Материаловедческие основы технологии получения термоэлектрических модулей из слитков твердых растворов Bi2 Te3-Bi2 Se3 и Bi2 Te3-Sb2 Te3 большого диаметра

• Автор: Фролов, Андрей Михайлович
• Шифр специальности: 05.27.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 172 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ З
ГЛАВА I. СВОЙСТВА, ПОЛУЧЕНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ ТРОЙНЫХ ТВЕРДЫХ РАСТВОРОВ НА ОСНОВЕ ВьТслА и ВЬхБЬхТез.В

1.1. Структура и физикохимические свойст ва В2Тез, Вех, БЬДез и твердых растворов

на их основе.

1.2. Диаграммы состояния ВТе, В2 Те В2ез

и В2Тег БЫГезП

1.3. Влияние отжига на свойства сплавов

В2Тез Ве. и В2Тез ЬТез.

1.4. Методы получения поликристаллических материалов на основе тройных твердых растворов систем ВьТез.хЯе и 5Ь2.Х ВхТез .
1.5. Проблемы коммутации на границе твердых растворов полупроводников и контактных материалов
ГЛАВА II. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕ1ТА.
2.1. Объекты исследования.
2.2. Подготовка поверхности исследуемых образцов.
2.3. Рентгсндифракционный анализ структуры, фазового состава, параметра кристаллической решетки и текстуры крупнозернистых текстурованных объектов
2.4. Методика выявления формы фронта кристаллизации в слитках термоэлектрических материалов птнпа проводимости
2.5. Прицельная дифрактометрия для оценки неоднородности состава твердого раствора по изменению параметра кристаллической решетки вдоль фронта кристаллизации.
2.6. Методика изучения преимущественных
ГЛАВА III.
ориентировок в слитках р и птипов проводи мости. 5
2.6.1. Построение стандартных стереографических проекций для гексагональной кристаллической решетки
2.6.2. Построение обратных полюсных фигур
2.6.3. Построение диаграмм анизотропии эллипсоидов вращения для оценки анизотропии
электрических параметров.
2.7 Оценка структурной и химической неоднородности в слитках ртипа проводимости
2.7.1. Подготовка поверхности шлифов для исследования.
2.7.2. Измерение коэффициента отражения К
2.7.3. Измерение микротвердости Мшу
2.7.4. Элементный анализ.
2.8. Изучение трещинообразования методами изменения горячей и холодной микротвердости. 2.9 Методика оценки термических напряжений на границе зерен
Выявление влияния технологических параметров на структуру полнкристаллнчсских слитков термоэлектрических материалов большого диаметра
3.1. Влияние технологических условий роста слитков ТЭМ большого диаметра на их структуру и уровень
термоэлектрических свойств
3.2. Влияние параметров синтеза на фазовый состав лигатуры ВБеС.
3.3. Анализ анизотропии свойств твердого раствора В2Тесо,зЮ
3.4. Влияние гомогенизирующего отжига на характеристики структурных составляющих крупнозернистых слитков на примере ртипа проводимости.
3.5. Исследование однородности слитков
3.6. Зависимость разрушения растрескивания от характера структуры поликристаллических слитков
ТЭМ птнпа на основе твердых растворов ВТе3
3.7 Выводы к главе III.
ГЛАВА IV Влияние способа обработки поверхности на фазовый состав и структуру поверхностных слоев ТЭМ на основе тройных твердых растворов В2Тез.хЯс х
и БЬгхВТез
Выводы к главе IV.
ГЛАВА V. Использование акустической микроскопии для
анализа текстуры крупнокристаллических слитков ТЭМ.
5.1. Методика ультразвуковой микроскопии
5.2. Построение указательных поверхностей акустических параметров кристаллов
5.3. Возможности использования ультразвуковой микроскопии для анализа текстуры
5.4. Вы воды к главе V
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА


Автор показа, что энергетически более выгодно образование ван дер Ваальсовой связи между одинаковыми, нежели различными атомами, поэтому при появлении атомов 8е в позициях Вм между квинтетами будут образовываться связи типа Те 1 Те1 и Яе 1 Бе 1. Увеличение количества связей Яе 1 Ье1 при повышении концентрации Бс в т вердом растворе в условиях его статистического распределения но местам В 1 и В 1 должно способствовать увеличению энергии взаимодействия между квинтетами, так как температура плавления твердых растворов увеличивается при переходе от ВТез к ВБез йот В2Те3 к 8ЬТез 6, . Авторы рассмотренных схем химических свойств в ЗезВез допускают отсутствие святей между атомами одного слоя. Другие ангоры . В1 имеется значительная доля металлической составляющей связи. Соединения, имеющие ромбоэдрическую элементарную ячейку, характеризуются анизотропией электрофизических и механических свойств Некоторые из них представлены в табл. В системе ВМе образуются четыре промежуточные фазы ВиДсо, ВоТе, ВГГе, ВьТе3, причем ВпТсг плавится конгруэнтно, остальныенеконгруэнтно. Кроме того, между ВнТея и Те происходят эвтектические реакции. Изза замедленности диффузионных процессов равновесие в сплавах ВпТс. На неравновесной диаграмме наблюдается только одно соединение ВиТсз Термический эффект, соответствующий эвтектической горизонтали со стороны, богатой Вк наблюдается на неравновесной горизот али вплоть до ат. Те. Установлено, что максимальная температура плавления ВТе. В1 ,, ат. Те и соответствует К, откуда следует, что из стехиометрического расплава кристаллизуется соединение с избытком В1 относительно стехиометрии. На основе измерения электрофизических свойств было показано , что соединение стехиометрического состава кристаллизуется из расплава с содержанием ,2 ат. Те Область гомогенности ВТе имеет протяженность ,7,1 ат. Те. Растворимость Те в В1 находится в пределах 0,1 0,2 ат. Растворимость В1 в Те не установлена. Фазовая диаграмма ВТе показана на рис. ВТез образует непрерывные изоморфные твердые растворы с Вез и 8ЫТез , ,. Диаграмма состояния ВиТезВьЯез описывается как характерная для твердых растворов чечевица , , рис 1 3. В работах , . ВЬТегЭе. Микроструктура
Таблица 1. Электрофизические и механические свойства ВТе ВЯе. Плотность, гсм 7. Хх, б перпендикулярно плоскостям спайности
г. Рис. В2Яе после отжига при 0 С указывает на распад твердого раствора. Упорядоченная фаза стабильна при низких температурах. При образовании упорядоченной фазы статистически расположенные атомы Яе занимают положение Тс1 слоев, характерных . Те В Те2 В Те0 . По мере упорядочения положительное отклонение от закона аддитивности при изменении параметра с от состава сменяется на отрицательное, что обуславливается химическим взаимодействием компонентов При замене Те на 8е межатомные расстояния ВТе уменьшаются и на составе ,3 мол. В2Яе, где все атомы Те2 замещены, имеется излом на кривых изменения межатомного расстояния от состава араметр а элементарной ячейки подчиняется правилу Вегарта на всем протяжении области твердых растворов. Он уменьшается при переходе от В2Тез к ВЯез . В основном изза того, что замещающий атом Яе меньше по размеру, чем атом матрицы замещаемый атом Те Параметр с меняется по составу более сложно. В ВьТе ВВЯс с линейно уменьшается лишь до мол. Яез, после чего наблюдается от клонение от закона Вегарта. В этом растворе Яе до состава В2Те2Яе замешает места Те и только лишь потом места Те 1 Отступление от закона Вегарта в параметре с наблюдается как раз вблизи В2Те2Яс. Это можно связать с изменением вандерВаальсовского взаимодействия между отдельными квинтетами Известно, , . Те1 Те1 или чем между неидентичными Те Яе . Если это предположение верно, то максимальное отклонение от закона Вегарта должно быть у состава мол. В2Яез, что соот ветствует смеси на атомов Те и . Яе к слоях Те. Эго хорошо подтверждается экспериментом 6, . Соединение ЯЬ2Те. В2Тез относятся к классу нестехиометрических соединений . Образованные ими твердые растворы б фаза также отклоняются от стехиометрического разреза в сторону избытка атомов В и ЯЬ . Вопросы, связанные с отклонением от стехиометрии в соединениях, а тем более в твердых растворах, представляют большом интерес.