碲基窄带系合金非晶形成能力研究

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相比于常规金属材料的物理、化学性能,非晶合金因其特殊结构特征展现出了独特的优异性能。因此自出现以来,就引起无数材料科学家浓厚的兴趣。非晶固体的形成本质是使物质在凝聚过程中不转变成晶体,如果冷却速率足够高,完全可以将液态金属冻结并维持成为无定型态,这一过程即发生了玻璃化转变。碲基半导体材料因其优异的热电性能为人们所熟知,但是通过非晶化的手段获得碲基窄带系非晶合金,大幅度的降低其热导率,从而显著提升热电性能,近年来却鲜有相关报道。本文借鉴并扩展多组元合金体系中形成大块金属玻璃的基本规律,提出从热力学角度出发选择适当合金组成、动力学上构建共晶或类共晶体系,利用熔体甩带技术制备多组元碲基窄带隙非晶材料。基于Ge-Te,Bi-Te,Sb-Te等二元体系,以及利用Bi2Te3、Sb2Te3、In2Te3、Ga2Te3与Cu2Te、Ag2Te、PbTe、CdTe、SnTe、ZnTe等两类具有低熔化熵的碲化物构成类二元共晶体系,进行真空熔炼,快速急冷,制备条带,通过XRD观察样品非晶化程度及含量,最终确定了几组具有玻璃形成能力的体系。实验证明单一的碲基窄带系二元化合物很难转变为非晶态,但快速急冷在细化晶粒,抑制晶体形核、长大方面具有积极作用。PbTe-Cu2Te、SnTe-Cu2Te、PbTe-In2Te3等体系在各自体系不同组分点处,甩带后特征峰的峰强均有所减弱,这些组分点是符合金属合金中最佳玻璃形成区是在靠近共晶点左右,具有指导意义。SnTe-In2Te3体系甩带后,组分点为35/65处趋近于非晶态,DSC测试结果也能间接、定性的说明。同时深入的探讨了这一体系甩带最佳工艺。SnTe-Ga2Te3体系制备出了完全非晶态样品,为下一步进行热电性能的测试及改性奠定了良好的基础。
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