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研究生: 陳崇益
論文名稱: 熱電Sn-Se-Te材料之相平衡與液相線投影圖
Phase equilibria and liquidus projection of thermoelectric Sn-Se-Te alloys
指導教授: 陳信文
口試委員: 張志溥
張立信
黃振東
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 化學工程學系
Department of Chemical Engineering
論文出版年: 2012
畢業學年度: 100
語文別: 中文
論文頁數: 99
中文關鍵詞: 熱電Sn-Se-Te相圖液相線投影圖
外文關鍵詞: thermoelectric, Sn-Se-Te, phase diagram, liquidus projection
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  • 三元系統Sn-Se-Te是個相當重要的合金材料,如相轉變光記錄儲存裝置(optical recording)與遠紅外線裝置(infrared devices)皆是其重要的應用,而在近年來備受討論的熱電材料,三元系統Sn-Se-Te也是其中相當重要的熱電系統之一。為了瞭解此未知的合金系統,相圖便是相當重要的工具之一,本實驗配置了經長時間熱處理過後的合金樣品,用以建構出250℃(11個月)與500℃(2個月)之等溫截面圖,實驗結果確立了250℃與500℃下三元系統Sn-Se-Te之相平衡圖,發現250℃之SnTe相對元素Se之溶解度僅3%,與文獻略有差異(10at%)。另外也以經過淬冷固化的樣品建構出Sn-Se-Te三元系統之液相線投影圖,確立了各個首要析出相之邊界,發現主要有6個首要析出相區以及3個三元共晶點,E_1:L→SnSe+(Se,Te)+SnTe,溫度為400℃,組成為Se-15at%Sn-83%Te;E_2:L→(Se,Te)+SnSe+SnSe_2,溫度為420℃,組成為Se-3at%Sn-83at%Te,E_3:L→Sn+SnSe+SnTe,溫度為230℃。


    目錄 摘要……………………………………………………………………..Ⅰ 圖目錄…………………………………………………………………..Ⅳ 表目錄…………………………………………………………………..Ⅶ 前言……………………………………………………………..…1 文獻回顧…………………………………………………………..4 2.1 相平衡……………………………………………………….4 2.1-1 Se-Te二元系統相平衡…………………………………4 2.1-2 Se-Sn二元系統相平衡………………………………...4 2.1-3 Sn-Te二元系統相平衡…………………………………4 2.1-4 Sn-Se-Te三元系統相平衡……………………………..5 2-2 液相線投影圖……………………………………………….5 研究方法…………………………………………………………11 3.1 Sn-Se-Te三元系統相平衡………………………………...11 3.2 Sn-Se-Te三元系統液相線投影圖………………………...12 微差熱分析……………………………………………..…...13 結果與討論………………………………………………………14 Sn-Se-Te三元系統相平衡……………………………………….14 250℃Sn-Se-Te三元系統相平衡…………………….…..17 4.1-1 SnSe+SnSe2+(Se,Te) 三相區……………………..20 4.1-2 SnTe+SnSe+(Se,Te) 三相區………………………23 4.1-3 Liquid+SnSe+SnTe三相區……………………..…26 4.1-4 SnSe2+(Se,Te)兩相區……………………………...29 4.1-5 SnSe+(Se,Te)兩相區………………………………29 4.1-6 SnSe+SnSe2兩相區……………………………..…29 4.1-7 SnTe+SnSe、Liquid+SnSe、Liquid+SnTe、SnTe+(Se,Te)兩相區…………………………………….…30 4.1-8 Liquid+SnSe2+(Se,Te)三相區、Liquid+SnSe2、Liquid+(Se,Te)兩相區……………………………….…….30 500℃Sn-Se-Te三元系統相平衡………………………...34 4.2-1 L+SnSe+SnSe2三相區………………………….....37 4.2-2 L+SnTe+SnSe三相區……………………………..39 4.2-3 L+SnSe2二相區…………………………………....43 4.2-4 L+SnSe二相區…………………………………….43 L+SnTe二相區………………………………….