Heusler合金的组织结构与热电性能

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:weiziqing
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Heusler合金作为热电材料有具有环境友好、无噪声、安全等优点。然而Heusler合金的热导率较高导致其热电优值较低。因此本文以MNiSn基n型Half-Heusler合金、MCoSb基p型Half-Heusler合金以及Fe2TiSn基Full-Heusler合金作为研究对象,研究了材料的制备工艺、组织结构以及热电性能。研究结果表明,铸态合金经过球磨以后,颗粒尺寸达到几十纳米。经SPS烧结后,合金的晶粒尺寸长大到500nm左右,但是相比于铸态的晶粒尺寸(50100μm)有大幅度的下降,本研究的制备工艺明显起到了细化晶粒的效果。用Hf、Zr取代部分钛,制备Ti0.25(Zr1-xHfx)0.75NiSn0.99Sb0.01合金固溶体,可以有效降低材料的热导率。但是球磨后,合金析出第二相,影响了合金的热电性能,导致合金的ZT值并不高。在700℃时,Ti0.25(Zr0.3Hf0.7)0.75NiSn0.99Sb0.01合金具有最好的热电性能,ZT值为0.3。研究发现,Hf、Zr取代部分钛,制备的Ti0.25(Zr1-xHfx)0.75CoSb0.9Sn0.1合金固溶体,随着Hf含量增加,载流子浓度、电导率、载流子热导率均增大,Seebeck系数以及晶格热导率减小。Hf的增加和晶粒细化有效地降低了材料的热导率,相比于铸态合金,热导率降低近50%。在700℃时,Ti0.25(Zr0.4Hf0.6)0.75CoSb0.9Sn0.1合金ZT值达到最大,约为0.4,作为p型Half-Heusler合金,该合金的热电性能较高。Hf的引入有效的降低了Fe2Ti1-xHfxSn合材料的热导率,提高了合金的热电性能。Hf的引入导致合金中出现第二相。由于第二相的原因,合金的Seebeck系数随着Hf的增多而降低。在200℃时Fe2Ti0.7Hf0.3Sn合金的热电性能最好。
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