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(Mg2Si1- Sb 04-(Mg Sn) 固溶体合金的制备及热电输运特性

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大学材料科学基础 第五章材料的相结构和相图(1)

大学材料科学基础 第五章材料的相结构和相图(1)

弗兰克尔空位
肖脱基空位
2) 为了保持电中性，离子间数量不等的置换会 在晶体内部形成点缺陷。 如：2Ca2+→Zr4+ ，形成氧离子空缺。 3) 陶瓷化合物中存在变价离子，当其电价改变 时，也会在晶体中产生空位。 如：方铁矿中，部分Fe2+被氧化为Fe3+时， 2FeO+O → Fe2O3中，产生阳离子空缺。 同理，TiO2中，部分Ti4+被还原为Ti3+时，产 生阴离子空缺。 这种由于维持电中性而出现的空位，可以 当作电子空穴。欠缺或多出的电子具有一定的 自由活动性，因而降低了化合物的电阻。这种 现象在材料的电性能方面有重要意义。
3．陶瓷材料中的固溶方式
陶瓷材料——一般不具备金属特性，属无机非金属。 无机非金属化合物可以置换或间隙固溶的方式溶入其 它元素而形成固溶体，甚至无限固溶体，但是一般形 成有限固溶体。 如：Mg[CO3] → (Mg,Fe)[CO3] →(Fe,Mg)[CO3] →Fe[CO3] 菱镁矿 含铁菱镁矿 含镁菱铁矿 菱铁矿 不改变原来的晶格类型，晶格常数略有改变。
(3) 多为金属间或金属与类金属间的化合物， 以金属键为主，具有金属性，所以也称金属 间化合物。 (4) 晶体结构复杂。 (5) 在材料中是少数相，分布在固溶体基体 上，起到改善材料性能、强化基体的作用。 中间相可分为以下几类： 正常价化合物；电子化合物；间隙相；间隙 化合物；拓扑密堆相。
1. 正常价化合物 • 通常是由金属元素与周期表中第Ⅳ、Ⅴ、 Ⅵ族元素形成，它们具有严格的化合比， 成分固定不变，符合化合价规律，常具有 AB、AB2、A2B3分子式。 • 它的结构与相应分子式的离子化合物晶体 结构相同，如分子式具有AB型的正常价化 合物其晶体结构为NaCl型。正常价化合物 常见于陶瓷材料，多为离子化合物。如 Mg2Si、Mg2Pb、MgS、AuAl2等。 • 在合金材料中，起弥散强化的作用。

《2024年Al-Si-Mg三元近共晶合金定向凝固组织与形成》范文

《2024年Al-Si-Mg三元近共晶合金定向凝固组织与形成》范文

《Al-Si-Mg三元近共晶合金定向凝固组织与形成》篇一一、引言随着现代工业的快速发展，金属材料在各种工程应用中发挥着越来越重要的作用。

其中，Al-Si-Mg三元近共晶合金因其优异的物理性能和机械性能，被广泛应用于航空航天、汽车制造和电子工业等领域。

本文将重点研究Al-Si-Mg三元近共晶合金的定向凝固组织及其形成的高质量特性。

二、Al-Si-Mg三元近共晶合金的概述Al-Si-Mg三元近共晶合金是一种由铝、硅和镁元素组成的合金。

其独特的成分比例和相结构使得该合金具有优异的力学性能、物理性能和耐腐蚀性能。

此外，该合金的制备工艺简单，成本低廉，具有广泛的应用前景。

三、定向凝固组织的形成过程在Al-Si-Mg三元近共晶合金的制备过程中，通过定向凝固技术，可以得到具有特殊组织和性能的材料。

该技术利用物理或化学方法使熔融金属按照一定的方向和速度进行冷却和结晶，从而形成具有特定结构和性能的合金。

在定向凝固过程中，由于各元素的成分差异和相互作用的复杂性，会形成多种相结构。

这些相结构在不同的温度和成分条件下具有不同的生长形态和空间分布，从而影响合金的整体性能。

因此，掌握定向凝固过程中相的形成和演变规律，对于优化合金的组织结构和性能具有重要意义。

四、高质量的定向凝固组织特性Al-Si-Mg三元近共晶合金的定向凝固组织具有以下高质量特性：1. 良好的结晶性：通过定向凝固技术，可以获得晶粒尺寸均匀、排列紧密的结晶组织，从而提高合金的力学性能和耐腐蚀性能。

2. 优异的力学性能：由于各元素的相互作用和相结构的优化，使得合金具有较高的强度、硬度和韧性，满足各种工程应用的需求。

3. 良好的耐腐蚀性能：Al-Si-Mg三元近共晶合金在特定的环境下具有较好的耐腐蚀性能，能够抵抗化学物质的侵蚀和氧化。

4. 稳定的热稳定性：定向凝固组织的热稳定性较高，能够在高温环境下保持稳定的性能，满足航空航天等领域的特殊要求。

五、结论通过对Al-Si-Mg三元近共晶合金的定向凝固组织的研究，可以更好地了解其形成过程和组织结构与性能的关系。

ZnMn2O4_多孔微球作为水系锌离子电池正极材料的合成及其电化学性能

ZnMn2O4_多孔微球作为水系锌离子电池正极材料的合成及其电化学性能

第52卷第8期 辽 宁 化 工 Vol.52，No. 8 2023年8月 Liaoning Chemical Industry August，2023收稿日期： 2022-08-10ZnMn 2O 4多孔微球作为水系锌离子电池 正极材料的合成及其电化学性能卢彦虎，刘晨阳，马雷（沈阳化工大学 材料科学与工程学院，辽宁 沈阳 110142）摘 要： 采用水热法制备了ZnMn 2O 4水系锌离子电池正极材料，并采用X 射线衍射、X 射线光电子能谱、扫描电镜和电化学工作站等手段对材料进行了表征。

结果表明：水热温度对ZnMn 2O 4正极材料的形貌和电学性能均有较大影响。

当水热温度为160 ℃时，ZnMn 2O 4为尖晶石型多孔状球体，在 1 mA ·g -1的电流密度下获得了155 mAh ·g -1的比容量，良好的电化学性能表现主要得益于其多孔结构。

关 键 词：锌电池； 正极材料； ZMO 多孔微球； 电化学性能中图分类号：TM911 文献标识码： A 文章编号： 1004-0935（2023）08-1122-04尖晶石型锌锰氧化物ZnMn 2O 4（ZMO）材料具有安全性好、成本低、环保等优点[1-3]，在数据存储、生物技术、光催化剂、气敏元件、电池电极材料等领域得到了广泛的研究[4-5]。

目前，尖晶石结构的氧化物（如LiMn 2O 4、LiCo 2O 4）已经在LIBs 中被成功应用并且商业化[6-7]。

因此借鉴这一成功经验，ZMO 电极材料在水系锌离子中的应用成为当下研究的 热点[8-9]。

先前的尖晶石材料多采用高温固相反应法合成，大多是采用研磨氧化物、含碳酸根的盐类化合物的混合物，并进行高温热处理以获得所需材料。

制备温度较高，晶体形貌较难控制[10]。

现在多采用温和的化学方法进行合成，例如溶胶-凝胶法[11]。

WU[12]等通过聚乙烯醇吡咯烷酮分散的溶剂热碳为模板制备的ZMO 材料，在100 mA ·g -1的条件下比容量可达106.5 mAh ·g -1。

热障涂层材料Mg2SiO4的制备与性能研究

热障涂层材料Mg2SiO4的制备与性能研究

摘要镁橄榄石（Mg2SiO4）具有高温相稳定、较低的烧结速率和热导率、良好的机械性能等优点，是一种有潜力的热障涂层（Thermal Barrier Coatings）新材料。

