DE1414622B2 - Verfahren zur herstellung von moelementschenkeln - Google Patents
Verfahren zur herstellung von moelementschenkelnInfo
- Publication number
- DE1414622B2 DE1414622B2 DE19601414622 DE1414622A DE1414622B2 DE 1414622 B2 DE1414622 B2 DE 1414622B2 DE 19601414622 DE19601414622 DE 19601414622 DE 1414622 A DE1414622 A DE 1414622A DE 1414622 B2 DE1414622 B2 DE 1414622B2
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- layers
- legs
- pressing
- different
- thermoelectric
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 12
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 20
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims description 12
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 12
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims description 11
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 6
- 238000007731 hot pressing Methods 0.000 claims 1
- 229910000765 intermetallic Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 4
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 4
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 3
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 3
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 3
- 229910002665 PbTe Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- OCGWQDWYSQAFTO-UHFFFAOYSA-N tellanylidenelead Chemical compound [Pb]=[Te] OCGWQDWYSQAFTO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910004613 CdTe Inorganic materials 0.000 description 1
- RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-N Dihydrogen sulfide Chemical compound S RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910005900 GeTe Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910007709 ZnTe Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000013543 active substance Substances 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 229910052787 antimony Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005056 compaction Methods 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052745 lead Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010310 metallurgical process Methods 0.000 description 1
- 238000004663 powder metallurgy Methods 0.000 description 1
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005476 soldering Methods 0.000 description 1
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 1
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 229910052714 tellurium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
- H10N10/80—Constructional details
- H10N10/85—Thermoelectric active materials
- H10N10/857—Thermoelectric active materials comprising compositions changing continuously or discontinuously inside the material
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
- H10N10/01—Manufacture or treatment
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
- H10N10/80—Constructional details
- H10N10/85—Thermoelectric active materials
- H10N10/851—Thermoelectric active materials comprising inorganic compositions
- H10N10/852—Thermoelectric active materials comprising inorganic compositions comprising tellurium, selenium or sulfur
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
- Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen von Thermoelementschenkeln, die in Richtung
des durchfließenden Stromes aus wenigstens zwei Schichten aus thermoelektrischem Halbleitermaterial
verschiedener Zusammensetzung aufgebaut sind.
Bei der Verwendung von Thermoelementschenkeln für Kühlzwecke oder zur Stromerzeugung werden als
Ausgangsstoffe im allgemeinen intermetallische Verbindungen zwischen Elementen der IVb-, Vb- und
VIb-Gruppe, insbesondere unter den Elementen Ge, Sn, Pb, As, Sb, Bi, Se, Te wie Bi2Te3, PbTe, GeTe usw.
verwendet. Daneben sind auch Mischkristalle zweier oder mehrerer intermetallischer Verbindungen wie
Bi2Te3/Sb2Te3, Bi2Te3ZBi2Se3 usw. geeignet. Es ist
bekannt, diese Stoffe auf dem Schmelzwege herzustellen, wobei die Verfahren eine langsame Erstarrung
und eine gute bzw. geringere Kristallisation anstreben. Außerdem ist es bekannt, thermoelektrische Werkstoffe
nach dem pulvermetallurgischen Verfahren, aus den pulverförmigen Ausgangsstoffen oder aus Legierungspulvern
durch Pressen und Sintern herzustellen.
Ferner ist die Anwendung der Arbeitsgänge Pressen und Sintern bei der Herstellung von Thermoelementschenkeln
bekannt. Nach der deutschen Patentschrift 836 944 kann beispielsweise ein Schenkel eines
Elements aus Siliciumcarbid und der andere aus Kohle bestehen. Diese beiden Schenkel können aus Pulvern
durch Pressen und Sintern hergestellt und hierbei gleichzeitig miteinander verbunden werden.
Die thermoelektrischen Eigenschaften von Schmelzlegierungen sind durch die Zusammensetzung und die
Art und Menge des Dotierungszusatzes festgelegt und von vornherein leicht zu übersehen. Auf dem Schmelzwege
ist es jedoch nicht möglich, Thermoelemente herzustellen, die in festgelegten Schichten eine unterschiedliche
Dotierungskonzentration besitzen oder Schichten mit verschiedenen Dotierungsstoffen in
verschiedener Konzentration enthalten oder längs des Thermoelementschenkels eine definierte Dotierungsänderung aufweisen.
Ein solcher Aufbau ist zwar zur optimalen Ausnutzung der thermoelektrischen Eigenschaften erwünscht,
die Herstellung eines Konzentrationsgradienten über der Schenkellänge ist jedoch schwierig.