…43 4.3 Sn-Se-Te三元系統液相線投影圖…………………………49 4.3-1首要析出相區:SnTe……………………………….56 4.3-2首要析出相區:SnSe………………………..……….62 4.3-3 首要析出相區:SnSe2………………………...……73 首要析出相區:<Te-Se>………………………...…77 4.3-5 首要析出相區:Sn………………………………....82 4.3-6 L1+L2(Miscibility gap)不互溶區………….……...82 微差熱分析……………………………………………..…..83 4.4-1 Class Ⅰ reaction:L→Sn+SnSe+SnTe……….85 4.4-2 Class Ⅰ reaction:L→(Se,Te)+SnTe+SnSe....87 4.4-3 Class Ⅰ reaction:L→Te+SnSe+SnSe_2……...90 結論………………………………………………………………93 參考文獻…………………………………………………………96 圖目錄 圖1 熱電優值與溫度曲線圖…………………………………………3 圖2.1-1 Se-Te二元相圖…………………………………………..…6 圖2.1-2 Sn-Se二元相圖…………………………………………….6 圖2.1-3 Sn-Te二元相圖………………………………………….....7 圖2.1-4(a) Sn-Se-Te 於231℃三元相圖……………………………....7 圖2.1-4(b) Sn-Se-Te 於400℃三元相圖…………………………...…8 圖2.1-4(c) Sn-Se-Te 於427℃三元相圖………………………………8 圖2.1-4(d) Sn-Se-Te 於488℃三元相圖…………………………...…9 圖2.1-4(e) Sn-Se-Te 於520℃三元相圖………………………………9 圖2.2 Sn-Se-Te 液相線投影圖……………………..…………..10 圖4(a) Sn-Pb二元相圖…………………………………….……..16 圖4(b) 等溫截面示意圖………………………………………….16 圖4.1(a) 250℃等溫截面圖邊界與相平衡合金配置點…………..19 圖4.1(b) Sn-Se-Te三元系統250℃相平衡配置圖與其相區(■:實驗 合金組成點;▽:生成相之組成實驗數據)…………………………….19 圖4.1-1(a) #12(Se-40.0at%Sn-10.0at%Te)背向散射電子影像……...21 圖4.1-1(b) #12(Se-40.0at%Sn-10.0at%Te)背向散射電子影像……...21 圖4.1-1(c) #12(Se-40.0at%Sn-10.0at%Te)粉末繞射分析圖譜……...21 圖4.1-1(d) #3(Se-10.0at%Sn-70.0at%Te)背向散射電子影像……….22 圖4.1-1(e) #6(Se-20.0at%Sn-50.0at%Te)背向散射電子影像……….22 圖4.1-1(f) #9(Se-30.0at%Sn-30.0at%Te)背向散射電子影像……….22 圖4.1-2(a) #8(Se-20.0at%Sn-70.0at%Te)背向散射電子影像……….24 圖4.1-2(b) #8(Se-20.0at%Sn-70.0at%Te)背向散射電子影像……….24 圖4.1-2(c) #8(Se-20.0at%Sn-70.0at%Te)粉末繞射分析圖譜……….24 圖4.1-2(d) #11(Se-30.0at%Sn-50.0at%Te)背向散射電子影像……...25 圖4.1-3(a) #18(Se-80.0at%Sn-10.0at%Te)背向散射電子影像……...27 圖4.1-3(b) #18(Se-80.0at%Sn-10.0at%Te)背向散射電子影像……...27 圖4.1-3(c) #18(Se-80.0at%Sn-10.0at%Te)粉末繞射分析圖譜…...…27 圖4.1-3(d) #16(Se-60.0at%Sn-10.0at%Te)背向散射電子影像……...28 圖4.1-3(e) #17(Se-60.0at%Sn-35.0at%Te)背向散射電子影像……...28 圖4.1-4(a) #5(Se-20.0at%Sn-30.0at%Te)背向散射電子影像……….31 圖4.1-4b) #5(Se-20.0at%Sn-30.0at%Te)粉末繞射分析圖譜………..31 圖4.1-5(a) #10(Se-20.0at%Sn-70.0at%Te)背向散射電子影像……...32 圖4.1-5(b) #10(Se-20.0at%Sn-70.0at%Te)粉末繞射分析圖譜……...32 圖4.1-6(a) #15(Se-45.0at%Sn-1.0at%Te)背向散射電子影像……….33 圖4.1-6(b) #15(Se-45.0at%Sn-1.0at%Te)粉末繞射分析圖譜……….33 