本论文以Mg2SiO4为研究对象，通过XRD、TG-DSC、EDS等表征方法系统研究了其作为TBC材料的各项性能，通过APS技术制备了Mg2SiO4-TBCs，研究了涂层的热循环性能、失效机制等。

采用高温固相反应法在1873 K下合成Mg2SiO4。

Mg2SiO4具有良好的高温相稳定性、低导热系数（1.8 W/m·K，1273 K）和较高的热膨胀系数（8.6×10−6 K-1~11.3×10−6 K−1，473 K~1623 K）。

此外，还拥有良好的力学性能：Mg2SiO4的硬度值和断裂韧性分别为10 GPa和2.8MPa·m1/2。

Mg2SiO4在高温下的抗烧结性能优于先进热障涂层材料8YSZ、La2Zr2O7和SrCeO3等。

在1573 K下，对烧结后的Mg2SiO4和8YSZ陶瓷试样进行了水淬对比试验，结果表明，Mg2SiO4的热循环寿命为16次，约为8YSZ寿命的两倍。

利用APS技术成功制备无成分偏析的Mg2SiO4-TBCs。

在1273 K下，Mg2SiO4涂层的热循环寿命达830次，具有良好的抗热震性能。

较长热循环寿命的主要原因是Mg2SiO4较好的断裂韧性、抗烧结性能以及高温暴露下Mg2SiO4涂层的特殊组织演化，而涂层失效的主要原因是重结晶、热膨胀失配以及TGO与Mg2SiO4化学反应层的形成和增厚。

采用APS技术制备了基于Mg2SiO4/8YSZ的双陶瓷层（DCL）热障涂层体系的热障涂层。

研究了三种TBCs在1373 K下的热循环性能，结果表明：DCL 涂层的寿命是单层Mg2SiO4涂层寿命的43倍。

顶层Mg2SiO4陶瓷层具有良好的烧结能力和较低的导热系数，底层YSZ陶瓷层起到很好的应力缓冲效果，能够很大程度地延长涂层的热循环寿命。

镁锂合金(Mg-Li),超轻镁锂合金,镁锂超轻合金,变形镁锂超轻合金应用

镁锂合金(Mg-Li),超轻镁锂合金,镁锂超轻合金,变形镁锂超轻合金应用

图 1 镁锂合金笔记本外壳和手机外壳
2、镁锂合金制备方法
2.1 真空熔炼制备镁锂合金 2.1.1真空感应熔炼制备镁锂合金
• 真空脱气作用：真空熔炼活泼金属，达到充分去除H2、 N2、O2的目的。。金属的脱气，可提高金属的塑性和强 度，真空度愈高，温度愈高，脱气时间愈长，有利于金属 的脱气。
真空熔炼优点
郑州轻金属研究院
轻金属材料研究所
•镁锂合金介绍
镁锂合金介绍-1
1、镁锂合金概述
1.1 镁锂合金发展历程 1.2 镁锂合金特点 1.3 镁锂合金应用
2、镁锂合金制备方法
2.1 真空熔炼制备镁锂合金 2.2 熔盐电解制备镁锂合金 2.3 镁锂合金的毒性及生产技术要求
3、合金元素对镁锂合金的影响
3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 铝元素的影响 锌元素的影响 硅元素的影响 铜元素的影响 锆元素的影响 稀土元素的影响
幅度提高。
表 1 AZ31B与LA141组成合金零件质量 零件名称 AZ31B LA141 （单位：g） 减少质量比例/%
雷达反射罩 电子仪器保护盖 电话外壳
586 9.5 712.8
447 7.3 521.4
25 23 27
1.3 镁锂合金应用
• 由于镁锂合金特殊的物理性能以及其作为超轻 材料的性质，可以开拓出更多的应用领域，如笔 记本电脑外壳、手机外壳以及扬声器振膜、仪器 仪表壳体等。图1是郑州轻金属研究院轻金属材料 研究所开发出的镁锂合金材质的笔记本外壳和手 机外壳。
表 2 镁和稀土元素的原子半径和电负性
元素符号 Mg La Ce Pr Nd Y Gd Sc 原子半径/nm 0.160 0.188 0.183 0.183 0.182 0.182 0.178 0.165 与镁原子半径差/% 0 17.3 14 14.3 13.8 12.6 12.6 2.6 电负性 1.31 1.10 1.12 1.13 1.14 1.22 1.20 1.36

TiVNbTa难熔高熵合金的吸放氢动力学

TiVNbTa难熔高熵合金的吸放氢动力学

第 1 期第 101-107 页材料工程Vol.52Jan. 2024Journal of Materials EngineeringNo.1pp.101-107第 52 卷2024 年 1 月TiVNbTa难熔高熵合金的吸放氢动力学Hydrogen absorption-desorption kinetics ofTiVNbTa refractory high-entropy alloy龙雁1，2，张李敬1，2，杨继荣1，2，王芬1，2*（1 广东省金属新材料制备与成形重点实验室，广州 510640；2 华南理工大学机械与汽车工程学院，广州 510640）LONG　Yan1，2，ZHANG　Lijing1，2，YANG　Jirong1，2，WANG　Fen1，2*（1 Guangdong Provincial Key Laboratory for Processing and Forming ofAdvanced Metallic Materials，Guangzhou 510640，China；2 School ofMechanical and Automotive Engineering，South China University ofTechnology，Guangzhou 510640，China）摘要：通过真空电磁感应悬浮熔炼技术制备TiVNbTa难熔高熵合金试样，采用多通道储氢性能测试仪测试合金的吸放氢性能，并研究该合金的吸（放）氢行为及其动力学机制。

结果表明：单相BCC结构的TiVNbTa难熔高熵合金吸氢后生成TiH1.971，Nb0.696V0.304H和Nb0.498V0.502H2 3种氢化物新相。

氢化高熵合金粉末在 519 ，593 K和640 K 分别发生氢化物的分解反应，放氢后恢复单相BCC结构，因此TiVNbTa合金的吸氢反应属于可逆反应。

该合金在423~723 K温度区间具有较高的吸（放）氢速率，其吸（放）氢动力学模型分别符合Johnson-Mehl-Avrami （JMA）方程和二级速率方程，吸（放）氢的表观活化能E a分别为-21.87 J/mol和8.67 J/mol。

热电材料的研究现状与未来展望

热电材料的研究现状与未来展望

第49卷第7期 2021年7月硅 酸 盐 学 报Vol. 49，No. 7 July ，2021JOURNAL OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY DOI ：10.14062/j.issn.0454-5648.20200925热电材料的研究现状与未来展望徐 庆1，赵琨鹏2，魏天然2，仇鹏飞1，史 迅1(1. 中国科学院上海硅酸盐研究所, 高性能陶瓷和超微结构国家重点实验室, 上海 200050；2. 上海交通大学材料科学与工程学院，上海 200240)摘 要：热电材料可以实现热能和电能的直接相互转换，在温差发电和固态制冷等领域具有重要应用，受到了学术界和工业界的广泛关注。

本工作首先简述了热电材料研究的相关背景，然后根据材料工作的温度，对室温附近、中温区以及高温区一些典型热电材料的最新研究进展进行了概述，重点介绍了材料的晶体结构特点和性能优化策略。