In einem in den »Transact. AIEE«, 78 (1959), S. 817 bis 820, erschienenen Artikel ist deshalb angegeben
worden, den einzelnen Schenkel aus verschiedenen Segmenten mit jeweils homogener, aber unterschiedlicher
Dotierung herzustellen. Diese Segmente müssen dann in geeigneter Weise miteinander verbunden
werden, wobei Übergangswiderstände an den Grenzschichten zu vermeiden sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Herstellungsverfahren für Thermoelementschenkel anzugeben,
deren thermoelektrische Eigenschaften sich längs der Schenkel ändern.
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß in eine Preßmatrize Schichten aus pulverförmigem,
thermoelektrischem Halbleitermaterial mit unterschiedlicher Dotierungskonzentration und/oder
unterschiedlichem Dotiermaterial und/oder unterschiedlicher Zusammensetzung eingefüllt, durch Pressen
verdichtet und gesintert werden.
Ein besonderer Vorteil des Verfahrens besteht darin, daß man mit einer größeren Anzahl von Schichten aus
der gleichen thermoelektrisch wirksamen Substanz und dem gleichen Dotierungsmaterial, jedoch in den
verschiedenen Schichten unterschiedlicher Konzentration sowohl einen stufenförmigen als auch einen
annähernd stetigen Verlauf der Dotierungskonzentration über der Schenkellänge herstellen kann.
Der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Thermoelementschenkel kann aus zwei oder
mehreren Schichten bestehen, die aus dem gleichen thermoelektrisch wirksamen Halbleitermaterial, jedoch
verschiedenen Dotierungen bestehen.
Des weiteren kann der erfindungsgemäß hergestellte
ίο Thermoelementschenkel aus ineinander übergehenden
Schichten verschiedener Zusammensetzung, also aus zwei hinsichtlich ihrer thermoelektrischen Eigenschaften
unterschiedlichen Halbleitermaterialien bestehen. Die Schenkel können nach den bekannten pulvermetallurgischen
Verfahren durch Zwei- oder Mehrfachfüllung der Matrize mit den hierfür vorgesehenen
Halbleitermaterialien erhalten werden. Die Verdichtung der Stoffe kann in einem einzigen Arbeitsgang
durchgeführt werden; das Pressen und Sintern kann entsprechend den Bedürfnissen bei niedrigen oder
höheren Temperaturen durchgeführt werden. An den Preß- und Sinterungsvorgang soll sich ein Nachpreß-
und ein Nachsinterungsprozeß anschließen.
Einige Ausführungsbeispiele für die Erfindung werden nachstehend an Hand von fünf Figuren näher
erläutert.
In F i g. 1 ist ein Thermoelementschenkel veranschaulicht, der durch Pressen und Sintern hergestellt
ist und aus zwei Schichten besteht. Die Schichten können dabei aus jedem thermoelektrisch wirksamen
Halbleitermaterial bestehen, z. B. aus einer intermetallischen Verbindung oder Mischkristallen
zweier oder mehrerer intermetallischer Verbindungen. Die beiden Schichten I und II unterscheiden sich in der
Dotierungskonzentration; und zwar ist die Dotierung auf der kalten Seite I für die Arbeitstemperatur
optimal und in der Schicht II auf der warmen Seite für die höhere Temperatur optimal. Ootimal bedeutet
hier, daß die Effektivität ζ — ~ für die mittlere Tem-
Λ
peratur der beiden Schichten maximal ist. <x Thermokraft,
K, speziell Wärmeleitfähigkeit, δ speziell elektrische Leitfähigkeit.)
In den F i g. 2 und 3 sind Beispiele dargestellt, bei denen der Thermoelementschenkel aus drei bzw. vier Schichten besteht. Eine mehrfache Unterteilung ist dann erforderlich, wenn der z-Wert eine starke Temperaturfunktion ist. Die Herstellung der unterteilten Thermoelementschenkel ist zwar auch aus einzelnen Schichten möglich, die aus geschmolzenen, homogenen, thermoelektrischen Halbleitermaterialien verschiedener Art und/oder Dotierungskonzentration bestehen. Diese einzelnen Schichten müssen aber dann durch Zusammenlöten zu einem Körper verbunden werden. Dadurch entstehen jedoch an den Grenzschichten Übergangswiderstände, die mitunter untragbar hoch werden können. Demgegenüber können die unterteilten, gemäß der Erfindung hergestellten Thermoelementschenkel in einem Arbeitsgang hergestellt werden, indem die einzelnen pulverförmigen Materialien nacheinander in eine Matrize gefüllt werden und die Schichten dann in einem einzigen Preßgang verdichtet und gesintert werden. Nach dem Sintern dieser Preßkörper ergibt sich infolge von
In den F i g. 2 und 3 sind Beispiele dargestellt, bei denen der Thermoelementschenkel aus drei bzw. vier Schichten besteht. Eine mehrfache Unterteilung ist dann erforderlich, wenn der z-Wert eine starke Temperaturfunktion ist. Die Herstellung der unterteilten Thermoelementschenkel ist zwar auch aus einzelnen Schichten möglich, die aus geschmolzenen, homogenen, thermoelektrischen Halbleitermaterialien verschiedener Art und/oder Dotierungskonzentration bestehen. Diese einzelnen Schichten müssen aber dann durch Zusammenlöten zu einem Körper verbunden werden. Dadurch entstehen jedoch an den Grenzschichten Übergangswiderstände, die mitunter untragbar hoch werden können. Demgegenüber können die unterteilten, gemäß der Erfindung hergestellten Thermoelementschenkel in einem Arbeitsgang hergestellt werden, indem die einzelnen pulverförmigen Materialien nacheinander in eine Matrize gefüllt werden und die Schichten dann in einem einzigen Preßgang verdichtet und gesintert werden. Nach dem Sintern dieser Preßkörper ergibt sich infolge von
Diffusionsvorgängen ein günstiger Übergang zwischen den einzelnen Schichten sowohl hinsichtlich der elektrischen
Leitfähigkeit als auch in bezug auf die Wärmeleitfähigkeit.
