Mg₂Si热电材料与Cu/Ni复合电极的接头界面及性能

龙洋¹，陈少平^1,2，张华¹，胡利方¹，樊文浩³，孟庆森¹，王文先¹

1. 先进镁基材料山西省重点实验室2. 太原理工大学材料科学与工程学院3. 太原理工大学物理与光电工程学院

摘 要：为保证热连接过程中热电材料与导流电极之间实现良好连接,同时形成有效的阻隔界面防止界面元素扩散致使材料性能下降,本研究以Cu片作电极,引入中间层Ni箔作扩散阻挡层,采用电场激活压力辅助烧结（FAPAS）法,在合成高纯硅化镁（Mg₂Si）热电材料的同时,同步制得Cu/Ni/Mg₂Si热电接头。利用SEM、EDS以及XRD对接头界面的微观相组成、元素扩散特征以及新相生长规律进行了探讨,并且采用热震试验和四探针法对接头分别进行了力学性能和电传输性能的测试。结果表明,合成的Mg₂Si纯度高,高温热膨胀性能稳定;Ni层能有效阻隔界面元素扩散,与Mg₂Si实现良好的冶金结合,连接界面新相层的生成次序依次为Mg₂Si Ni3和Mg2Ni。Cu/Ni/Mg₂Si具有较好的热膨胀匹配性能,连接界面在持续60次的热震循环后依然保持完整。随着时效时间延长,界面扩散层增厚,接触电阻有所增大,与t^1/2具有近线性关系,且700℃下未时效的接头获得最小接触电阻率112μ?·cm²。

关键词：热电材料;Mg2Si;Cu;连接;FAPAS;