[0014] 进一步,所述感应熔炼设备的熔炼炉功率在16-22kw,熔炼时间为70-100s。
[0015] 与现有技术相比较,本发明具有以下有益效果:
[0016] (1)本发明的制备方法适用成分范围广,成本低,致密度高,工艺操作简单,可靠性好,球磨和烧结时间较短,通常的熔炼或固相反应结合热压烧结制备热电材料需要大概2天的时间,而本工艺只需5-6h就可以完成,大大提高了生产效率,而且能够很好的控制氧气的含量,可以有效地抑制Mg元素的氧化和挥发。
[0017] (2)通过控制机械球磨时间、球料比、转速,SPS烧结升温速度、烧结压力和冷却速度等工艺参数,从而实现对材料晶粒尺寸的细化、纳米相弥散分布等微观调控,且材料的致密度与一次MM+SPS制备工艺有了大幅度的提升,优化了纳米结构,获得了纳米SiC复合的Mg-Si-Sn基热电材料。
附图说明
[0018] 图1、实施通过二次MM+SPS方法制备的SiC纳米复合(a)-Mg2Si0.3Sn0.7/SiC0.01,(b)-Mg2Si0.4Sn0.6/SiC0.01,(c)-Mg2Si0.5Sn0.5/SiC0.01样品的X射线衍射谱图。
[0019] 图2、实施通过二次MM+SPS与一次MM+SPS方法制备的高致密的SiC纳米复合Mg-Si-Sn基热电材料的断口扫描形貌的对比,(a)-二次MM+SPS所得样品断口扫描形貌。(b)-一次MM+SPS所得样品断口扫描形貌。
[0020] 图3、实施通过二次MM+SPS方法制备的SiC纳米复合Mg2Si0.3Sn0.7/SiC0.01热电材料的透射电镜微观表征。
[0021] 以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明,但本发明的保护范围不限于下述实施例。
具体实施方式
[0022] 实施例1
[0023] 1)感应熔炼:以Mg块(纯度99.99%)、Sn块(纯度99.99%)为原料,按化学式Mg2Sn配比称重,将配制好的原料放入氧化铝坩埚中,在氩气气氛中采用感应熔炼设备进行熔炼,熔炼时间为75s,最高功率为16kw,得到Mg2Sn铸锭。
[0024] 2)一次机械球磨结合放电等离子烧结:将Mg2Sn的铸锭置于氧含量低于0.5ppm的真空手套箱中破碎,按化学式配比为Mg2Sn/SiC0.005称重SiC纳米粉末与破碎的铸锭装入硬质合金(WC)球磨罐中,设定球料比为15:1(质量比),转速为500r/min,球磨时间为3h,在氩气的保护气氛下进行球磨;将经过一次机械球磨的粉末置于氧含量低于0.5ppm的真空手套箱并称取一定量装进石墨模具,然后将模具置于放电等离子烧结炉腔体中,在总气压低于5Pa的真空条件下烧结,升温速率为70℃/min,施加的轴向压力为30MPa,烧结温度为690℃,保温5min,随炉冷却至室温。
[0025] 3)二次机械球磨结合放电等离子烧结:将烧结块体经过表面打磨后置于氧含量低于0.5ppm的氩气气氛的手套箱中破碎,装入硬质合金(WC)球磨罐中,设定球料比为15:1(质量比),转速为500r/min,球磨时间为1h,在氩气的保护气氛下进行球磨。将经过二次机械球磨的粉末置于氧含量低于0.5ppm的真空手套箱并装进石墨模具,然后将模具置于放电等离子烧结炉腔体中,在总气压低于5Pa的真空条件下烧结,升温速率为40℃/min升温,施加的轴向压力为30MPa,烧结温度为690℃,保温10min,随炉冷却至室温,得到纳米SiC复合的Mg2Sn/SiC0.005块体。
[0026] 实施例2
