CoSb_3纳米晶块体热电材料的制备研究

采用机械合金化-放电等离子烧结工艺(MA-SPS), 在200℃～600℃之间制备了纳米晶CoSb3合金块体材料。采用XRD和TEM对材料的相组成和微观组织进行了测试分析。实验结果表明, 烧结前粉末为高能球磨得到的平均晶粒尺寸为20 nm～35 nm的纳米晶CoSb3粉末,SPS烧结后CoSb3合金块体的平均晶粒尺寸小于100 nm, 其致密度达到了91.3%～99.6%。CoSb3块体的晶粒尺寸随着烧结温度的降低而减小,而密度却随着烧结温度的升高而增加。CoSb3纳米晶块体热电材料的制备机理是MA使粉末晶粒细化到纳米级, 放电等离子烧结的快速、短时、低温和特殊烧结机理显著抑制了烧结时的晶粒长大。

热解碳包覆 CoSb_3作为锂离子电池负极材料的研究

CoSb_3 合金具有较高的电化学嵌放锂容量。为缓解充放电过程中体积变化引起的容量衰退,制备了热解碳包覆 CoSb_3合金粉末负极材料,并对其电化学充放电性能进行了研究。实验结果表明,热解碳包覆 CoSb_3负极材料的电化学性能虽然尚不能满足实际应用要求,但与纯 CoSb_3合金负极材料相比,首次可逆容量和循环稳定性都有明显的提高。进一步降低 CoSb_3合金的粉末粒度,优化热解碳对合金粉末的包覆完整性,可进一步改善热解碳包覆 CoSb_3负极材料的电化学性能。

机械球磨和烧结制备CoSb_3的工艺研究

针对skutterudite材料制备工艺中熔融法和固相反应法合成周期长、工序多的不足,尝试将机械合金化法应用于skutterudite材料制备中.探讨了CoSb3的机械合金化和烧结制备工艺,研究表明,Co、Sb粉末的机械合金化在球磨10h后开始,球磨40h后已全部合金化,得到CoSb3和CoSb2相混合物.合金化过程中CoSb3相先于CoSb2相形成.采用球磨10h-700℃烧结2h的工艺可得到单相CoSb3,制备工序简单,所需时间大大缩短.

机械合金化合成CoSb_3过程中的固相反应机理的热力学解释

用Co和Sb作为初始原料,通过机械合金化(mechanical alloying,MA)的方法合成了CoSb3,并系统研究了MA转速和MA时间对MA过程中固相反应的影响.XRD结果表明,相同MA转速下,CoSb3的量随MA时间的延长而增多,但是MA时间过长会导致大量CoSb2的生成,甚至诱发CoSb3分解为CoSb2和非晶态Sb.而提高MA转速,只能缩短固相反应的发生时间,而不会改变整个固相反应趋势.对于特定的状态所对应的MA转速和MA时间满足ω3·8t=C(常数)关系,这种MA转速和MA时间的等效性,说明MA过程中能量的积累.并从非平衡热力学的角度,解释了MA过程的固相反应机理.

Co-Sb合金定向凝固组织与相选择

对Co-93.0%Sb(质量分数)合金进行了Bridgman定向凝固和激光快速凝固实验,利用XRD,SEM和EDS分析了合金凝固组织中的相组成和成分分布.结果表明,在Bridgman定向凝固速率为2和5μm/s时,合金凝固组织只有CoSb_3和Sb 2相;而当凝固速率为20,50,100和500μm/s时,组织由初生相CoSb_2,包晶相CoSb_3和Sb相组成,凝固组织中CoSb_3体积分数随凝固速率的增加而减少.激光快速凝固方法中,当扫描速率为5 mm/s时,组织有CoSb_2,CoSb_3和Sb3相;而当扫描速率增大到10,20和50 mm/s时,包晶相CoSb_3取代初生相CoSb_2直接析出,合金凝固组织只有CoSb_3和Sb2相,根据凝固理论计算得出,包晶相直接析出的临界速率为7.61 mm/s,与实验结果相吻合.另外,低定向凝固速率2—5μm/s下获得CoSb_3是因为有足够的凝固时间促进包晶反应进行,而激光快速凝固下,凝固速率大于10 mm/s时,CoSb_3是通过液相直接凝固获得的.要获得大体积分数的CoSb_3相,需采用较低的定向凝固速率.