【摘 要】
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硅锗合金是一种在高温环境下能够显现出优秀热电性能的被认为有前途的热电半导体材料。现阶段硅锗合金热电半导体材料的制备方法主要有区熔法和粉末冶金法两种方法,区熔法在冷却结晶过程中硅锗容易析出影响制备合金的均匀性。粉末冶金法制备工艺复杂,制备时间长,并且可重复性较差。针对以上问题,本文研究使用电磁感应熔融的方法制备硅锗合金。本文对电磁感应熔融制备硅锗合金的加热熔融保温时间和冷却结晶方式进行了探究。通过对
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硅锗合金是一种在高温环境下能够显现出优秀热电性能的被认为有前途的热电半导体材料。现阶段硅锗合金热电半导体材料的制备方法主要有区熔法和粉末冶金法两种方法,区熔法在冷却结晶过程中硅锗容易析出影响制备合金的均匀性。粉末冶金法制备工艺复杂,制备时间长,并且可重复性较差。针对以上问题,本文研究使用电磁感应熔融的方法制备硅锗合金。本文对电磁感应熔融制备硅锗合金的加热熔融保温时间和冷却结晶方式进行了探究。通过对不同保温时间不同冷却结晶方式制备的硅锗合金样品进行XRD检测、SEM检测、EDS分析和EPMA分析探究各组硅锗合金样品的物相、微观形貌和元素组成分布,探究保温时间和冷却结晶方式对于硅锗合金化效果的影响,以此得到电磁感应熔融制备硅锗合金的条件。在该条件下用电磁感应熔融制备掺杂B的P型硅锗合金热电半导体并对其Seebeck系数、电导率和热导率进行检测,分析其热电性能。本文的主要研究工作:（1）电磁感应熔融保温60min以上能够使得硅锗完全互熔形成合金化;电磁感应熔融保温120min能使得锗的析出情况得到改善,合金样品内部不再有锗析出产生的富锗区存在,并且硅锗元素的分布也更加均匀,制备的硅锗合金样品均匀性得到提升;（2）使用二次冷却结晶的方法能够提升电磁感应熔融制备的硅锗合金样品的结晶度,对提升硅锗合金样品的拉升性能和耐热性能具有积极意义;（3）在800℃环境下电磁感应熔融制备掺杂B含量为1.5at%的P型硅锗合金热电半导体被检测出的Seebeck系数为238.6μV/K,电导率为23640.7S/m,热导率为3.4W/m K,热电优值ZT达到0.43,是电磁感应熔融制备的P型硅锗合金热电半导体中的最大值。电磁感应熔融制备硅锗合金能够通过电磁搅拌技术提升硅锗合金质量,同时制备工艺简单,制备时间短,相较于粉末冶金法该方法总耗时仅为其制备时长的五分之一,更适合硅锗合金的工业大规模生产。该方法为硅锗合金热电半导体材料的制备提供一种新思路。
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