域得到了大力的发展和广泛的应用。工业上最常用的是单晶 Bi2Te3
系块体合金,但其生产周期长、能耗高、机械加工性能差。近年来新兴的热压法、
等离子活化烧结等粉末冶金工艺虽然成型速度快、材料性能好,但是其研究仅处于
实验室阶段,无法应用于工业生产。在对 Bi2Te3 系化合物的国内外研究现状及发展
趋势进行详细调研的基础上,本文开展了真空熔炼工艺制备 Bi2Te3 系块体热电材料
及其热电性能的研究。
研究中采用真空熔炼工艺制备了 Bi2Te3 系块体合金,利用 X 射线衍射(XRD)、
场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、环境扫描电子显微镜(E-SEM)、 EDAX 等多种
分析测试手段研究了合金样品的物相、成分及微观形貌。通过 TC-7000 激光热常数
测试仪和 HGTE-Ⅱ型热电参数测试系统分别对样品的热导率及电阻率ρ和 Seebeck
系数α进行了测试。
通过改变真空熔炼过程中的冷却速率、保温时间、熔池搅拌等工艺参数,探索各
个工艺参数对样品的影响,得到了以下结果:
1) 冷却速率越大,样品中富 Te 单相析出量越大。当冷却速率增大到空冷时,通
过 FE-SEM 明显观察到微观缩孔和富 Te 相。热电性能分析表明随冷却速率增
大,样品的电阻率和 Seebeck 系数都降低。当冷却速率为 4 K/min 时,样品室
温热电优值 ZT 值达到最大值,ZT = 。
2) 与保温 1h 熔炼样品相比,保温 3h 熔炼样品的热电性能得到很大的提高,足够
长的保温时间对样品的性能影响很大。
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3) 通过改变熔池搅拌条件分析发现,对熔池进行搅拌有助于气泡从模具内壁排
出,使样品外观得到极大的改善。

关键词:Bi2Te3 系化合物、热电材料、真空熔炼、热电性能
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