燃烧合成法制备ZrNiSn半哈斯勒热电材料

摘要

利用燃烧合成法结合放电等离子烧结(SPS)技术在1 h内实现了ZrNiSn热电材料的制备,对样品的晶体结构、物相组成、微观结构以及热电性能进行了研究。晶体结构和物相分析结果表明,利用燃烧合成法制备了存在少量ZrNi_2Sn, Ni_3Sn_4等杂相的ZrNiSn合金材料。随着合金成分中Sn含量减少, Ni_3Sn_4相消失。微观结构分析结果显示,快速制备的ZrNiSn样品中的晶粒尺寸小于10μm,母相中会生成纳米晶粒和晶界,有利于增强声子散射。SPS处理后, ZrNiSn晶粒尺寸没有长大。热性能分析结果表明,随着温度的升高, ZrNiSn_(0.95)样品的热导率最小值为5.5 W·m^(-1)·K^(-1)。室温下, ZrNiSn样品的电导率最大为2.3×10~5 S·m^(-1),但由于对其Seebeck系数影响较大,因此制备的ZrNiSn基样品的功率因子没有显著提高。热电性能随着温度的增加而显著增加, 923 K时,利用燃烧合成法结合SPS技术制备的ZrNiSn_(0.95)样品的ZT值达到最大0.6。由于缩短了材料制备周期和降低了能源消耗,为高效、经济制备半哈斯勒热电材料提供了一种新的途径。