在此基础上阐述了热电能量转换技术在材料、器件和研发模式等方面所面临的困难和挑战。

最后，对热电材料未来的发展方向提出了展望。

关键词：热电材料；热电优值；热导率；电导率中图分类号：TG132.2+4, TN304.2 文献标志码：A 文章编号：0454–5648(2021)07–1296–10 网络出版时间：2021–06–29Development and Prospects of Thermoelectric MaterialsXU Qing 1, ZHAO Kunpeng 2, WEI Tianran 2, QIU Pengfei 1, SHI Xun 1(1. State Key Laboratory of High Performance Ceramics and Superfine Microstructure, Shanghai Institute of Ceramics,Chinese Academy of Sciences, Shanghai 200050, China; 2. School of Materials Science and Engineering,Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China)Abstract: Thermoelectric materials (TE), which enable the direct energy conversion between heat and electricity, have attracted global attention in both academic and industrial sections, due to their significant applications in power generation and refrigeration. In this review, the research background of thermoelectrics will be introduced first, while the recent progress on several widely studied thermoelectric materials will be overviewed according to their working temperatures. In particular, their crystal structure characteristics and performance optimization strategies will be highlighted. The difficulties and challenges faced in thermoelectric technology, in terms of materials development, device fabrication and R &D modes, will be discussed. Finally, the prospect and expectation for the further development of thermoelectrics will be put forward.Keywords: thermoelectric materials; thermoelectric figure of merit; thermal conductivity; electrical conductivity热电材料又称为温差电材料，是一种依靠材料内载流子的运动来实现热能和电能直接相互转换的新型半导体功能材料。

碱式氯化镁晶须制备纳米氧化镁热分解动力学研究

碱式氯化镁晶须制备纳米氧化镁热分解动力学研究

碱式氯化镁晶须制备纳米氧化镁热分解动力学研究苟生莲;乃学瑛;肖剑飞;叶俊伟;董亚萍;李武【摘要】采用水热法以氯化镁和氢氧化钙为原料制备了碱式氯化镁(BMC)晶须,然后热解得到了纳米氧化镁.经透射电镜(TEM)和选区电子衍射(SAED)分析其粒径在20～40 nm之间,暴露晶面族为{111}和{110}.通过热重差热分析(TG-DTA)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)以及红外光谱(FT-IR)分析确定了碱式氯化镁晶须热分解过程分四步进行,前两步分别脱去两个结晶水,第三步脱氯化氢,最后脱羟基水.采用Satava法和微分法对BMC晶须的热分解机理和动力学进行了研究,得出第一步反应热分解机理为随机成核与随后生长、第二步为二维扩散、第三步为相边界反应、第四步为一维相边界反应.【期刊名称】《无机材料学报》【年(卷),期】2019(034)007【总页数】5页(P781-785)【关键词】碱式氯化镁;纳米氧化镁;热分解;晶须;水热法【作者】苟生莲;乃学瑛;肖剑飞;叶俊伟;董亚萍;李武【作者单位】中国科学院青海盐湖研究所中国科学院盐湖资源综合高效利用重点实验室,西宁 810008;青海省盐湖资源化学重点实验室,西宁 810008;中国科学院大学,北京 100049;中国科学院青海盐湖研究所中国科学院盐湖资源综合高效利用重点实验室,西宁 810008;中国科学院青海盐湖研究所中国科学院盐湖资源综合高效利用重点实验室,西宁 810008;大连理工大学化工学院,大连 116024;中国科学院青海盐湖研究所中国科学院盐湖资源综合高效利用重点实验室,西宁 810008;中国科学院青海盐湖研究所中国科学院盐湖资源综合高效利用重点实验室,西宁810008;青海省盐湖资源化学重点实验室,西宁 810008【正文语种】中文【中图分类】TQ132纳米MgO作为镁资源的一种重要利用形式, 由于粒径小、比表面积大具有不同于本体材料的光、电、热以及力学性能, 可应用于催化、陶瓷、耐火材料、吸附材料、补强剂以及抗菌材料等邻域[1-2]。

铝合金中各项元素及微量元素作用

铝合金中各项元素及微量元素作用
.23.
九、锶Sr ¡ Sr可使共晶Si的晶体的头部成为细粒状，有效地 提高了合金的强度，Sr对共晶Si的变质细化产生 非常大的效果。
.24.
未变质ADC12
.25.
锶变质ADC12
.26.
未变质A356
.27.
锶变质A356
.28.
十、Ni镍
¡ Ni在铝合金中形成NiAl3等金属化合物，提高合金的 高温强度和体积、尺寸稳定性，并有使Fe的化合物 变成块状的倾向，即降低杂质Fe的有害作用，，但 使合金的耐蚀性下降。
.17.
未变质
.18.
Ca变质
.19.
七、磷P
¡ P在铝合金中形成AlP结晶，使合金中结晶出细小的 初晶Si，有效的细化了其晶粒。P是通过Cu-P、AlCu-P中间合金加入的，当同时有Ca存在时，则会 生成Ca3P，降低P的变质效果，P会降低Na、Sr、 Sb的细化共晶Si的效果。
.20.
未变质
.29.
十一、钛Ti ¡ Ti使晶粒细化的作用，所生成的TiAl3 TiB2 密度比铝 合液大，所以添加后从保温到浇铸时间不要拖得过 长，否则会产生沉降或密度偏析。
.30.
.31.
十二、锑(Sb) ¡ Sb对Aｌ－Sｉ系合金有变质作用，它对亚共晶和过 共晶都有较好的变质作用，经细化后的共晶Si的晶 粒呈薄层状。
¡ 含硅量较高的Al-Si合金中的共晶硅一般要进行变质处理使之细化。
.9.
二、铁Fe
¡ 长存有害杂质，增加合金脆性,易生成β相（针状）降低合金强度.杂质铁 生成FeAl3针状结晶，由于压铸是急冷，所以析出的晶体很细，不能说 是有害成分，含量低于0.7%则不易脱模,所以Fe含量0.8-1.0%反而好压 铸.含有大量的铁会生成金属化合物,形成硬点.并且含铁量1.2%时,降低合 金流动性,损害铸件的品质,缩短压铸设备中金属组件的寿命.所以应尽量 减少人为致使铁含量增高，对铁质钳和工具有效保护，在生产中控制铁 的含量，并使硅略低度于共晶点。浇铸铝液温度不宜过低

低共熔溶剂在电沉积金属及其合金方面的研究进展

低共熔溶剂在电沉积金属及其合金方面的研究进展

２０１９．２０科学技术创新低共熔溶剂在电沉积金属及其合金方面的研究进展ＲｅｓｅａｒｃｈＰｒｏｇｒｅｓｓｏｆＤｅｅｐＥｕｔｅｃｔｉｃＳｏｌｖｅｎｔｓｉｎＥｌｅｃｔｒｏｄｅｐｏｓｉｔｅｄＭｅｔａｌｓａｎｄＡｌｌｏｙｓ汝娟坚张远卜骄骄王志伟（昆明理工大学冶金与能源工程学院，云南昆明650093）低共熔溶剂（ＤＥＳｓ）具有挥发性小、导电性优良、电化学窗口宽、性质稳定等诸多优点，常作为一种电解质广泛应用于电沉积领域。

