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热电材料能实现电能和热能之间的直接转换,被广泛应用于热电制冷和发电。Bi2Te3基热电材料具有较高的电性能和较低的热导率,是室温附近热电性能最好的热电材料。工业生产中应用的Bi2Te3基材料是区熔法制备的取向多晶材料,机械性能差,易解理,生产成本较高。本文采用了快速凝固和热锻两种工艺制备高性能的N型多晶Bi2Te3基热电材料。除了细化晶粒,快速凝固还可以通过抑制包晶反应的进行来使Bi2Te3熔体在冷却过程中避免产生BiTe和BiTe等非连续固溶相,从而可以使材料保持物相的均一性。本文首先将熔炼得到的铸锭粉碎后热压烧结制备了Bi2Te2.4Se0.6多晶块体材料。相对利用炉冷铸锭制备的样品,利用液氮快淬铸锭制备的样品的热导率大为降低,其品格热导率在测试温度范围内保持在0.42～0.51 Wm-1K-1之间,最大ZT值为0.87,较利用炉冷铸锭制备的样品提高了26%。然后采用液氮快淬和甩带两种快速凝固工艺结合热压烧结的方法制备了Bi2Te3-xSex(x=0-1.05)合金,热电性能测试结果发现热导率对由组分变化引起的合金散射更敏感。断面照片显示样品的颗粒尺寸小于3μm,利用液氮快淬结合热压烧结制备的Bi2Te2.1Se0.9合金和甩带结合热压烧结制备的Bi2Te2.25Seo.75合金的热电优值均达到了0.95。Bi2Te3基热电材料的热电性能既受晶粒大小的影响,也受微观晶粒取向程度即织构强弱的影响。本文分别了制备了直径为12.7 mm、厚度为1-2 mm的热压和热锻块体样品,分析了其微观结构和热电性能的变化关系。XRD图谱显示热锻样品的(001)面较热压样品峰强显著增强,二次热锻样品的取向因子高达0.52,而热压样品和一次热锻样品的取向因子分别为0.18和0.31。断面FESEM照片显示热二次锻样品的颗粒取向后成明显的层状排列,这与XRD结果一致。变形过程中产生的空位和反位缺陷之间的缺陷反应使载流子浓度显著增加,载流子迁移率也有所增加,使得热锻样品的电导率大幅度提高。为了研究热锻样品热电性能的各向异性,利用放电等离子体烧结工艺热锻制备了Φ30×10 mm3的大块样品。XRD图谱显示从径向平面得到的(001)峰的强度远高于轴向平面,结合断面照片可知材料热锻后形成了局部的择优取向,这将对材料热电性能的各向异性产生重要影响。热电性能测试结果发现径向的最大ZT值达到了0.90,不但远高于轴向测得的数据,也优于文献报道的区熔材料的热电性能。此外,本文还利用在实验制备的Φ30×10 mm3的大块样品代替区熔材料制备了单级制冷器件。