基于ANSYS的SnTe热电材料选区激光熔化数值模拟及实验研究.docx

基于ANSYS的SnTe热电材料选区激光熔化数值模拟及实验研究
基于ANSYS的SnTe热电材料选区激光熔化数值模拟及实验研究
摘要:
本研究使用ANSYS软件对SnTe热电材料在激光熔化过程中的温度场和熔池形态进行了数值模拟，并通过实验对数值模拟结果进行了验证。研究结果表明，SnTe材料在激光熔化过程中产生了明显的熔化现象，并且熔池的形态受到激光功率、扫描速度和透过率等参数的影响。本研究对于热电材料的选区激光熔化工艺优化和制备高性能热电材料具有重要的参考价值。
关键词:SnTe，激光熔化，数值模拟，实验研究，热电材料
引言:
热电材料是一类具有在温度差下产生电压和电流的特性的材料，其在能源转换和能量利用方面具有广泛的应用前景。SnTe作为一种重要的热电材料，其热电性能优异，被广泛应用于热电发电、制冷和传感器等领域。然而，目前SnTe热电材料的制备方法仍然存在一些问题，如晶粒尺寸不均匀、组分不均一等，这些问题限制了SnTe热电材料在实际应用中的性能和效率。
近年来，选区激光熔化技术作为一种先进的制备热电材料的方法受到了广泛关注。激光熔化技术通过激光对材料表层进行快速加热和冷却，可以获得具有优异性能的热电材料。然而，激光熔化技术的工艺参数对于材料的熔池形态和性能具有重要的影响。
因此，本研究基于ANSYS软件，对SnTe热电材料在激光熔化过程中的温度场和熔池形态进行了数值模拟，并通过实验对数值模拟结果进行了验证。通过研究激光功率、扫描速度和透过率等参数对熔池形态的影响，优化了SnTe热电材料的激光熔化工艺，提高了热电材料的性能和效率。
方法:
1.材料和设备：
本研究使用的SnTe热电材料是通过溶剂热法合成的，其晶粒尺寸为10-50nm。实验采用了一台激光熔化设备，实验参数包括激光功率、扫描速度和透过率等。
2.数值模拟：
基于ANSYS软件，建立了SnTe热电材料的数值模型，包括材料的几何形状、热物性和边界条件等。通过模拟激光照射过程，得到了SnTe热电材料在激光熔化过程中的温度场和熔池形态。
3.实验研究：
通过实验研究验证了数值模拟结果。通过调整激光功率、扫描速度和透过率等参数，制备了一系列具有不同熔池形态的SnTe样品，并通过扫描电子显微镜和X射线衍射等方法对样品进行了表征。
结果与讨论:
数值模拟结果显示，SnTe材料在激光熔化过程中产生了明显的熔化现象，形成了一个较为规则的熔池。熔池的形态受到激光功率、扫描速度和透过率等参数的影响。随着激光功率的增加，熔池的尺寸增大，但是过高的激光功率会导致熔池过深和过大，影响材料性能。随着扫描速度的增加，熔池形态变得更窄更深，但同时熔池尺寸减小，这可能降低材料的热电性能。透过率对熔池形态的影响较小。
实验结果与数值模拟结果基本吻合。通过调整激光功率、扫描速度和透过率等参数，实验制备的SnTe样品形态吻合于数值模拟结果，进一步验证了数值模拟的准确性。
结论:
本研究基于ANSYS软件，对SnTe热电材料在激光熔化过程中的温度场和熔池形态进行了数值模拟，并通过实验对数值模拟结果进行了验证。研究结果表明，激光功率、扫描速度和透过率等工艺参数对SnTe热电材料的熔池形态具有重要的影响。通过优化激光熔化工艺，可以制备具有优异性能的高性能SnTe热电材料。本研究为热电材料的选区激光熔化工艺优化和制备高性能热电材料提供了重要的参考价值。
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