目前已经在ＤＥＳｓ中制备得到了大多数能在水溶液中制得的金属及合金。

其中，关于锌和镍及其合金的研究较多，铜、铬、钴、锡、锑、铈等金属的沉积也常见于报道。

１电沉积锌及合金锌及其合金是一种延展性、铸造性、常温耐腐蚀性优异的金属材料，在工业生产、日常生活以及科学研究中占有重要的地位。

ＤＥＳ中锌及其合金的制备也得到了一定的发展，研究人员已经在ＤＥＳ中电沉积制备出了金属Ｚｎ和Ｚｎ－Ｃｕ、Ｚｎ－Ｔｉ、Ｚｎ－Ｓｎ等合金。

刘海等人［１］将一定量的ＺｎＯ和Ｃｕ２Ｏ溶于氯化胆碱－尿素ＤＥＳ并将其作为电解质，通过循环伏安曲线的测试确定了共沉积电位（－１．１０～－１．１５Ｖ），在阴极上得到了锌、铜含量可控的铜锌合金镀层，得到的金色镀层平整而致密；ＮｕｎｏＭ．Ｐｅｒｅｉｒａ等人［２］研究了在氯化胆碱－乙二醇ＤＥＳ中，以氯化锌为锌源电沉积得到了金属锌；ＡｂｂｏｔｔＡＰ等人［３］以氯化胆碱－乙二醇ＤＥＳ为电解质，电解制备得到了Ｚｎ和Ｚｎ－Ｓｎ合金；吴青等人［４］以尿素－ＺｎＣｌ２－ＴｉＣｌ４ＤＥＳ体系为电解质，实验考察了ＴｉＣｌ４的的加入对体系电导率的影响，测试发现ＴｉＣｌ４的加入有利于共沉积Ｚｎ－Ｔｉ合金；卢东辉等人［５］采用氯化胆碱－尿素－乙二醇ＤＥＳ为电解质、Ｎｉ２Ｏ３作为镍源、ＺｎＯ作为锌源，条件实验确定还原电压为－１．３Ｖ时制备出了抗腐蚀性能优异的Ｚｎ－Ｎｉ合金镀层。

２电沉积镍及合金由于金属镍具有优异的物理、化学性能，镍及其合金被广泛的应用于航天、化工、电子、精密仪器等领域，许多研究者在ＤＥＳｓ体系内进行了镍及合金的电沉积。

NiCo2S4

NiCo2S4

随着化石燃料的不断消耗，能源短缺和环境污 染问题愈发严重，严重阻碍了人类社会的生存与发 展［１］ 。 虽然太阳能、水能及风能等新型能源逐渐被 投入使用，但受气候、地域限制而难以大量推广；生 物质能（如生物燃料） 的原料来源丰富，并有着显著 的能量收益和碳减排效益，作为新燃料替代品前景 广阔，但其生产工艺方面的技术难题制约了其产业 化发展［２］ 。 因此，清洁、高效、稳定的储能设备开发 受到了人们极大的关注。 由于兼具传统电容器的高 功率密度和二次电池的高能量密度［３］ ，并具备快速 充放电和循环稳定性好等优势，超级电容器被广泛 应用于电化学储能领域。 其中，电极材料极大影响 着超级电容器的整体性能，因而提升超级电容器性 能的关键在于改善电极材料特性。
得益于多种氧化态和快速可逆的法拉第氧化 还原反应，过渡金属化合物作为电极材料得到了广 泛研究［４］ 。 其中，过渡金属硫化物具有比过渡金 属氧化物更高的电导率和更丰富的氧化还原反应， 且由于硫的电负性低于氧，有利于缓减晶体结构坍 塌并促进电子传输，故具有更优异的机械稳定性和 电化学活性［５］ 。 与单金属硫化物相比，多金属硫 化物（ ＮｉＣｏ２Ｓ４） 的化学组成更为丰富，具有更多的 电化学活性位点和更好的导电性。 然而，ＮｉＣｏ２ Ｓ４ 也存在导电性较差、体积效应及在电解液中的表面 氧化 等 缺 陷， 导 致 其 倍 率 性 能 和 循 环 稳 定 性 较 差［６］ 。 尽管人们构建了不同的 ＮｉＣｏ２ Ｓ４ 微 纳 结 构 来提高其比表面积，但其在长期充放电下的结构稳 定性仍不太理想。 为了克服这些缺陷，具有良好导 电性 和 机 械 稳 定 性 的 碳 纳 米 管［７］ 、 碳 气 凝 胶 （ ＣＡ） ［８］ 等碳材料作为 ＮｉＣｏ２ Ｓ４ 的基底备受研究者 们青睐。 其中，具有大比表面积、高孔隙率且孔结 构可 调、 良 好 化 学 和 热 稳 定 性 的 ＣＡ 被 认 为 是 ＮｉＣｏ２ Ｓ４ 的理想基底材料。

2.6 相图和相图化学(2)

2.6 相图和相图化学(2)


5、易出现过渡相
•固态相变阻力大，直接转变困难，出现协调性中间 产物（过渡相）
母相——较不稳定的过渡相——较稳定的过渡相——稳定相 例如LiIO3的 α→γ→β 相变系列里，γ是过渡相。
下次课内容:

2.8 聚合物的结构特征（了解）
作业：
１、解释下列名词：相，相律，合金，固溶体，
中间相
２、指出下列名词的主要区别：
中间相
Mg和Si相图：在w（Si）为36.6％时形成稳定化合物Mg2Si， 它具有确定的熔点（1087 ℃），熔化前后的成分不变。所以 可把稳定化合物MgSi看作一个独立组元，把Mg－Si相图分 成 Mg2Si和Mg功Mg2Si－Si两个独立二元相图进行分析.
2.6.4 二元相图总论（基本类型）
行。（原子排列和面间距相似的晶向和晶面） 最佳匹配形成共格、半共格界面，降低界面能。
3 、惯习现象 * 新相沿特定的晶向在母相特定晶面上形成。
母相中惯于析出新相的这种特定晶面称为“惯 习面”。 原因：沿应变能最小的方向和界面能最低的界 面发展。

4 、母相晶体缺陷促进相变 缺陷类型：点、线、面 原因：晶格畸变、自由能高，促进形核及相变。

相律与相图 固溶体及其相图 中间相及其相图 二元相图总论
2.6.3 中间相
或称金属间化合物，合金组元间相互作用所形成 的一种晶格类型及性能均不同于任一组元的合金 固相。 由于它们在二元相图上的位置总是位于中间， 故通常把这些相称为中间相。 具有高熔点、高硬度和较大的脆性，是合金中的 强化相。可提高合金的强度、硬度和耐磨性，但降 低塑、韧性。


判断下图所示相图中错误之处
(a)匀晶相图中某一 温度下，只能是确定 成分的液相与确定成 分的固相相平衡。不 可能在某一温度下， 有两种不同成分的液 相（或固相）平衡。

A356铝合金显微组织及断口分析

A356铝合金显微组织及断口分析

目录1 绪论 (1)1.1断口分析的意义 (1)1.2 对显微组织及断口缺陷的理论分析 (1)1.3研究方法和实验设计 (3)1.4预期结果和意义 (3)2 实验过程 (4)2.1 生产工艺 (4)2．1.1 加料 (4)2.1.2 精炼 (4)2.1．3 保温、扒渣和放料 (5)2.1. 4 单线除气和单线过滤 (5)2.1. 5连铸 (6)2.2 实验过程 (6)2.2. 1 试样的选取 (6)2.2.2 金相试样的制取 (8)2.2.3 用显微镜观察 (9)2.3 观察方法 (10)2.3.1显微组织的观察 (10)2.3.2 对断口形貌的观察 (11)3 实验结果及分析 (11)3.1对所取K模试样的观察 (11)3.2 金相试样的观察及分析 (12)3.2.1 对显微组织的观察 (12)3.2.2 断口缺陷 (15)结论 (23)致谢 (24)参考文献 (25)附录 (27)1 绪论1.1断口分析的意义随着现代科技的发展以及现代工业的需求，作为21世纪三大支柱产业的材料科学正朝着高比强度，高强高韧等综合性能等方向发展。