[0027] 1)感应熔炼:以Mg块(纯度99.99%)、Si块(纯度99.999%)、Sn块(纯度99.99%)为原料,按化学式Mg2Si0.3Sn0.7配比称重,将配制好的原料放入氧化铝坩埚中,在氩气气氛中采用感应熔炼设备进行熔炼,熔炼时间为75s,最高功率为17kw,得到Mg2Si0.3Sn0.7铸锭。
[0028] 2)一次机械球磨结合放电等离子烧结:将Mg2Si0.3Sn0.7的铸锭置于氧含量低于0.5ppm的真空手套箱中破碎,按化学式配比为Mg2Si0.3Sn0.7/SiC0.01,称重SiC纳米粉末与破碎的铸锭装入硬质合金(WC)球磨罐中,设定球料比为15:1(质量比),转速为500r/min,球磨时间为3h,在氩气的保护气氛下进行球磨;将经过一次机械球磨的粉末置于氧含量低于
0.5ppm的真空手套箱并称取一定量装进石墨模具,然后将模具置于放电等离子烧结炉腔体中,在总气压低于5Pa的真空条件下烧结,升温速率为70℃/min,施加的轴向压力为30MPa,烧结温度为700℃,保温5min,随炉冷却至室温。
[0029] 3)二次机械球磨结合放电等离子烧结:将烧结块体经过表面打磨后置于氧含量低于0.5ppm的氩气气氛的手套箱中破碎,装入硬质合金(WC)球磨罐中,设定球料比为15:1(质量比),转速为500r/min,球磨时间为1h,在氩气的保护气氛下进行球磨。将经过二次机械球磨的粉末置于氧含量低于0.5ppm的真空手套箱并装进石墨模具,然后将模具置于放电等离子烧结炉腔体中,在总气压低于5Pa的真空条件下烧结,升温速率为40℃/min升温,施加的轴向压力为30MPa,烧结温度为700℃,保温10min,随炉冷却至室温,得到纳米SiC复合的Mg2Si0.3Sn0.7/SiC0.01块体。
[0030] 实施例3
[0031] 1)感应熔炼:以Mg块(纯度99.99%)、Si块(纯度99.999%)、Sn块(纯度99.99%)为原料,按化学式Mg2Si0.4Sn0.6配比称重,将配制好的原料放入氧化铝坩埚中,在氩气气氛中采用感应熔炼设备进行熔炼,熔炼时间为80s,最高功率为18kw,得到Mg2Si0.4Sn0.6铸锭。
[0032] 2)一次机械球磨结合放电等离子烧结:将所得铸锭置于氧含量低于0.5ppm的真空手套箱中破碎,按化学式配比为Mg2Si0.4Sn0.6/SiC0.01,称重SiC纳米粉末与破碎的铸锭装入硬质合金(WC)球磨罐中,设定球料比为15:1(质量比),转速为500r/min,球磨时间为3h,在氩气的保护气氛下进行球磨;将经过一次机械球磨的粉末置于氧含量低于0.5ppm的真空手套箱并称取一定量装进石墨模具,然后将模具置于放电等离子烧结炉腔体中,在总气压低于5Pa的真空条件下烧结,升温速率为70℃/min,施加的轴向压力为30MPa,烧结温度为705℃,保温5min,随炉冷却至室温。
[0033] 3)二次机械球磨结合放电等离子烧结:将烧结块体经过表面打磨后置于氧含量低于0.5ppm的氩气气氛的手套箱中破碎,装入硬质合金(WC)球磨罐中,设定球料比为15:1(质量比),转速为500r/min,球磨时间为1h,在氩气的保护气氛下进行球磨。将经过二次机械球磨的粉末置于氧含量低于0.5ppm的真空手套箱并装进石墨模具,然后将模具置于放电等离子烧结炉腔体中,在总气压低于5Pa的真空条件下烧结,升温速率为50℃/min升温,施加的轴向压力为30MPa,烧结温度为705℃,保温10min,随炉冷却至室温,得到纳米SiC复合的Mg2Si0.4Sn0.6/SiC0.01块体。
