DE19734471A1

DE19734471A1 - Thermoelektrisches Halbleiterelement und Herstellungsverfahren dafür

Info

Publication number: DE19734471A1
Application number: DE19734471A
Authority: DE
Inventors: Hitoshi Tauchi; Satoru Hori; Kazuo Ebisumori
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 1996-08-08
Filing date: 1997-08-08
Publication date: 1998-02-12
Also published as: JPH1056210A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein thermoelektri sches Element sowie auf ein Herstellungsverfahren dafür.

In der japanischen Offenlegungsschrift Nr. Sho 64-37456, wel che ungeprüft am 8. Februar 1989 veröffentlicht wurde, ist ein thermoelektrisches Element offenbart, welches sich in ei nem Sinterwerkstoff aus einem Mischkristallpulver befindet.

Jedoch ist der Durchmesser jedes Partikels des Pulvers, wel cher in einem Bereich von 10 bis 200 µm liegt, und somit in ihrer Gesamtheit die Summe der Grenzberührungsflächen zwi schen zwei benachbarten Partikeln relativ groß. Somit hat das herkömmliche thermoelektrische Element eine unzureichende me chanische Festigkeit.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein thermoelektrisches Element ohne einen derartigen Nachteil so wie ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen thermo elektrischen Elements bereitzustellen.

Die vorstehende Aufgabe wird durch ein thermoelektrisches Halbleiterelement gelöst, welches einen durch Heißextrusion eines thermoelektrischen Halbleiterkristalls hergestellten Sinterwerkstoff umfaßt.

Die vorliegende Erfindung wird nachstehend anhand beispiel hafter bevorzugter erfindungsgemäßer Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen genauer beschrie ben.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer zur Herstellung eines erfindungsgemäßen thermoelektrischen Elements verwendeten Heißextrusionsvorrichtung;

Fig. 2 die Art und Weise, wie eine Stange aus gesintertem Ma terial in Stücke geschnitten wird;

Fig. 3 ein Bild einer Gewebestruktur eines Querschnitts des gesinterten thermoelektrischen Elements gemäß einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform;

Fig. 4 ein Bild einer Gewebestruktur eines Querschnitts des gesinterten thermoelektrischen Elements gemäß einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform;

Fig. 5 ein Bild einer Gewebestruktur eines Querschnitts des gesinterten thermoelektrischen Elements gemäß einem ersten Vergleichsbeispiel;

Fig. 6 ein Bild einer Gewebestruktur eines Querschnitts des gesinterten thermoelektrischen Elements gemäß einem zweiten Vergleichsbeispiel.

Nachstehend wird die erste bevorzugte erfindungsgemäße Aus führungsform genau beschrieben.

Zunächst einmal werden Mengen der Rohmaterialien Bi, Te und Se mit jeweils einer Reinheit von 99,9% hergestellt, um eine Zusammensetzung aus Bi₂Te_2,85Se_0,15 zu bilden oder zusammenzu stellen. Diese Materialien werden in ein aus Quarzglas gefer tigtes Rohr eingeführt oder gegeben.

Anschließend wird zur Einstellung einer Arbeitsdichte (career density) eine derartige Menge an HgBr₂ zu den vorstehenden Materialien gegeben, daß das Verhältnis von Ersterem zu Let zeren 0,09 : 100 Gew.-% beträgt.

Danach wird mit einer Vakuumpumpe das Rohr evakuiert, um so darin ein Vakuum von nicht mehr als 13,3 Pa (0,1 Torr) zu er zeugen, und ein derartiges Rohr wird versiegelt.

Das erhaltene oder unter Vakuum gesetzte Rohr wird anschlie ßend für eine Zeitdauer von 1 Stunde auf eine derartige Weise in eine Schwingbewegung versetzt, daß das Rohr einer Tempera tur von 700°C ausgesetzt ist, so daß die vermischten Materia lien im Rohr nach dem Schmelzen verrührt werden. Die erhalte nen Materialien bilden nach dem Abkühlen eine Legierung eines thermoelektrischen Halbleiterkristalls.

Eine derartige Legierung eines thermoelektrischen Halbleiter kristalls wird anschließend unter Verwendung einer Schneide vorrichtung oder einer Schneidmühle (nicht gezeigt) zu Pulver zerkleinert, und man erhält Pulver eines thermoelektrischen Halbleiterkristalls (Pulverisierverfahren).