长久以来，铸造铝合金以其价廉、质轻、性能可靠等因素在工业应用中获得了较大的发展。

尤其随着近年来对轨道交通材料轻量化的要求日益迫切[1]，作为铸造铝合金中应用最广的A356铝合金具有铸造流动性好、气密性好、收缩率小和热裂倾向小，经过变质和热处理后，具有良好的力学性能、物理性能、耐腐蚀性能和较好的机械加工性能[2-3]，与钢轮毂相比，铝合金轮毂具有质量轻、安全、舒适、节能等，在汽车和航空工业上得到了日益广泛的应用[4]。

然而，由于其凝固收缩，同时在熔融状态下很容易溶入氢，因此铸造铝合金不可避免地包含一定数量的缺陷，比如空隙、氧化物、孔洞和非金属夹杂物等[5-7]。

这些缺陷对构件的力学性能影响较大，如含1%体积分数的空隙将导致其疲劳50%，疲劳极限降20%[8-9]。

所以研究构件中缺陷的性质、数量、尺寸和分布位置对力学性能的影响具有重要意义[10]。

材料热力学知识点

材料热力学知识点

材料热力学知识点第一章单组元材料热力学名词解释：1 可逆过程2 Gibbs自由能最小判据3 空位激活能4 自发磁化：5 熵：6 热力学第一定律热力学第二定律7 Richard定律填空题1 热力学第二定律指出：一个孤立系统总是由熵低的状态向熵高的状态变化，平衡状态则是具有最大熵的状态。

2 按Boltzmann方程，熵S与微观状态数W的关系式为S=klnW3 热容的定义是系统升高1K时所吸收的热量，它的条件是物质被加热时不发生相变和化学反应4 α-Fe的定压热容包括：振动热容、电子热容和磁性热容。

5 纯Fe的A3的加热相变会导致体积缩小6 Gibbs-Helmholtz方程表达式是7 铁磁性物质的原子磁矩因交换作用而排列成平行状态以降低能量的行为被称为自发磁化论述题1 根据材料热力学原理解释为什么大多数纯金属加热产生固态相变时会产生体积膨胀的效应？2 试根据单元材料的两相平衡原理推导克拉伯龙（Clapeyron）方程。

3 试用G-T图的图解法说明纯铁中的A3点相变是异常相变。

4 试画出磁有序度、磁性转变热容及磁性转变（指铁磁-顺磁转变）自由能与温度的关系曲线。

计算题1已知纯钛α/β的平衡相变温度为882O C，相变焓为4142J?mol-1，试求将β-Ti过冷到800O C 时，β→α的相变驱动力2若某金属形成空位的激活能为58.2KJ?mol-1，试求在700O C 下，该金属的空位浓度。

3纯Bi在0.1MPa压力下的熔点为544K。

增加压力时，其熔点以3.55/10000K?MPa-1的速率下降。

另外已知融化潜热为52.7J?g-1，试求熔点下液、固两相的摩尔体积差。

（Bi的原子量为209g?mol-1.第二章二组元相名词解释：溶体：以原子或分子作为基本单元的粒子混合系统所形成的结构相同，性质均匀的相理想溶体：在宏观上，如果组元原子（分子）混合在一起后，既没有热效应也没有体积效应时所形成的溶体。

Si添加物对Li掺杂的Mg2( Ge,Sn)热电性能的影响

Si添加物对Li掺杂的Mg2( Ge,Sn)热电性能的影响

Si添加物对Li掺杂的Mg2( Ge,Sn)热电性能的影响张勤勇;袁国才;王俊臣;毛俊西;雷晓波【期刊名称】《西华大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2018(037)005【摘要】Mg2(Ge,Sn)固溶体是一种环境友好型的中温(500~800 K)热电材料.目前n型Mg2(Ge,Sn)热电材料的ZT值已经高达1.4,但p型Mg2(Ge,Sn)的ZT值仅为0.5.本文在p型Mg1.92Li0.08Ge0.4Sn0.6中添加了少量Si元素以在材料中形成富Si相,利用其与基体的界面过滤低能载流子、降低热导率.采用两步固相反应、球磨和热压的方法制备Mg1.92Li0.08Ge0.4Sn0.6－xSix(x=0,0.025,0.05,0.075,0.1) 样品,通过测试样品的热电输运参数,分析Si添加物对样品热电输运和性能的影响.结果表明:Si添加物能显著提高基体的功率因子,同时有效降低晶格热导率和电子热导率;最终,Mg1.92Li0.08Ge0.4Sn0.525Si0.075的ZT最大值在723 K达到0.75.【总页数】5页(P1-5)【作者】张勤勇;袁国才;王俊臣;毛俊西;雷晓波【作者单位】流体及动力机械教育部重点实验室(西华大学),四川成都610039;西华大学材料科学与工程学院,四川成都610039;流体及动力机械教育部重点实验室(西华大学),四川成都610039;西华大学材料科学与工程学院,四川成都610039;流体及动力机械教育部重点实验室(西华大学),四川成都610039;西华大学材料科学与工程学院,四川成都610039;流体及动力机械教育部重点实验室(西华大学),四川成都610039;西华大学材料科学与工程学院,四川成都610039;流体及动力机械教育部重点实验室(西华大学),四川成都610039;西华大学材料科学与工程学院,四川成都610039【正文语种】中文【中图分类】TB34【相关文献】1.MgH2反应法制备Mg2(Sn,Si)基热电材料及性能研究 [J], 韩永辉;张永忠;陈少平;孟庆森2.Zn-Sb双掺杂Mg2(Si,Sn)合金的热电性能 [J], 余冠廷;忻佳展;朱铁军;赵新兵3.Mg2Si0.3Sn0.7掺杂Ag和Li的热电性能对比 [J], 袁国才; 陈曦; 黄雨阳; 毛俊西; 禹劲秋; 雷晓波; 张勤勇4.Thermoelectric transport behaviours of n-type Mg2 (Si,Sn,Ge) quaternary solid solutions [J], (O)vgü Ceyda Yelgel;Celal Yelgel5.Mg2(Si,Sn)合金大尺寸试样低温固相反应法制备及其热电性能 [J], 余冠廷;忻佳展;李艾燃;朱铁军;赵新兵因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

Mg_Al_RE系镁合金组织与性能

Mg_Al_RE系镁合金组织与性能

w (A l) 4116 4116 4116 4116 4116 5120 6124 7128 5120 6124 7128
增配成分
w (RE)
w (M n粉 )
0
01907
1115
01907
2130
01907
3145
01907
4160
01907
1115
01907
1115
01907
1115
01907
Abstract: The effec ts of A l and R E (m isch m e ta ls ) con ten ts on m ic rostruc tu res and m echan ica l p rop e rties of A E (M g2A l2R E) se ries a lloys a re stud ied by the p rocesses of casting and ex trusion de2 fo rm a tion. The resu lts show tha t the as2cast m ic rostruc tu res of A E a lloys consist ofα2M g m a trix and in te rm e ta llic com p ounds A l4 R E and M g17 A l12 , d istribu ted in g ra in bounda ries. W ith the inc rease in R E con ten t, the M g17 A l12 p hase d isapp ea rs and the vo lum e f rac tion of A l4 R E inc reases, w h ich fo rm s a con tinuous ne tw o rk in the g ra in bounda ries. P rocess ing of ho t ex trus ion p e rfo rm ed on A E a lloys re2 vea ls tha t they have good defo rm ab ility and bo th the streng th and the duc tility of the a lloys inc rease g rea tly afte r ex trusion. R E res tra ins the dynam ic rec rys ta lliza tion occu rring du ring ex trusion and the inc rease of A l concen tra tion im p roves g rea tly the m echan ica l p rop e rties of the a lloys a t room tem p e r2 a tu re. Key words: w rough t m agnesium a lloy; ra re ea rth; a lum inum ; ex trusion; m ic rostruc tu re; m echan i2

