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激光合成β-FeSi_2的结构特性及性能研究

田念俊  
【摘要】:热电材料是一种能实现热能和电能直接转换的半导体材料,可解决当今面临的环境问题及能源问题。β-FeSi_2热电材料在200℃到900℃范围内具有良好的热电性,且材料来源丰富,对环境无污染,并具有高抗氧化性等优点,故有很好的应用前景。由于β-FeSi_2半导体相范围很窄,易含有ε和α金属双相,明显降低材料的热电性能。且细化晶粒可提高材料的热电性能。故如何制备出晶粒细小的单相β-FeSi_2的生产工艺对其应用非常重要。本论文根据这一需要采用激光烧结法制备β-FeSi_2,具体工作如下: (1)首先将混合粉末球磨,得到充分混合均匀的粉末,然后冷压成块方便进行烧结实验。接着用管式真空炉对粉末块体进行预烧结,研究烧结温度对合金相变的影响。 (2)根据激光烧结具有加热速度快、冷却速率高可以快速凝固的优点,利用激光烧结制备试样。本论文首次采用激光烧结法制备β-FeSi_2材料,并通过ANSYS模拟激光烧结温度场,确定出较好的烧结参数。 (3)用两种工艺进行激光烧结研究:一种是对预烧后的块体进行激光烧结,将预烧后的合金重熔,后快速凝固成微小的晶粒并退火得到较多的β-FeSi_2相;另一种是直接采用激光烧结粉末块体,并用500w功率光斑半径6mm的激光直接烧结试样90s并退火得到比较单一的β相细小晶粒。 (4)最后,用XRD、SEM分析方法研究各实验参数对β-FeSi_2生成的影响。 本论文用激光直接烧结法制备出了较单一的β-FeSi_2相材料,为快速制备高性能的β-FeSi_2热电材料提出了一种新的方法。


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