圖4.1-6(b) #15(Se-45.0at%Sn-1.0at%Te)粉末繞射分析圖譜……….36 圖4.2(b) Sn-Se-Te三元系統500℃相平衡配置圖與其相區(●:實驗合金組成點;▽:生成相之組成實驗數據)…………………………36 圖4.2-1(a) #3(Se-25.0at%Sn-40.0at%Te)背向散射電子影像……….38 圖4.2-1(b) #3(Se-25.0at%Sn-40.0at%Te)粉末繞射分析圖譜……….38 圖4.2-2(a) #7(Se-30.0at%Sn-55.0at%Te)背向散射電子影像……….41 圖4.2-2(b) #7(Se-30.0at%Sn-55.0at%Te)粉末繞射分析圖譜……….41 圖4.2-2(c) #12(Se-60.0at%Sn-20.0at%Te)背向散射電子影像……...42 圖4.2-2(d) #12(Se-60.0at%Sn-20.0at%Te) 粉末繞射分析圖譜…….42 圖4.2-3(a) #1(Se-15.0at%Sn-40.0at%Te) 背向散射電子影像……...45 圖4.2-3(a) #1(Se-15.0at%Sn-40.0at%Te) 粉末繞射圖譜………...…45 圖4.2-4(a) #5(Se-30.0at%Sn-40.0at%Te) 背向散射電子影像……...46 圖4.2-4(a) #5(Se-30.0at%Sn-40.0at%Te) 粉末繞射圖譜…………...46 圖4.2-5(a) #8(Se-30.0at%Sn-65.0at%Te) 背向散射電子影像…...…47 圖4.2-5(b) #8(Se-30.0at%Sn-65.0at%Te) 粉末繞射圖譜…………...47 圖4.2-5(c) #13(Se-60.0at%Sn-5.0at%Te) 背向散射電子影像…...…48 圖4.2-5(c) #13(Se-60.0at%Sn-5.0at%Te) 粉末繞射圖譜…………...48 圖4.3(a) 液相線投影圖邊界標定…………………………………..54 圖4.3(b) 液相線投影圖合金比例組成示意圖……………………..55 圖4.3(c) Sn-Se-Te三元系統液相線投影圖與合金配置圖…………....55 圖4.3-1(a) 編號#3(Se-30at%Sn-65at%Te)背向散射電子影像……….58 圖4.3-1(b) 編號#3(Se-30at%Sn-65at%Te)背向散射電子影像……….58 圖4.3-1(c) 編號 #3(Se-30at%Sn-65at%Te)粉末繞射圖……………...58 圖4.3-1(d) 編號 #4(Se-40at%Sn-50at%Te)背向散射電子影像……...59 圖4.3-1(e) 編號 #5(Se-45at%Sn-50at%Te)背向散射電子影像…...…59 圖4.3-1(f) 編號#8(Se-65at%Sn-30at%Te)背向散射電子影像……….60 圖4.3-1(g) 編號#8(Se-65at%Sn-30at%Te)背向散射電子影像…….…60 圖4.3-1(h) 編號#8(Se-65at%Sn-30at%Te)粉末繞射圖……………….60 圖4.3-1(i) 編號#6(Se-60at%Sn-35at%Te)背向散射電子影像……..…61 圖4.3-1(j) 編號#7(Se-60at%Sn-30at%Te)背向散射電子影像………..61 圖4.3-1(k) 編號#9(Se-75at%Sn-20at%Te)背向散射電子影像……….61 圖4.3-1(l) 液相線投影圖SnTe相區繪製…………………………..…62 圖4.3-2(a) 編號#16(Se-20at%Sn-70at%Te)背向散射電子影像…...…65 圖4.3-2(b) 編號#16(Se-20at%Sn-70at%Te)背向散射電子影像……...65 圖4.3-2(c) 編號#16(Se-20at%Sn-70at%Te)粉末繞射圖……………...65 圖4.3-2(d) 編號#17(Se-25at%Sn-60at%Te背向散射電子影像……....66 圖4.3-2(e) 編號#1(Se-10at%Sn-70at%Te)背向散射電子影像…….…67 圖4.3-2(f) 編號#1(Se-10at%Sn-70at%Te)背向散射電子影像……….67 圖4.3-2(g) 編號#1(Se-10at%Sn-70at%Te)粉末繞射圖…………….…67 圖4.3-2(h) 編號#15(Se-20at%Sn-50at%Te)背向散射電子影像…..….68 圖4.3-2(i) 編號#2(Se-10at%Sn-80at%Te)背向散射電子影像………..69 圖4.3-2(j) 編號#2(Se-10at%Sn-80at%Te)背向散射電子影像……..…69 圖4.3-2(j) 編號#2(Se-10at%Sn-80at%Te)背向散射電子影像……..