一种添加烧结助剂B2O3的复合陶瓷热电材料的制备方法与流程

本发明属于清洁能源领域，具体涉及一种添加烧结助剂b2o3的p型bi2sr2co2oy基复合陶瓷热电材料及其制备方法。

背景技术：

1、随着经济工商业时代的快速发展，能源成为了推动整个世界发展和经济增长的基本驱动力，然而随着社会人口与经济的不断增加发展，能源的消耗与环境污染问题引发了人们的密切关注。面对能源短缺的难题和日益严峻的环境污染情况，人们开始将目光转向可持续发展的新型清洁能源技术上。热电材料可以通过材料自身的热电效应实现热能与电能之间的相互转换，既可运用于废热发电领域也能够实现热电制冷，具有轻简无噪音，清洁寿命长的特点。与传统金属热电材料相比，氧化物热电材料不仅合成简单、制备廉价、无毒无污染，而且在高温热稳定性与抗氧化性方面都有很大的优势。氧化物热电材料种类繁多，进一步可划分为n型氧化物热电材料与p型氧化物热电材料。

2、热电材料的热电转换效率由热电优值(zt)决定。zt＝σs2t/κ是一个无量纲参数，取决于材料的电导率σ、赛贝克系数s和热导率κ。所以一种好的热电材料需要同时具备高的电导率和赛贝克系数以及较低的热导率。bi2sr2co2oy(bsco)是一种优秀的层状co基氧化物陶瓷热电材料，coo2层和bi2sr2o4层交替堆叠，这种层状结构有利于声子在层间的散射，导致其本身的晶格热导率较低。虽然bi2sr2co2oy在高温区表现出较好的热电性能，但相比金属基热电材料的热电优值要偏低，存在较大的提升空间。众所周知，在热电材料中引入纳米第二相是提高热电材料性能的一种有效方法；即将作为纳米第二相的材料加入热电材料的基体中进行复合，纳米第二相材料在基体中的弥散效果将会对热电材料中的声子造成显著的散射，大幅度的降低热导率，优化热电性能。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是：如何提高热电材料的热电性能，提供一种添加烧结助剂b2o3的复合陶瓷热电材料的制备方法。

2、本发明的技术方案具体为：

3、一种添加烧结助剂b2o3的复合陶瓷热电材料的制备方法，包括如下步骤：

4、(1)按照bi2sr2co2oy化学计量比计算所需原料，其中8≤y≤9，把原料bi2o3、srco3、co3o4按照计量比进行称量，称量后的bi2o3、srco3和co3o4的有效成分均达到99.0％，然后进行混合研磨或球磨，混合均匀后的粉末送入管式炉或箱式炉中进行煅烧；

5、(2)将研磨混合后的原料粉末进行煅烧，煅烧温度为760～820℃，保温时间为15-20h，待煅烧终止自然冷却后取出；

6、(3)取出煅烧后的粉末按照质量比例，掺入合适比例的b2o3粉末，b2o3作为烧结助剂，再次研磨或球磨均匀，然后进行冷压成型，冷压后的物料送入管式炉或箱式炉中再次840～900℃进行烧结，保温时间15～20h，待烧结时间结束降温到室温时取出陶瓷样品。

7、包括以下步骤：还包括步骤(4)，将成型的陶瓷进行敲碎再次研磨，并将研磨后的粉末放入压片机中重新压制成条状和圆片状再次在840～900℃的温度下进行烧结15～20h，等待自然降温后即可获得bi2sr2co2oy+v wt％b2o3系列复合陶瓷热电材料，所述b2o3粉用量为0<v<0.5。

8、冷压成型后，将物料压制成规则形状的长条形样品与圆片形样品。

9、本发明的有益效果为：本发明公开了一种添加烧结助剂b2o3的bi2sr2co2oy基复合陶瓷热电材料，添加的b2o3由于熔点较低，不仅可以起到液相烧结助剂的作用，并且还起到第二相弥散作用；最终优化了其微观结构，提高了其高温热电性能。具体来说，

10、1、本发明是将少量b2o3粉末均匀混入原料进行弥散，在高温固相反应过程中起液相烧结作用，它是通过提高材料的载流子迁移率优化其电输运性能。

11、2、随着b2o3含量的增加，复合陶瓷中异质界面增加，声子散射增强，抑制了材料的热导率，优化了材料的热输运性能。

12、3、添加烧结助剂b2o3可以同时优化bi2sr2co2oy的电输运性能和热输运性能，从而提高复合陶瓷的热电性能。

技术特征：

1.一种添加烧结助剂b2o3的复合陶瓷热电材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种添加烧结助剂b2o3的复合陶瓷热电材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：还包括步骤(4)，将成型的陶瓷进行敲碎再次研磨，并将研磨后的粉末放入压片机中重新压制成条状和圆片状再次在840～900℃的温度下进行烧结15～20h，等待自然降温后即可获得bi2sr2co2oy+v wt％b2o3系列复合陶瓷热电材料，所述b2o3粉用量为0<v<0.5。

3.根据权利要求1所述的一种添加烧结助剂b2o3的复合陶瓷热电材料的制备方法，其特征在于：冷压成型后，将物料压制成规则形状的长条形样品与圆片形样品。

技术总结
本发明提供了一种添加烧结助剂B<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;的P型Bi<subgt;2</subgt;Sr<subgt;2</subgt;Co<subgt;2</subgt;O<subgt;y</subgt;基复合陶瓷热电材料及其制备方法，属于清洁能源领域。本方法将适量B<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;作为烧结助剂加入Bi<subgt;2</subgt;Sr<subgt;2</subgt;Co<subgt;2</subgt;O<subgt;y</subgt;材料中，从而可以达到优化其热电性能的效果。B<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;复合Bi<subgt;2</subgt;Sr<subgt;2</subgt;Co<subgt;2</subgt;O<subgt;y</subgt;可以起液相烧结作用增加其载流子迁移率，提高电导率；并且B<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;复合还可以起第二相弥散作用增强声子散射，抑制热导率；最终提高复合陶瓷热电材料的热电优值ZT。

技术研发人员：田增国,朱旭光,宋红章,张宏帅
受保护的技术使用者：洛阳德晶智能科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15