激光烧结制备β-FeSi<,2>热电材料的工艺研究

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随着世界科技和经济的发展,全球性的环境恶化和能源危机正威胁着人类的长期稳定的生活,因此环境及能源问题成为科学研究中的一个热点问题。热电材料是一种可实现热能和电能之间直接相互转换的材料。B-FeSi2在200℃~900℃范围内具有良好的高温热电转换功能,它是一种性能极优的热电材料,不仅具有高的抗氧化性,在大气中无需保护,不易中毒,且对环境毫无污染。   本论文依据激光烧结具有加热速度快,冷却速度高的快速凝固的特性,采用激光烧结法制备b-FeSi2,讨论不同实验参数对制备过程中b相转化的影响。   (1)选择99.99%的Fe粉和Si粉为原料,根据FeSi2中Fe与Si的原子计量比配制混合粉末,经过球磨压片后进行预烧结。实验研究了预烧结中烧结时间和烧结温度不同对FeSi2合金中相变化的影响。   (2)利用激光能使材料快速凝固的特点,选择高功率横流CO2激光器进行激光烧结。烧结后的材料内部达到高的形核率,晶粒组织细化,因此能大大缩短退火时间,并且有效地解决了传统制备方法中晶粒易粗大的问题,有利于提高FeSi2的热电性能。实验研究了激光烧结中烧结功率和烧结时间不同对FeSi2合金中相变化的影响。利用ANSYS有限元分析软件理论模拟烧结过程中材料温度场的变化,这对于实验有着指导帮助作用。   (3)研究材料在退火过程中不同的退火时间对b相转化的影响,选择合适的参数对于最终得到优的热电性能的FeSi2至关重要。
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