Synthesis of thermoelectric materials by mechanical alloying in planetary ball mills

• Published in: Powder technology Vol. 105; no. 1; pp. 149 - 154
• Main Authors: Schilz, J, Riffel, M, Pixius, K, Meyer, H.-J
• Format: Journal Article
• Language: English
• Published: Elsevier B.V 01.11.1999
• Subjects: Ball milling; Mechanical alloying; Semiconductors; Thermoelectrics; Ball milling; Thermoelectrics; Semiconductors; Mechanical alloying
• ISSN: 0032-5910; 1873-328X
• DOI: 10.1016/S0032-5910(99)00130-8

We report on the influence of the planetary ball mill setting parameters on the evolution of alloy formation on the thermoelectric semiconductor systems, Si–Ge, Mg 2Si, and Mg 2(Si,Sn). From a macroscopical viewpoint, it turned out that the geometry of the mill and the ratio of the angular velocities of the planetary and the system wheel play the crucial role in milling performance. In the case of the brittle–brittle system Si–Ge, the frequency ratio has to be set to achieve the maximum normal impact energy (i.e., to a value of −2.5), whereas for the brittle–ductile Mg 2Si system even a higher frequency ratio is desirable. Regarding the microscopic alloy formation, the alloy constitution for the Si–Ge system occurs via a solid state diffusion process. In the case of Mg 2Si and Mg 2(Si,Sn), alloying proceeds on the surface of the Mg bulk particles. Additionally, we observed that a successful development of an Mg 2(Si,Sn) solid solution is always accompanied by a temporary high temperature Mg 2Sn phase. Nous présentons dans ce papier l'influence des paramètres de broyage sur l'évolution des mécanismes de formation dans un broyeur planétaire des alliages thermoélectriques semiconducteurs Si–Ge, Mg 2Si et Mg 2(Si,Sn). D'un point de vue macroscopique, il apparaı̂t que la géométrie du broyeur et le rapport des vitesses angulaires entre les jarres et la plate-forme jouent un role crucial sur l'efficacité du broyage. Dans le cas du système fragile–fragile Si–Ge, le rapport des vitesses doit être ajusté de façon à obtenir la plus grande énergie d'impact. Ce rapport vaut −2,5 et il est encore plus élevé dans le cas du système fragile–ductile Mg 2Si. L'étude microscopique révèle pour le système Si–Ge une formation par diffusion à l'état solide. Dans le cas des systèmes Mg 2Si et Mg 2(Si,Sn), l'alliage se forme à la surface des particules de Mg. De plus, nous avons toujours observé lors de la formation d'une solution solide Mg 2(Si,Sn) la présence d'une phase intermédiaire haute température Mg 2Sn.