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激光烧结制备β-FeSi_2热电材料的工艺研究

作　者: 姜丹丹
导　师: 郑启光
学　校: 华中科技大学
专　业: 光学工程
关键词: β-FeSi2 激光烧结快速凝固有限元热电材料
分类号: O482.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 8次
引　用: 1次
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内容摘要

随着世界科技和经济的发展,全球性的环境恶化和能源危机正威胁着人类的长期稳定的生活,因此环境及能源问题成为科学研究中的一个热点问题。热电材料是一种可实现热能和电能之间直接相互转换的材料。β-FeSi2在200℃-900℃范围内具有良好的高温热电转换功能,它是一种性能极优的热电材料,不仅具有高的抗氧化性,在大气中无需保护,不易中毒,且对环境毫无污染。本论文依据激光烧结具有加热速度快,冷却速度高的快速凝固的特性,采用激光烧结法制备β-FeSi2,讨论不同实验参数对制备过程中β相转化的影响。(1)选择99.99%的Fe粉和Si粉为原料,根据FeSi2中Fe与Si的原子计量比配制混合粉末,经过球磨压片后进行预烧结。实验研究了预烧结中烧结时间和烧结温度不同对FeSi2合金中相变化的影响。(2)利用激光能使材料快速凝固的特点,选择高功率横流CO2激光器进行激光烧结。烧结后的材料内部达到高的形核率,晶粒组织细化,因此能大大缩短退火时间,并且有效地解决了传统制备方法中晶粒易粗大的问题,有利于提高FeSi2的热电性能。实验研究了激光烧结中烧结功率和烧结时间不同对FeSi2合金中相变化的影响。利用ANSYS有限元分析软件理论模拟烧结过程中材料温度场的变化,这对于实验有着指导帮助作用。(3)研究材料在退火过程中不同的退火时间对β相转化的影响,选择合适的参数对于最终得到优的热电性能的FeSi2至关重要。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
1 绪论  8-15
  1.1 热电学简介  8-9
  1.2 热电材料研究的历史及研究现状  9-10
  1.3 热电材料分类及应用  10-11
  1.4 β-FeSi_2 热电材料简介  11-12
  1.5 β-FeSi_2 的国内外研究现状  12-15
2 实验方法  15-27
  2.1 硅铁化合物的相变化研究  15
  2.2 实验设备  15-18
  2.3 激光制备β-FeSi_2 的实验步骤  18-26
  2.4 材料的分析测试  26-27
3 ANSYS 有限元法模拟激光烧结β-FeSi_2 温度场分析  27-41
  3.1 有限元法介绍  27-28
  3.2 有限元软件ANSYS 介绍  28
  3.3 激光烧结制备β-FeSi_2 温度有限元分析  28-33
  3.4 烧结温度场的模拟仿真  33-37
  3.5 烧结温度场的模拟结果分析  37-40
  3.6 小结  40-41
4 烧结热处理实验  41-51
  4.1 真空炉预烧结制备FeSi_2 合金  41-44
  4.2 激光快速凝固FeSi_2 合金  44-48
  4.3 退火热处理参数分析  48-50
  4.4 实验总结  50-51
5 总结与展望  51-53
致谢  53-54
参考文献  54-57

激光烧结制备β-FeSi_2热电材料的工艺研究

内容摘要

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