…69 圖4.3-2(l) 編號#10(Se-10at%Sn-85at%Te)背向散射電子影像…........70 圖4.3-2(m) 編號#19(Se-6at%Sn-84at%Te)背向散射電子影像………70 圖4.3-2(n) 編號#23(Se-55at%Sn-20at%Te)背向散射電子影像……...71 圖4.3-2(o) 編號#23(Se-55at%Sn-20at%Te)背向散射電子影像…...…71 圖4.3-2(p) 編號#23(Se-55at%Sn-20at%Te)粉末繞射圖……………...71 圖4.3-2(q) 編號#24(Se-55at%Sn-10at%Te)背向散射電子影像……...72 圖4.3-2(r) 編號#25(Se-60at%Sn-15at%Te)背向散射電子影像…...…72 圖4.3-2(s) 液相線投影圖SnSe相區繪製……………………………..73 圖4.3-3(a) 編號#14(Se-10at%Sn-50at%Te)背向散射電子影像……...75 圖4.3-3(b) 編號#14(Se-10at%Sn-50at%Te)背向散射電子影像…...…75 圖4.3-3(c) 編號#14(Se-10at%Sn-50at%Te)粉末繞射圖……………...75 圖4.3-3(d) 編號#11(Se-28.9at%Sn-5.05at%Te)背向散射電子影像.…76 圖4.3-3(e) 編號#12(Se-28.9at%Sn-5.05at%Te)背向散射電子影像….76 圖4.3-3(f) 編號#13(Se-28.9at%Sn-5.05at%Te)背向散射電子影像….76 圖4.3-3(g) 液相線投影圖SnSe2相區繪製………………………........77 圖4.3-4(a) 編號#18(Se-13at%Sn-85at%Te)背向散射電子影像…...…79 圖4.3-4(b) 編號#18(Se-13at%Sn-85at%Te)背向散射電子影像……...79 圖4.3-4(c) 編號#18(Se-13at%Sn-85at%Te)粉末繞射圖……………...79 圖4.3-4(d) 編號#26(Se-2at%Sn-84at%Te)背向散射電子影像…….....80 圖4.3-4(e) 編號#26(Se-2at%Sn-84at%Te)背向散射電子影像……….80 圖4.3-4(f) 編號#26(Se-2at%Sn-84at%Te)粉末繞射圖……………….80 圖4.3-4(g) 編號#20(Se-3at%Sn-93at%Te)背向散射電子影像…….…81 圖4.3-4(h) 編號#21(Se-2at%Sn-92at%Te)背向散射電子影像…….…81 圖4.3-4(i) 編號#22(Se-1at%Sn-94at%Te)背向散射電子影像……..…81 圖4.4(a) 純元素之真實溫度與DTA測得溫度校正圖…………...…84 圖4.4(b) #1、#3、#4、#8、#15、#23之共晶點溫度(E1、E2、E3)整理圖……………………………………………………………………..85 圖4.4-1(a) #8微熱差分析圖譜……………………………………....86 圖4.4-1(b) #23微熱差分析圖譜…………………………………..…86 圖4.4-2(a) #4微熱差分析圖譜……………………………………....88 圖4.4-2(b) #16微熱差分析圖譜……………………………………..88 圖4.4-2(c) Se-15at%Sn-82%Te 200X與2000X之背向散射電子影像………………………………………………………………..………89 圖4.4-2(d) Se-15at%Sn-82%Te之粉末繞射圖譜……………………89 圖4.4-2(e) Se-15at%Sn-82%Te之微熱差分析圖譜…………………89 圖4.4-3(a) #1微熱差分析圖譜………………………………………91 圖4.4-3(b) #15微熱差分析圖譜……………………………………..91 圖4.4-3(c) Se-3at%Sn-83at%Te之1000X背向散射電子影像..…….91 圖4.4-3(d) Se-3at%Sn-83at%Te 粉末繞射圖譜…………………….92 圖4.4-3(e) Se-3at%Sn-83at%Te微熱差分析圖譜………………...…92 表目錄 表一 Sn-Se-Te三元系統250℃相平衡不同組成合金配置表與其相區………………………………………………………………………..18 表二 Sn-Se-Te三元系統500℃相平衡不同組成合金配置表與其相區..............................................................................................................35 表三 液相線投影圖合金元素配置比例表………………………....51 表四 各個合金首要析出相組成………………………………..…..53 表五 純元素之真實溫度與DTA測得溫度……………………...…84

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