Mg2Si1-xSnx合金热电性能的第一性原理计算预测

作为最具潜质的中温区热电材料之一,Mg 2Si 1-x Sn x基合金由于其低廉的成本和无毒无害等优点,在过去十几年受到广泛关注。Si和Sn原子间具有较大的质量差,有利于声子的合金化散射,使得晶格热导率极大降低(可达到1.8 W·m-1·K-1),解决了二元Mg 2Sn合金热导率较高的问题。大多数Mg 2Si 1-x Sn x合金通过降低晶粒尺寸来进一步降低晶格热导率,从而优化热电性能,然而,这类材料制备的热电器件在高温服役过程中容易出现由于晶粒长大导致的性能降低。因此,通过提高功率因子,如掺杂、能带工程等方法,来优化热电性能是更加可靠的路径。本工作采用第一性原理计算方法,对不同Sn成分的Mg 2Si 1-x Sn x(0.25≤x≤0.75)固溶体进行电子结构分析和热电性能预测。结果表明,在x=0.625时产生了能带收敛效应,可以在不影响电导率的前提下有效提高Seebeck系数值。计算预测的Seebeck系数在掺杂浓度为3×1020 cm-3时取得最大值-246μV·K-1,功率因子最高可达6.2 mW·m-1·K-2,不同温度下的Seebeck系数和电导率预测结果与高温度梯度定向凝固试样测试所得的结果拟合较好。根据测试所得的热导率结果,在T=700 K处计算预测的最大ZT值为1.3,而实验测试值为1.16,同时,在中温区550~800 K之间预测和实验测试的ZT值分别可以保持在1.0和0.9以上。因此,通过优化功率因子的方法可以有效提高Mg 2Si 1-x Sn x晶体的热电性能,为此类热电材料的性能优化提供了新的思路。

Ca_(4(1+x)/5)Mg_((1+x)/5)Zr_4Si_(2x)P_((6-2x))O_(24)磷酸盐陶瓷材料的制备及力学性能

以化学纯CaCO3、4 MgCO3.Mg(OH)2.5 H2O、ZrO2、Si O2和(NH4)H2PO4微粉为原料,采用高温固相反应法合成了Ca4(1+x)/5Mg(1+x)/5Zr4Si2xP(6-2x)O24(CMZP)粉体,其中x=0、0.1、0.2、0.3。XRD测试结果表明在400℃下保温2h、1150℃下保温4h,能够合成单相的CMZP粉体,粉体干压成形后经冷等静压处理,在1350℃保温8h能烧结得到相对密度为97.5%的陶瓷试样,其平均抗弯强度为50 MPa。

等通道转角挤压ZAM84-1Si镁合金的组织及力学性能

研究了ZAM84-1Si等通道转角挤压(ECAP)前后的微观组织与力学性能。结果表明:经过4道次挤压后,α-Mg基体晶粒得到显著细化,粗大的Mg2Si增强相及三元相都碎化成细小的颗粒状,均匀弥散分布于α-Mg基体中;合金的屈服强度提高357%,抗拉强度提高408%,伸长率提高235%。与4道次相比,8道次挤压后的组织又进一步细化,但是屈服强度和抗拉强度有所降低,伸长率提高不大。由于α-Mg基体细晶强化和第二相颗粒的弥散强化作用,使合金的力学性能得到提高。

变质工艺对过共晶Al-Si合金连铸坯组织的影响

采用美国标准TP-1模具及模拟方法,研究了Al-Si-P变质剂的加入量、熔体浇注温度以及变质保温时间对过共晶Al-Si合金连铸坯料凝固组织的影响规律。结果表明,Al-Si-P变质剂加入量(超过0.02%)和变质保温时间对合金显微组织细化的影响不明显;而浇注温度对初生Si的大小分布影响较大,浇注温度越高,初生Si越细小、分布也越均匀。在合适的工艺匹配条件下,可以获得初生Si细小、形貌较为规则圆整、分布均匀的显微组织。