[0034] 实施例4
[0035] 1)感应熔炼:以Mg块(纯度99.99%)、Si块(纯度99.999%)、Sn块(纯度99.99%)为原料,按化学式Mg2Si0.5Sn0.5配比称重,将配制好的原料放入氧化铝坩埚中,在氩气气氛中采用感应熔炼设备进行熔炼,熔炼时间为85s,最高功率为19kw,得到Mg2Si0.5Sn0.5铸锭。
[0036] 2)一次机械球磨结合放电等离子烧结:将Mg2Si0.5Sn0.5的铸锭置于氧含量低于0.5ppm的真空手套箱中破碎,按化学式配比为Mg2Si0.5Sn0.5/SiC0.01,称重SiC纳米粉末与破碎的铸锭装入硬质合金(WC)球磨罐中,设定球料比为15:1(质量比),转速为500r/min,球磨时间为3h,在氩气的保护气氛下进行球磨;将经过一次机械球磨的粉末置于氧含量低于
0.5ppm的真空手套箱并称取一定量装进石墨模具,然后将模具置于放电等离子烧结炉腔体中,在总气压低于5Pa的真空条件下烧结,升温速率为70℃/min,施加的轴向压力为30MPa,烧结温度为710℃,保温5min,随炉冷却至室温。
[0037] 3)二次机械球磨结合放电等离子烧结:将烧结块体经过表面打磨后置于氧含量低于0.5ppm的氩气气氛的手套箱中破碎,装入硬质合金(WC)球磨罐中,设定球料比为15:1(质量比),转速为500r/min,球磨时间为1h,在氩气的保护气氛下进行球磨。将经过二次机械球磨的粉末置于氧含量低于0.5ppm的真空手套箱并装进石墨模具,然后将模具置于放电等离子烧结炉腔体中,在总气压低于5Pa的真空条件下烧结,升温速率为50℃/min升温,施加的轴向压力为30MPa,烧结温度为710℃,保温10min,随炉冷却至室温,得到纳米SiC复合的Mg2Si0.5Sn0.5/SiC0.01块体。
[0038] 实施例5
[0039] 1)感应熔炼:以Mg块(纯度99.99%)、Si块(纯度99.999%)、Sn块(纯度99.99%)为原料,按化学式Mg2Si0.6Sn0.4配比称重,将配制好的原料放入氧化铝坩埚中,在氩气气氛中采用感应熔炼设备进行熔炼,熔炼时间为90s,最高功率为20kw,得到Mg2Si0.6Sn0.4铸锭。
[0040] 2)一次机械球磨结合放电等离子烧结:将Mg2Si0.6Sn0.4的铸锭置于氧含量低于0.5ppm的真空手套箱中破碎,按化学式配比为Mg2Si0.6Sn0.4/SiC0.02,称重SiC纳米粉末与破碎的铸锭装入硬质合金(WC)球磨罐中,设定球料比为15:1(质量比),转速为500r/min,球磨时间为3h,在氩气的保护气氛下进行球磨;将经过一次机械球磨的粉末置于氧含量低于
0.5ppm的真空手套箱并称取一定量装进石墨模具,然后将模具置于放电等离子烧结炉腔体中,在总气压低于5Pa的真空条件下烧结,升温速率为70℃/min,施加的轴向压力为30MPa,烧结温度为715℃,保温5min,随炉冷却至室温。
[0041] 3)二次机械球磨结合放电等离子烧结:将烧结块体经过表面打磨后置于氧含量低于0.5ppm的氩气气氛的手套箱中破碎,装入硬质合金(WC)球磨罐中,设定球料比为15:1(质量比),转速为500r/min,球磨时间为1h,在氩气的保护气氛下进行球磨。将经过二次机械球磨的粉末置于氧含量低于0.5ppm的真空手套箱并装进石墨模具,然后将模具置于放电等离子烧结炉腔体中,在总气压低于5Pa的真空条件下烧结,升温速率为50℃/min升温,施加的轴向压力为30MPa,烧结温度为715℃,保温10min,随炉冷却至室温,得到纳米SiC复合的Mg2Si0.6Sn0.4/SiC0.02块体。
