ВЛИЯНИЕ ПАРАМЕТРОВ ПЛАСТИЧЕСКОГО ФОРМОВАНИЯ НА СТРУКТУРНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА В ПРОЦЕССЕ ГОРЯЧЕЙ ЭКСТРУЗИИ

С помощью математического моделирования проведено сравнение напряжений и деформаций в термоэлектрическом материале на основе твердого раствора Bi0,4Sb1,6Te3 при экструзии через фильеры с разным диаметром. Показано, что при экструзии через фильеру диаметром 20 мм возникает более неоднородная деформация, чем при экструзии через фильеру 30 мм. Установлено, что при увеличении диаметра фильеры структура материала получается менее дисперсная, но более однородная по размерам. Степень преимущественной ориентации зерен при экструзии через фильеру большего диаметра более высокая. Обнаружено изменение параметра решетки твердого раствора по длине экструдированного стержня, связанного с дефектообразованием в процессе экструзии. Выявлено, что концентрация вакансий больше при экструзии через фильеру меньшего диаметра. Это является следствием более интенсивного протекания процессов динамической рекристаллизации. При переходе к большему диаметру фильеры и более низкой температуре экструзии термоэлектрические свойства материала сохраняются за счет лучшей текстуры.

1. Sabo, Ye. P. Technology of chalcogen thermoelements. Physical foundations / Ye. P. Sabo // J. Thermoelectricity. − 2005. − V. 3. − P. 52—68.

2. Suhir, E. Assembly bonded at the ends: Could thinner and longer legs result in a lower thermal stress in a thermoelectric module design? / E. Suhir, A. Shakouri // J. Appl. Mech. − 2012. − V. 79, iss. 6. − P. 061010—061018. DOI: 10.1115/1.4006597

3. Keshavarz, M. K. P−type bismuth telluride−based composite thermoelectric materials produced by mechanical alloying and hot extrusion / M. K. Keshavarz, D. Vasilevskiy, R. A. Masut, S. Turenne // J. Electronic Mater. − 2013. − V. 42, iss. 7. − P. 1429—1435. DOI: 10.1007/s11664-012-2284-2

4. Zheng, Y. High−temperature mechanical and thermoelectric properties of p−type Bi0.5Sb1.5Te3 commercial zone melting ingots / Yun Zheng, Hongyao Xie, Shengcheng Shu, Yonggao Yan, Han Li, Xinfeng Tang // J. Electronic Mater. − 2014. − V. 43, iss. 6. − P. 2017— 2022. DOI: 10.1007/s11664-013-2938-8

5. Xiao, Y. Enhanced thermoelectric and mechanical performance of polycrystalline p−type Bi0.5Sb1.5Te3 by a traditional physical metallurgical strategy / Ye Xiao, Junyou Yang, Gen Li, Ming Liu, Liangwei Fu, Yubo Luo, Weixin Li, Jiangying Peng // Intermetallics. − 2014. − V. 50. − P. 20—27. DOI: 10.1016/j.intermet.2014.02.010

6. Xu, Z. J. Enhanced thermoelectric and mechanical properties of zone melted p−type (Bi,Sb)2Te3 thermoelectric materials by hot deformation / Z. J. Xu, L. P. Hu, P. J. Ying, X. B. Zhao, T. J. Zhu // Acta Materialia. − 2015. − V. 84. − P. 385—392. DOI: 10.1016/j.actamat.2014.10.062

7. Zheng, Y. Mechanically robust BiSbTe alloys with superior thermoelectric performance: A case study of stable hierarchical nanostructured thermoelectric materials / Y. Zheng, Q. Zhang, X. Su, H. Xie, S. Shu, T. Chen, G. Tan, Y. Yan, X. Tang, C. Uher, G. J. Snyder // Adv. Energy Mater. − 2015. − V. 5, iss. 5. − P. 1401391—1401399. DOI: 10.1002/aenm.201401391

8. Ravi, V. Thermal expansion studies of selected high−temperature thermoelectric materials / V. Ravi, S. Firdosy, T. Caillat, E. Brandon, K. Van Der Walde, L. Maricic, A. Sayir // J. Electronic Mater. − 2009. − V. 38, iss. 7. − P. 1433—1442. DOI: 10.1007/s11664-009-0734-2

9. Lognoné, Q. Quantitative texture analysis of spark plasma textured n−Bi2Te3 / Q. Lognoné, F. Gascoin, O. I. Lebedev, L. Lutterotti, S. Gascoin, D. Chateigner // J. Amer. Ceram. Soc.. − 2014. − V. 97, iss. 7. − P. 2038—2045. DOI: 10.1111/jace.12970

10. Nagami, Y. Preparation and Characterization of Bi0,4Sb1,6Te3 Bulk Thermoelectric Materials / Yuki Nagami, Kenji Matsuoka, Takahiro Akao, Tetsuhiko Onda, Takahiro Hayashi, Zhong−Chun Chen // J. Electronic Mater. − 2014. − V. 43, iss. 6. − P. 2262—2268. DOI: 10.1007/s11664-014-3038-0

11. Лаврентьев, М. Г. Математическое моделирование процесса экструзии термоэлектрического материала / М. Г. Лаврентьев, М. В. Меженный, В. Б. Освенский, А. И. Простомолотов // Изв. вузов. Материалы электронной техники. − 2012. − № 3. − С. 35—40. DOI: 10.17073/1609-3577-2012-3-35-40

12. Егер, Дж. К. Упругость, прочность и текучесть / Дж. К. Егер. − М. : Машгиз, 1961. − 170 с.

13. Horrobin, D. J. Die entry pressure drops in paste extrusion / D. J. Horrobin, R. M. Nedderman // Chemical Engineering Science. − 1998. − V. 53, iss. 18. − P. 3215—3225. DOI: 10.1016/S00092509(98)00105-5

14. Tiernan, P. Modelling of cold extrusion with experimental verification / P. Tiernan, M. T. Hillery, B. Graganescu, M. Gheorghe // J. Materials Processing Technology. − 2005. − V. 168, iss. 2. − P. 360— 366. DOI: 10.1016/j.jmatprotec.2005.02.249

15. Yang, J. Microstructure control and thermoelectric properties improvement to n−type bismuth telluride based materials by hot extrusion / J. Yang, R. Chen, X. Fan, W. Zhu, S. Bao, X. Duan // J. Alloys and Compounds. − 2007. − V. 429, iss. 1–2. − P. 156—162. DOI: 10.1016/j.jallcom.2006.04.030

16. Лаврентьев, М. Г. Расчетно−экспериментальное исследование формирования структуры термоэлектрического материала на основе твердых растворов халькогенидов висмута и сурьмы, полученных методом горячей экструзии / М. Г. Лаврентьев, В. Б. Освенский, М. В. Меженный, А. И. Простомолотов, В. Т. Бублик, Н. Ю. Табачкова // Термоэлектричество. − 2012. − № 4. − С. 36—42.

17. Меженный, М. В. Моделирование пластического состояния термоэлектрического материала на основе теллурида висмута в процессе горячей экструзии / М. В. Меженный, М. Г. Лаврентьев, В. Б. Освенский, М. В. Воронов, А. И. Простомолотов // Вестник ТГУ. − 2013. − Т. 18, вып. 4. − С. 1976—1981.