铸铝材料固溶处理

铸铝材料固溶处理

设计型综合实验实验论文年月日固溶处理对铸铝合金性能的影响李星西安工业大学北方信息工程学院摘要：铸造铝硅合金是一种重要的合金材料，具有质量轻、强度高、耐磨耐蚀性好等优点，广泛应用于航空航天及汽车领域，但其组织中常出现的粗大共晶硅组织对合金的力学性能具有严重的不利影响，因此需要对该组织进行变质及固溶处理。

稀土被认为是金属的“维他命”，对铸造铝硅合金具有良好的变质作用。

铝合金通过控制加入Si，Cu的含量，使合金的综合性能都比较好。

含硅和铜的铝合金的强化机制主要是固溶强化和沉淀强化，一般在人工时效状态下使用。

主要探讨了变质及固溶处理对铸造铝合金微观组织的影响，比较了固溶处理前（变质二）和固溶处理后的组织性能变化。

本文以含硅和铜的铝合金为研究对象，以固溶处理为方法，采用组织观察(光学显微镜、扫描电子显微镜、透射电子显微镜)和金相组织分析相结合的方法对含硅铜的铝合金的强化性能进行了研究，主要研究内容和结果如下:(1)研究了固溶处理对合金微观组织的影响。

通过对合金进行金相分析和透射电镜观察发现，热处理后合金中粗大的树枝状的共晶硅形貌发生很大改变，共晶硅熔断并且被球化;强化相在固溶处理过程中溶解。

这些形态的改变带来了包括合金的抗拉强度、硬度和耐磨等性能都得到很大的提高。

当固溶温度为480℃，固溶时间为4.5小时时，第二相固溶基本完成，而且合金中枝状的共晶硅被溶断并且被很好的球化。

关键词铸铝合金固溶处理变质金相组织目录摘要第一章绪论 (4)1.1铝合金分类及性能 (4)1.1.1铸造铝合金 (4)1.1.2变形铝合金 (6)1. 2铸造铝硅合金的变质处理 (6)1.2.1变质剂的发展 (7)1.3铸造铝硅合金的热处理 (8)1.3.1固溶处理 (8)1.3.2时效处理 (8)1.4本课题的研究意义 (9)第二章试验方案 (9)2. 1 Al-Si-Cu合金的制备 (9)2.1.1实验原料和熔炼设备 (9)2.1.2熔炼过程及加入的材料 (10)2.1.3 固溶处理 (12)第三章固溶处理前后合金组织与性能的分析 (13)3.1 Al-Si-Cu合金的金相分析 (13)3.1.1未经固溶处理（即变质二）的Al-Si-Cu合金的金相分析: (13)3.1.2固溶处理之后的金相组织图 (16)第四章结论 (17)参考文献第一章绪论1.1铝合金分类及性能1.1.1铸造铝合金铝在地壳中的含量仅次于氧和硅居于第三位，是地壳中含量最丰富的金属元素，其空间点阵为面心立方结构且没有同素异构转变，在化学元素周期表中为第IIIA主族元素，纯铝的密度较低为2.699g/cm'，其熔点为660.24'C，通常向纯铝中加入如Mg, Si, Zn, Cu等元素能得到性能更优的铝合金。