[0042] 实施例6
[0043] 1)感应熔炼:以Mg块(纯度99.99%)、Si块(纯度99.999%)、Sn块(纯度99.99%)为原料,按化学式Mg2Si0.4Sn0.6配比称重,将配制好的原料放入氧化铝坩埚中,在氩气气氛中采用感应熔炼设备进行熔炼,熔炼时间为80s,最高功率为18kw,得到Mg2Si0.4Sn0.6铸锭。
[0044] 2)一次机械球磨结合放电等离子烧结:将所得铸锭置于氧含量低于0.5ppm的真空手套箱中破碎,按化学式配比为Mg2Si0.4Sn0.6/SiC0.03,称重SiC纳米粉末与破碎的铸锭装入硬质合金(WC)球磨罐中,设定球料比为15:1(质量比),转速为500r/min,球磨时间为3h,在氩气的保护气氛下进行球磨;将经过一次机械球磨的粉末置于氧含量低于0.5ppm的真空手套箱并称取一定量装进石墨模具,然后将模具置于放电等离子烧结炉腔体中,在总气压低于5Pa的真空条件下烧结,升温速率为70℃/min,施加的轴向压力为30MPa,烧结温度为705℃,保温5min,随炉冷却至室温。
[0045] 3)二次机械球磨结合放电等离子烧结:将烧结块体经过表面打磨后置于氧含量低于0.5ppm的氩气气氛的手套箱中破碎,装入硬质合金(WC)球磨罐中,设定球料比为15:1(质量比),转速为:500r/min,球磨时间为1h,在氩气的保护气氛下进行球磨。将经过二次机械球磨的粉末置于氧含量低于0.5ppm的真空手套箱并装进石墨模具,然后将模具置于放电等离子烧结炉腔体中,在总气压低于5Pa的真空条件下烧结,升温速率为50℃/min升温,施加的轴向压力为30MPa,烧结温度为705℃,保温10min,随炉冷却至室温,得到纳米SiC复合的Mg2Si0.4Sn0.6/SiC0.03块体。
[0046] 实施例7
[0047] 1)感应熔炼:以Mg块(纯度99.99%)、Si块(纯度99.999%)、为原料,按化学式Mg2Si配比称重,将配制好的原料放入氧化铝坩埚中,在氩气气氛中采用感应熔炼设备进行熔炼,熔炼时间为95s,最高功率为21kw,得到Mg2Si铸锭。
[0048] 2)一次机械球磨结合放电等离子烧结:将Mg2Si的铸锭置于氧含量低于0.5ppm的真空手套箱中破碎,按化学式配比为Mg2Si/SiC0.05,称重SiC纳米粉末与破碎的铸锭装入硬质合金(WC)球磨罐中,设定球料比为15:1(质量比),转速为500r/min,球磨时间为3h,在氩气的保护气氛下进行球磨;将经过一次机械球磨的粉末置于氧含量低于0.5ppm的真空手套箱并称取一定量装进石墨模具,然后将模具置于放电等离子烧结炉腔体中,在总气压低于5Pa的真空条件下烧结,升温速率为80℃/min,施加的轴向压力为30MPa,烧结温度为720℃,保温5min,随炉冷却至室温。
[0049] 3)二次机械球磨结合放电等离子烧结:将烧结块体经过表面打磨后置于氧含量低于0.5ppm的氩气气氛的手套箱中破碎,装入硬质合金(WC)球磨罐中,设定球料比为15:1(质量比),转速为500r/min,球磨时间为1h,在氩气的保护气氛下进行球磨。将经过二次机械球磨的粉末置于氧含量低于0.5ppm的真空手套箱并装进石墨模具,然后将模具置于放电等离子烧结炉腔体中,在总气压低于5Pa的真空条件下烧结,升温速率为40℃/min,施加的轴向压力为30MPa,烧结温度为720℃,保温10min,随炉冷却至室温,得到纳米SiC复合的Mg2Si/SiC0.05块体。