In F i g. 4 sind zwei der beschriebenen Schenkel zu einem zur Kühlung verwendeten Thermoelement zusammengesetzt,
hierbei besteht sowohl der n- als auch der p-Schenkel aus je zwei Schichten. Falls das p-Material
eine über den gesamten Temperaturbereich (kalt—warm) nahezu konstante Effektivität besitzt,
kann der p-Schenkel auch zur Gänze aus ein und demselben Material bestehen.
In F i g. 5 ist ein anderer Anwendungsfall, nämlich der der thermoelektrischen Stromerzeugung (Umwandlung
von Wärme in elektrischen Strom) angeben. Während die Temperaturdifferenzen zwischen der kalten
und warmen Seite bei der thermoelektrischen Kühlung nur etwa bis 100°C betragen, will man bei den
thermoelektrischen Stromerzeugern möglichst große Temperaturdifferenzen ausnutzen, z. B. die heißen
Abgase von Verbrennungsvorgängen od. dgl. Einem bei niedriger Temperatur günstigen Halbleitermaterial
(z: groß), z.B. Bi2Te3/Sb2Te3 (p-Typ) oder Bi2Te3/
Bi2Se3 (η-Typ) ist allein schon durch die Schmelztemperatur,
die bei 585°C liegt, eine Anwendungsgrenze gesetzt. Verwendet man ein Halbleitermaterial,
das infolge seiner hohen Schmelztemperatur oberhalb 600°C einsetzbar ist und in diesem Temperaturbereich
eine günstige Effektivität besitzt, wie z. B. PbTe, CdTe, ZnTe, so ist der z-Wert des gleichen Materials
im Tempsraturbereich der kalten Seite infolge der Temperaturabhängigkeit
des z-Wertes meist zu klein. Bei einem erfindungsgemäß hergestellten, aus zwei oder
mehreren Schichten bestehenden Thermoelementschenkel können jedoch Halbleitermaterialien verwendet
werden, die in dem verwendeten Temperaturbereich eine möglichst hohe (maximale) Effektivität
aufweisen. Dadurch ist es möglich, auch bei thermoelektrischen Stromerzeugern eine höhere Effektivität,
d. h. höhere Leistungen zu erzielen.