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第27卷 第8期 无 机 材 料 学 报Vol. 27No. 82012年8月Journal of Inorganic Materials Aug., 2012收稿日期: 2011-08-30; 收到修改稿日期: 2011-10-18基金项目: 国家自然科学基金(50801002); 北京市自然科学基金(2112007); 北京市属高校人才强教计划(PHR20110812) National Natural Science Foundation of China (50801002); Beijing Natural Science Foundation (2112007); FoundingProject for Academic Human Resources Development in Institutions of Higher Learning Under the Jurisdiction of Beijing Municipality (PHR20110812)作者简介: 韩志明(1984−), 男, 硕士研究生. E-mail: 0402hzm@ 通讯作者: 张 忻, 副研究员. E-mail: zhxin@文章编号: 1000-324X(2012)08-0822-05 DOI: 10.3724/SP.J.1077.2012.11550(Mg 2Si 1-x Sb x )0.4-(Mg 2Sn)0.6固溶体合金的制备及热电输运特性韩志明, 张 忻, 路清梅, 张久兴, 张飞鹏(北京工业大学 材料学院, 新型功能材料教育部重点实验室, 北京 100124)摘 要: 以Mg 、Si 、Sn 、Sb 块体为原料, 采用熔炼结合放电等离子烧结(SPS)技术制备了n 型(Mg 2Si 1-x Sb x )0.4-(Mg 2Sn)0.6(0≤x ≤0.0625)系列固溶体合金. 结构及热电输运特性分析结果表明: 当Mg 原料过量8wt%时, 可以弥补熔炼过程中Mg 的挥发损失, 形成单相(Mg 2Si 1-x Sb x )0.4-(Mg 2Sn)0.6固溶体. 烧结样品的晶胞随Sb 掺杂量的增加而增大; 电阻率随Sb 掺杂量的增加先减小后增大, 当样品中Sb 掺杂量x ≤0.025时, 样品电阻率呈现出半导体输运特性, Sb 掺杂量x >0.025时, 样品电阻率呈现为金属输运特性. Seebeck 系数的绝对值随Sb 掺杂量的增加先减小后增大; 热导率κ在Sb 掺杂量x ≤0.025时比未掺杂Sb 样品的热导率低, 在Sb 掺杂量x >0.025时高于未掺杂样品的热导率, 但所有样品的晶格热导率明显低于未掺杂样品的晶格热导率. 实验结果表明Sb 的掺杂有利于降低晶格热导率和电阻率, 提高中温区Seebeck 系数绝对值; 其中(Mg 2Si 0.95Sb 0.05)0.4-(Mg 2Sn)0.6合金具有最大ZT 值, 并在723 K 附近取得最大值约为1.22.关 键 词: Mg 2Si 基热电材料; Sb 掺杂; 热电性能; 放电等离子烧结 中图分类号: TK9 文献标识码: APreparation and Thermoelectric Properties of (Mg 2Si 1-x Sb x )0.4-(Mg 2Sn)0.6 AlloysHAN Zhi-Ming, ZHANG Xin, LU Qing-Mei, ZHANG Jiu-Xing, ZHANG Fei-Peng(College of Materials Science and Engineering, Beijing University of Technology, The key Laboratory of Advanced FunctionalMaterials, Ministry of Education, Beijing 100124, China)Abstract: n-type (Mg 2Si 1-x Sb x )0.4-(Mg 2Sn)0.6 (0≤x ≤0.0625) alloys were prepared by an induction melting andspark plasma sintering method using bulks of Mn, Si, Sn, Sb as raw materials. The analyzing results of the structure and thermoelectric properties show that the single-phase (Mg 2Si 1-x Sb x )0.4-(Mg 2Sn)0.6 alloys can be obtained at 8wt% excess of Mg addition. The lattice constant increases linearly with the amount of Sb, the electrical resistivity ρ firstly increases and then decreases. The electrical resistivity ρ of samples (x ≤0.025) shows semi-conductor be-havior, while that of the samples (x >0.025) shows the metallic behavior. The Seebeck coefficient α firstly increases and then decreases with the increase of x value. Compared with the non-doped sample, the thermal conductivity κ for samples (x ≤0.025) decreases and that of the other samples (x >0.025) increases. The ZT value for (Mg 2Si 0.95Sb 0.05)0.4-(Mg 2Sn)0.6 sample reaches its highest value of 1.22 at 773 K, which is much higher than that of the non-doped sample.Key words: Mg 2Si base thermoelectric materials; Sb doping; thermoelectric properties; spark plasma sintering第8期韩志明, 等: (Mg2Si0.4-x Sb x)0.4-(Mg2Sn)0.6固溶体合金的制备及热电输运特性 823热电材料是利用Seebeck效应和Peltie效应将热能和电能直接进行相互转换的功能材料. (Mg2Si)1-x-(Mg2Sn)x(x=0.4~0.6)固溶体合金热电材料[1]与目前中温区域主要使用的PbTe[2]和CoSb3[3]系中温热电材料相比, 具有原料资源丰富、价格低廉、且无毒无污染等优点, 有广阔的应用前景. 2006年, Isoda等[4]利用熔炼结合热压工艺制备的Sb掺杂Mg2Si0.5Sn0.5在620K时ZT值达到1.2; 2008年, Zhang等[5]利用熔炼结合热压工艺制备的Sb掺杂Mg2Si0.4Sn0.6在773K时ZT值达到1.1, 由此可以看出Sb掺杂可以有效提高(Mg2Si)1-x-(Mg2Sn)x固溶体合金的热电性能.在前期研究工作中, 利用熔炼结合放电等离子烧结(Spark Plasma Sintering, SPS)技术成功合成了单相(Mg2Si)1-x-(Mg2Sn)x(x=0.4~0.6)固溶体, 并在x=0.6时获得最低的热导率和最高的ZT值[6], 但是(Mg2Si)1-x-(Mg2Sn)x合金的热电性能仍较低, 本研究拟采用熔炼结合SPS技术制备Sb掺杂(Mg2Si1-x Sb x)0.4-(Mg2Sn)0.6 (0≤x≤0.0625)系列固溶体合金, 并系统研究Sb掺杂对(Mg2Si1-x Sb x)0.4- (Mg2Sn)0.6固溶体合金热电输运特性的影响.1实验以Mg块(纯度99.95%)、Si块(纯度99.999%)、Sn块(纯度99.95%)、Sb块(纯度99.9%)为原料按照化学式(Mg2Si1-x Sb x)0.4-(Mg2Sn)0.6(0≤x≤0.0625)配比称重, 其中Mg过量8wt%以补偿在熔炼过程中的挥发损失. 将配制好的原料在高纯Ar气氛中反复感应熔炼三次, 再将熔炼后的铸锭破碎球磨, 球磨后的粉末用φ 150 μm筛过筛, 将筛后粉末装入石墨磨具(φ20 mm×40 mm)中, 利用SPS在650~750℃范围内烧结成块体, 烧结压力为30~80 MPa, 保温5~15 min, 升温速度为60~80 ℃/min. 利用X射线衍射仪(DMAX-ⅢB, Cu Kα radiation, λ=0.15406 nm)测试物相组成, 通过X射线荧光光谱(XRF)分析试样中元素含量. 室温下的霍尔系数H采用物性综合测试系统Accent HL5500 Hall System测定, 测试过程中样品温度采用液氮和样品腔内微加热器共同控制, 外加磁场强度为0.5 T. 电导率σ用标准四端子法(日本ULV AC ZEM-2)在氦气氛下测定. 在5~ 10 K的温差ΔT下, 测定试样的温差热电动势ΔE, 塞贝克系数α根据ΔE-ΔT作图得到的斜率确定. 试样的比热容C P和扩散系数λ用激光微扰法(日本ULV AC TC-7000)在真空下测定, 热导率κ根据实测的比热容C P, 扩散系数λ及密度d, 利用公式κ＝C Pλd计算得到.2实验结果与讨论2.1物相组成及微结构图1给出了经熔炼、球磨、SPS烧结后(Mg2Si1-x Sb x)0.4-(Mg2Sn)0.6(0.0125≤x≤0.0625)块体试样的XRD图谱. 从图1可以看出, 各试样均为单相, 而且各试样的每个衍射峰峰位与Mg2Si和Mg2Sn相应衍射峰峰位(PDF: 35-0773, 07-0274)相比, 各衍射峰均处于Mg2Si与Mg2Sn的衍射峰之间,这说明在试样内部形成了(Mg2Si1-x Sb x)0.4-(Mg2Sn)0.6固溶体. 从图1还可以看出, 随着试样中Sb掺杂量的增加, 各衍射峰峰位依次向左偏移; 从晶胞参数测试结果表1中也可以看出, 随着Sb掺杂量的增加,固溶体合金的晶格常数呈增大趋势, 这是由于Sb3-和Si4-的离子半径差(Sb3-离子半径为0.062 nm[7],Si4-离子半径为0.040 nm)产生的结果. 这间接证明Sb在合金固溶体中主要处于Si原子取代位置. 