热电转换技术是利用半导体材料的Seebeck效应和Peltier效应进行能量直接转换的技术，热电器件作为一种能实现热能和电能直接转换的装置，因其具有可靠性高、无传动元件、对环境无污染、寿命长等优点，在工业废热余热、地热、太阳能等的利用及空间电源方面具有广阔的应用前景。近年来填充或掺杂的CoSb3基Skutterudite化合物因其特殊的电子结构被认为是最有前途的中温发电材料之一，然而锑化钴基热电器件制备受限于高温端的连接技术而进展缓慢。本论文通过选取合适的电极材料与中间层材料，成功的实现了CoSb3热电材料与电极的良好连接，利用有限元对CoSb3/Ti/Mo-Cu界面处残余热应力进行了分析研究；采用加速实验的方法对CoSb3/Ti/Mo-Cu样品在高温下的可靠性进行了系统的评价，通过计算CoSb3/Ti界面处金属间化合物(IMC)的生长速度预测了热电接头的使用寿命；采用四点探针方法对CoSb3/Ti/Mo-Cu样品的界面电阻进行了测量，利用多层模型对CoSb3/Ti/Mo-Cu样品界面热阻进行了评估，并就界面电阻和界面热阻对CoSb3基热电器件输出响应的影响进行了评价；对CoSb3热电材料在窄气中的氧化行为及氧化对热电性能的影响进行了系统研究。主要的研究内容如下：　　 通过调节Mo-Cu合金中Cu的含量调节Mo-Cu合金的热膨胀系数，使得Mo50Cu50取得了与CoSb3热电材料相匹配的热膨胀系数，采用Ti粉作为中间层利用一步SPS的方法成功的将CoSb3材料与Mo-Cu电极连接。有限元计算表明最大残余热应力为8.5MPa，主要集中在CoSb3/电极的界面区域。SPS后CoSb3/Ti界面区域形成了TiSb相，在500℃进行了500小时的热持久后，TiSb相厚度略有增加。　　 采用加速时效实验的方法对CoSb3/Ti/Mo50Cu50样品进行了可靠性评价。随着时效时间的延长，CoSb3/Ti界面处IMC层厚度逐渐增加，并且在在20天后开始出现三层IMC结构，形成了CoSb3/TiCoSb/TiSb2/TiSb/Ti的界面结构。IMC的生长遵循抛物线规律，意味着IMC层的生长主要由扩散机制控制。根据加速时效实验下IMC生长速度和计算的激活能，推算出在500℃下CoSb3/Ti/Mo50Cu50接头样品的理论寿命为10年。在加速实验的最初120小时剪切强度明显降低，然后随着时效时间的延长，剪切强度缓慢下降，时效温度越低的样品其剪切强度越高。断口观察可以看出，未时效样品断裂基本上在Ti层或者Ti/TiSb界面层，然而随着时效时间的延长，CoSb3/Ti/Mo-Cu接头的脆性逐渐增加，断裂都发生在IMCs层。　　 采用四点探针法对CoSb3/Ti/Mo-Cu的接触电阻进行测试，在加速时效之前接触电阻率为20μΩcm2，而在热时效之后接触电阻率变为29μΩcm2，这应该与加速时效后界面处IMC生长变厚有关。利用多层模型计算评估出界面接触热导率基本上在1.4-2.0×104W/(m2K)，且随着温度的升高而逐渐下降。制备的两对π形CoSb3基热电发电模块在温差为490℃下，开路电压210mV，输出功率与电流符合抛物关系。当电流为1.7A时，最大输出功率为0.14 W。在温差500℃下热电转换效率为6.4％。　　 利用轧制的钛箔代替Ti粉作为中间层，对CoSb3/Ti/Mo-Cu的失效行为进行了详细分析。在600℃以下CoSb3/Ti界面处只生成TiSb和TiSb2两种，在600℃以上，新相TiCoSb开始生成，并且随着失效时间的延长，微小裂纹开始从TiCoSb相处产生。IMC的生长动力学表明界面处IMC生长速度小于使用Ti粉连接形成的接头，这主要是由于轧制的钛箔比SPS烧结后的Ti层具有更高的致密度，另外采用钛箔样品的界面接触电阻率更小，在加速时效之前接触电阻率为15μΩcm2，而在热时效之后接触电阻率变为221μΩcm2。　　 本研究工作还对CoSb3材料在空气中的高温氧化行为进行了研究，结果表明在600℃以下空气中氧化样品为增重状态，且比较好的遵从抛物线定律，而650℃条件下氧化后的样品呈现先增重后失重状态。X射线衍射表明CoSb3表面的氧化层主要为Sb2O3和CoSb2O6相，在温度高于600℃时，Sb2O3开始变为气态Sb4O6挥发，从而造成了氧化样品的失重。高温氧化后CoSb3材料的热电性能出现明显衰减，这表明了在工业应用中对填充或掺杂的CoSb3基化合物进行封装的必要性。