Claims (3)
1. Verfahren zum Herstellen von Thermoelementschenkeln, die in Richtung des durchfließenden
Stromes aus wenigstens zwei Schichten aus thermoelektrischem Halbleitermaterial verschiedener
Zusammensetzung aufgebaut sind, d adurch gekennzeichnet, daß in eine Preßmatrize Schichten aus pulverförmigem, thermoelektrischem
Halbleitermaterial mit unterschiedlicher Dotierungskonzentration und/oder unterschiedlichem
Dotiermaterial und/oder unterschiedlicher Zusammensetzung eingefüllt, durch Pressen
verdichtet und gesintert werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Anwendung des Warmpreßverfahrens.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die durch Pressen und Sintern erhaltenen
Thermoelementschenkel einem Nachpreß- und Nachsinterungsprozeß unterworfen werden.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DES0066600 | 1960-01-12 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE1414622A1 DE1414622A1 (de) | 1968-10-10 |
| DE1414622B2 true DE1414622B2 (de) | 1971-06-24 |
Family
ID=7498936
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE19601414622 Pending DE1414622B2 (de) | 1960-01-12 | 1960-01-12 | Verfahren zur herstellung von moelementschenkeln |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE1414622B2 (de) |
| GB (1) | GB907901A (de) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4022690A1 (de) * | 1989-07-18 | 1991-01-31 | Mitsubishi Metal Corp | Thermoelektrisches element und verfahren zur herstellung desselben |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3391030A (en) * | 1964-07-28 | 1968-07-02 | Monsanto Res Corp | Graphite containing segmented theremoelement and method of molding same |
| GB2228823B (en) * | 1988-11-16 | 1992-04-22 | George Lawrence Jones | Thermo-electric generators and heat pumps |
| AT503493A3 (de) * | 2007-06-21 | 2008-07-15 | Avl List Gmbh | Thermoelektrischer generator zur umwandlung thermischer energie in elektrische energie |
| US8957299B2 (en) * | 2011-01-24 | 2015-02-17 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Thermoelectric material including nano-inclusions, thermoelectric module and thermoelectric apparatus including the same |
| FR2977374B1 (fr) * | 2011-06-30 | 2014-04-18 | Michel Simonin | Element, module et dispositif thermo electrique, notamment destines a generer un courant electrique dans un vehicule automobile. |
| KR102001062B1 (ko) | 2012-01-16 | 2019-10-01 | 삼성전자주식회사 | 나노복합체형 열전재료, 이를 포함하는 열전모듈과 열전장치 |
-
1960
- 1960-01-12 DE DE19601414622 patent/DE1414622B2/de active Pending
-
1961
- 1961-01-12 GB GB1416/61A patent/GB907901A/en not_active Expired
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4022690A1 (de) * | 1989-07-18 | 1991-01-31 | Mitsubishi Metal Corp | Thermoelektrisches element und verfahren zur herstellung desselben |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE1414622A1 (de) | 1968-10-10 |
| GB907901A (en) | 1962-10-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| DE1539275B2 (de) | PeltiT-Element | |
| DE1200905B (de) | Verfahren zur Umwandlung von Waermeenergie in elektrische Energie und Thermoelement zur Durchfuehrung dieses Verfahrens | |
| DE112012003038T5 (de) | Thermoelektrisches Stapel-Wandlermodul | |
| DE618063C (de) | Verfahren zur Herstellung von Verbundmetallen | |
| DE1180015B (de) | Mittel zur elektrischen Isolierung und ther-mischen Kontaktierung bei einer nach dem Seebeck- oder Peltier-Effekt arbeitenden thermoelektrischen Batterie | |
| DE102017110313B4 (de) | Thermoelektrische Umwandlungsvorrichtungen | |
| DE69707038T2 (de) | Ein thermoelektrisches Umwandlungsmaterial und ein Herstellungsverfahren desselben | |
| DE1414622B2 (de) | Verfahren zur herstellung von moelementschenkeln | |
| CH407265A (de) | Thermoelektrischer Wandler | |
| DE2251938A1 (de) | Legierung zur thermoelektrischen energieumwandlung, verfahren zu deren herstellung und daraus gebildeter thermoelektrischer energieumwandler | |
| DE112011104153B4 (de) | Thermoelektrisches Wandlermaterial vom n-Typ umfassend ein Metallmaterial oder einen Sinterkörper daraus | |
| DE2519338B2 (de) | Verfahren zur Herstellung eines Thermoelements und dessen Anwendung | |
| DE1414622C (de) | Verfahren zum Herstellen von Ther moelementschenkeln | |
| AT232561B (de) | Gesinterter Thermoelementschenkel | |
| DE1539306C3 (de) | Thermoelektrischer Stromerzeuger | |
| DE102018107411A1 (de) | Thermoelektrisches umwandlungsmaterial und herstellungsverfahren desselben | |
| DE1489277A1 (de) | Thermoelektrische Halbleitervorrichtung | |
| DE1257436B (de) | Herstellung eines supraleitenden Bauelementes aus Niobstannid | |
| DE1508345A1 (de) | Lot zum Kontaktieren eines Koerpers aus einer Germanium-Silizium-Legierung und Verfahren zu seiner Herstellung | |
| DE840410C (de) | Verfahren zur Herstellung hochbeanspruchbarer Heissleiter | |
| DE1298286B (de) | Verfahren zur Herstellung einer thermoelektrischen Verbindung fuer den Gebrauch bei hohen Temperaturen | |
| DE2165169C3 (de) | Legierung, Herstellung derselben und Verwendung derselben für Vorrichtungen zur unmittelbaren thermoelektrischen Energieumwandlung | |
| AT216079B (de) | ||
| DE1181762B (de) | Den Seebeck- oder den Peltier-Effekt ausnutzende Halbleiteranordnung | |
| DE1223564B (de) | Thermoelektrische Legierung auf Tellurbasis und Verfahren zur Herstellung der Legierung |