为了进一步确定样品中各元素含量, 对样品进行了XRF分析, 从表2分析结果可以看出, 每个试样中各元素的含量基本符合设定的化学计量比.图1 SPS烧结样品的XRD图谱Fig. 1 XRD patterns for the samples sintered by SPS(a) x=0.0125; (b)x=0.0250; (c) x=0.0500; (d) x=0.0625表1 SPS烧结后块体试样的晶胞参数Table 1 Lattice constant for the samples sintered by SPSSb content: x Lattice constant/nm0 0.6592850.0125 0.6592200.0250 0.6593790.0500 0.6596550.0625 0.659797824无 机 材 料 学 报 第27卷表2 SPS 烧结后块体试样(Mg 2Si 1-x Sb x )0.4-(Mg 2Sn)0.6(0≤x ≤0.0625)的XRF 分析结果Table 2 XRF results for (Mg 2Si 1-x Sb x )0.4-(Mg 2Sn)0.6(0≤x ≤0.0625) samples sintered by SPS Sb content: x/wt% /wt% /wt% /wt%0 35.2 8.19 56.6 0 0.0125 33.7 8.22 56.8 1.28 0.0250 33.3 8.02 56.7 1.96 0.0500 33.9 7.60 54.6 3.90 0.0625 33.3 7.60 55.1 4.102.2热电性能图2给出了(Mg 2Si 1-x Sb x )0.4-(Mg 2Sn)0.6 (0≤x ≤0.0625)固溶体合金的电阻率ρ与温度T 及Sb 掺杂量x 的关系曲线, 从图中可以看出, (M g 2S i 1-x S b x )0.4- (Mg 2Sn)0.6(0.0125≤x ≤0.0625)样品的电阻率均低于(Mg 2Si)0.4-(Mg 2Sn)0.6样品的电阻率. 这是因为对于非本征半导体, 其电阻率可以表示为ρ=1/σ=1/(pq μ)[8], 式中P 为载流子浓度, q 为载流子电量, μ为载流子迁移率. (Mg 2Si 1-x Sb x )0.4-(Mg 2Sn)0.6 (0≤x ≤0.0625)室温电输运性能参数在表3中给出, 掺杂Sb 使样品的载流子浓度迅速增大, 当x =0.05时达到最高值, 当x =0.0625时载流子浓度下降. 这是由于在合金中Sb 原子比Si 原子最外层多一个电子, 所以掺杂适量的Sb 后, 样品的载流子浓度提高, 而当Sb 掺杂量继续增大时, 在样品内部有可能会反应生成Mg 3Sb 2, 其电传输特性呈现为p 型传导[9], 而(Mg 2Si 1-x Sb x )0.4- (Mg 2Sn)0.6固溶体合金的电输运特性呈n 型传导, 所以掺杂过量Sb 导致固溶体合金的载流子浓度降低. 因此, Sb 的掺杂虽然提高了晶格对载流子的散射图 2 (Mg 2Si 1-x Sb x )0.4-(Mg 2Sn)0.6(0≤x ≤0.0625)合金电阻率随温度的变化Fig. 2 Temperature dependence of electrical resistivity for (Mg 2Si 1-x Sb x )0.4-(Mg 2Sn)0.6 (0≤x ≤0.0625) alloys表3 室温下(Mg 2Si 1-x Sb x )0.4-(Mg 2Sn)0.6 (0≤x ≤0.0625)的电输运性能Table 3 Electrical properties for (Mg 2Si 1-x Sb x )0.4-(Mg 2Sn)0.6(0≤x ≤0.0625) alloys at room temperatureSb con-tent: xHall coefficient R H /(cm 3·C -1) centration /cm 3 Mobility /(cm 2·V -1·s -1)0 −4.03×10 −5×10 45.3 0.0125−4.46×10-4 −7.010×1018 19.2 0.0250−9.83×10-5 −4.310×1019 16.0 0.0500−7.41×10-6 −5.932×1020 14.8 0.0625−1.14×10-4−2.849×101971.8作用, 使载流子迁移率下降, 但由于样品内载流子浓度大幅提高, 从而使电阻率显著下降. 从图中还可以看出, 当Sb 含量为0≤x ≤0.025时, 样品的电阻率随温度的升高而降低, 表现为半导体输运特性; 当Sb 含量为0.025<x ≤0.0625时, 样品的电阻率随温度的升高而升高, 表现为金属输运特性.图3给出了(Mg 2Si 1-x Sb x )0.4-(Mg 2Sn)0.6固溶体合金的Seebeck 系数α与温度T 及Sb 含量x 的关系曲线, 从图中可以看出, 烧结样品的Seebeck 系数在测试温度范围内均为负值, 表明(Mg 2Si 1-x Sb x )0.4- (Mg 2Sn)0.6固溶体合金呈n 型传导. 从图3还可以看出, 随着Sb 掺杂量的增加, 样品Seebeck 系数的绝对值先减小后增大, 这与载流子浓度(表3)变化相吻合. 由于半导体材料的Seebeck 系数由载流子浓度和散射因子共同决定, 即α≈γ−ln n c [11], 其中γ为散射因子, n c 为载流子浓度, 掺杂Sb 元素虽然提高了样品的载流子浓度, 同时也引入晶格畸变, 使得晶体缺陷、离化杂质和离子散射等增大, 因此掺杂Sb 增图3 (Mg 2Si 1-x Sb x )0.4-(Mg 2Sn)0.6(0≤x ≤0.0625)合金Seebeck 系数随温度的变化Fig. 3 Temperature dependence of the Seebeck coefficient for (Mg 2Si 1-x Sb x )0.4-(Mg 2Sn)0.6 (0≤x ≤0.0625) alloys第8期韩志明, 等: (Mg2Si0.4-x Sb x)0.4-(Mg2Sn)0.6固溶体合金的制备及热电输运特性 825大了散射因子γ, 又有利于提高Seebeck系数. 掺杂Sb样品的Seebeck系数绝对值的极值均向高温端偏移, 因此掺杂Sb有利于(Mg2Si1-x Sb x)0.4-(Mg2Sn)0.6固溶体合金中温区Seebeck系数绝对值的提高.为了讨论Sb掺杂量对声子散射及晶格热导率的影响, 采用Wiedemann-Fanz定律, 即κe＝LσT(L 为洛沦兹常数, σ为电导率, T为绝对温度)估算了样品的载流子热导率, 式中洛沦兹常数L根据文献[12]取2×10-8 V2/K2. (Mg2Si1-x Sb x)0.4-(Mg2Sn)0.6固溶体合金样品的晶格热导率κL利用实测的热导率κ减去载流子热导率κe得到. 图4和图5分别给出了样品的热导率及晶格热导率与Sb掺杂量及温度的关系. 从图4中可以看出, 当Sb掺杂量0<x≤0.025时, 掺杂Sb样品的热导率明显低于未掺杂样品的热导率; 当Sb掺杂量0.025<x≤0.0625时, 掺杂样品的热导率高于未掺杂样品的热导率. 从图5中可以看出, 除了Sb掺杂量x=0.0625样品, 其余各样品的晶格热导率均低于未掺杂样品的. 如在375~800 K温度范围内, 未掺杂样品的热导率κ在1.91~2.56 W/(m·K)之间变化, 晶格热导率κL在1.89~2.36 W/(m·K)之间变化, 载流子热导率κe在0.01~0.20 W/(m·K)之间变化; Sb掺杂量x=0.05热导率在2.34~2.61 W/(m·K)之间变化, 而其晶格热导率κL在0.84~1.07 W/(m·K)之间变化, 载流子热导率κe在1.49~1.63 W/(m·K)之间变化. 这是由于Sb的掺杂, 既提高载流子浓度, 也提高载流子热导率κe; 又引入晶格畸变, 增强了对声子的散射作用, 从而降低了晶格热导率.由上述热电性能实测数据,根据公式ZT=(α2/ρκ)T计算得到(Mg2Si1-x Sb x)0.4-(Mg2Sn)0.6合金的无量纲热电优值Z T.如图6所示, (Mg2Si1-x Sb x)0.4-(Mg2Sn)0.6系列合金中掺杂Sb样品图 4 (Mg2Si1-x Sb x)0.4-(Mg2Sn)0.6(0≤x≤0.0625)合金热导率随温度的变化Fig. 4 Temperature dependence of thermal conductivity for (Mg2Si1-x Sb x)0.4-(Mg2Sn)0.6 (0≤x≤0.0625) alloys 图 5 (Mg2Si1-x Sb x)0.4-(Mg2Sn)0.6(0≤x≤0.0625)合金晶格热导率随温度的变化Fig. 5 Temperature dependence of lattice thermal conductiv-ity for (Mg2Si1-x Sb x)0.4-(Mg2Sn)0.6(0≤x≤0.0625) alloys图6 (Mg2Si1-x Sb x)0.4-(Mg2Sn)0.6(0≤x≤0.0625)合金ZT值随温度的变化Fig. 6 Temperature dependence of the figure of merit ZT for (Mg2Si1-x Sb x)0.4-(Mg2Sn)0.6(0≤x≤0.0625) alloys的ZT值均明显高于未掺杂样品的ZT值; 当Sb掺杂量x=0.0500时, (Mg2Si0.95Sb0.05)0.4-(Mg2Sn)0.6具有最大的ZT值, 并在773K附近取得最大值约为1.22.3结论采用熔炼结合SPS技术成功制备了(Mg2Si1-x Sb x)0.4-(Mg2Sn)0.6 (0≤x≤0.0625)系列固溶体合金, 系统研究了Sb掺杂对固溶体合金热电输运特性的影响. 实验结果表明: (Mg2Si1-x Sb x)0.4- (Mg2Sn)0.6 (0≤x≤0.0625)系列合金呈n型电输运特性. 热电性能与掺杂元素Sb的含量密切相关, 当Sb 掺杂量x≤0.025时, 样品的电输运呈现出半导体特性; 当Sb掺杂量x>0.025时, 样品电输运呈现金属826 无机材料学报第27卷特性; Seebeck系数的绝对值随着Sb掺杂量的增加先减小后增大, 且Sb的掺杂可以显著降低样品的晶格热导率. 在(Mg2Si1-x Sb x)0.4-(Mg2Sn)0.6系列合金中, 当Sb掺杂量x=0.05时, (Mg2Si0.95Sb0.05)0.4- (Mg2Sn)0.6具有最大的ZT值, 并在773K附近取得最大值约为1.22.参考文献:[1] Fedorov M I, Zaitsev V K, Isachenko G N. 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