用于热电制冷的传统半导体材料不仅强度和耐久性差,而且主要采用单相生长法制备,生产周期长、成本高。近年来有些厂家为了解决这个问题,山东粉末冶金,采用烧结法生产半导体致冷材料,虽改善了机械强度和提高了材料使用率,但是热电性能远远达不到单晶半导体的性能,现在采用SPS生产半导体致冷材料,在几分钟内就可制备出完整的半导体材料,而晶体生长却要十几个小时。
粉末冶金在SPS烧结时,虽然所加压力较小,但是除了压力的作用会导致活化能力Q降低外,由于存在放电的作用,也会使晶粒得到活化而使Q值进一步减小,粉末冶金厂家,从而会促进晶粒长大,因此从这方面来说,用SPS烧结制备纳米材料有一定的困难。
但是实际上已有成功制备平均粒度为65nm的TiN密实体的实例。在文献[38]中,非晶粉末用SPS烧结制备出20~30nm的Fe90Zr7B3纳米磁性材料。另外,还已发现晶粒随SPS烧结温度变化比较缓慢[7],因此SPS制备纳米材料的机理和对晶粒长大的影响还需要做进一步的研究。
SPS在材料制备中的应用
目前在国外,尤其是日本开展了较多用SPS制备新材料的研究,粉末冶金公司,部分产品已投入生产。SPS可加工的材料种类如表1所示。除了制备材料外,SPS还可进行材料连接,如连接MoSi2与石磨[14],ZrO2/Cermet/Ni等[15]。
近几年,国内外用SPS制备新材料的研究主要集中在:陶瓷、金属陶瓷、金属间化合物,粉末冶金技术,复合材料和功能材料等方面。其中研究多的是功能材料,他包括热电材料[16] 、磁性材料[17] 、功能梯度材料[18] 、复合功能材料[19]和纳米功能材料[20]等。对SPS制备非晶合金、形状记忆合金[21] 、金刚石等也作了尝试,取得了较好的结果。
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