Die erhaltenen Pulver werden durch ein Sieb (nicht gezeigt) geleitet, um diejenigen auszuwählen, deren Durchmesser je weils nicht größer als 90 µm ist.

Die erhaltenen oder gesiebten Pulver des thermoelektrischen Halbleiterkristalls werden danach zur Heißpreßformung in ei ne in Fig. 1 gezeigte Heißextrusionsvorrichtung 10 überführt, wie nachstehend genauer ausgeführt wird.

Die Heißextrusionsvorrichtung 10 schließt eine Form 11 ein. Die Form 11 ist an ihrer äußeren Oberfläche mit einer an eine Stromversorgung (nicht gezeigt) angeschlossenen zylindrischen Heizvorrichtung 12 versehen. Wenn die Stromversorgung einge schaltet wird, wird der Heizvorrichtung 12 eine Strommenge zugeführt, um die Form 11 auf eine gewünschte Temperatur zu erhitzen.

In der Form 11 ist ein Innenraum 11a und ein Durchgang 11b bereitgestellt. Der Innenraum 11a hat einen zylindrischen Ab schnitt 111a mit einem Durchmesser von 20 mm sowie einen stumpfförmigen Boden 111b, dessen Verjüngungswinkel Θ relativ zu einer äußeren Peripherie des Durchgangs 11b auf 45 Grad festgelegt ist. Der zylindrische Abschnitt 111a hat eine Öff nung, welche in einer Ebene mit einer an der entgegengesetz ten Seite befindlichen oberen Oberfläche "B" der Form 11 liegt.

Der Durchgang 11b, dessen Durchmesser 2 mm beträgt, ist mit dem stumpfförmigen Boden 111b des Innenraums 11a verbunden und endet in einer Öffnung, welche in einer Ebene mit einer unteren Oberfläche "A" der Form 11 liegt.

An der Seite der oberen Oberfläche "B" der Form 11 ist ein Stempel 13 bereitgestellt. Der Stempel 13 hat die Form einer rund geformten Stange mit dem gleichen Durchmesser wie dem des zylindrischen Abschnitts 111a des Innenraums 11. Der Stempel 13 ist betriebsbereit mit einem betriebenen Motor oder einer hydraulisch betriebenen Vorrichtung verbunden, da mit er innerhalb des zylindrischen Abschnitts 111a des Innen raums 11a in wechselseitige Bewegungen entlang der Richtungen C und D gebracht wird.

Ein Temperaturfühler 14 ist zur Messung der Temperatur der Form 11 in einem unteren Abschnitt der Form 11 aufgenommen.

In der vorstehenden Vorrichtung wird die Form 11 durch eine Heizvorrichtung 12 auf eine Temperatur von 400°C erhitzt, und die erhaltene Temperatur bleibt während des Betriebs unverän dert. Der Stempel 13 wird so eingestellt, daß an den im In nenraum 11a aufgenommenen Pulvern ein Druck von 980 MPa (10 t/cm²) anliegt. Unter derartigen Bedingungen, wenn der Stem pel 13 in die durch das Bezugszeichen C angezeigte Abwärts richtung bewegt wird, werden die Pulver des thermoelektri schen Halbleiterkristalls unter einem derartige Druck und ei nem derartigen Erhitzen gesintert, was dazu führt, daß ein gesinterter thermoelektrischer Halbleiter 16 aus der Öffnung des Durchgangs 11b der Form 11 ausgegeben wird.

Der erhaltene oder gesinterte thermoelektrische Halbleiter 16, welcher einen im wesentlichen runden Querschnitt hat, wird nacheinander aus der Form 11 ausgegeben und wiederum, wie in Fig. 2 gezeigt, in mehrere Stücke 17 mit einer kon stanten axialen Länge geschnitten. Es sollte bemerkt werden, daß die Richtung des derartigen Schneidens die Herkunftsrich tung des gesinterten thermoelektrischen Halbleiters 16 im rechten Winkel kreuzt.

Nachstehend wird die zweite bevorzugte erfindungsgemäße Aus führungsform genau beschrieben.

Zunächst einmal werden Mengen der Rohmaterialien Bi, Sb und Te mit jeweils einer Reinheit von 99,9% hergestellt, um eine Zusammensetzung aus Bi_0,5Sb_1,5Te_3,15 zu bilden oder zusammenzu stellen. Diese Materialien werden in ein aus Quarzglas gefer tigtes Rohr eingeführt oder gegeben.

Die erhaltenen Pulver werden durch ein Sieb (nicht gezeigt) geleitet, um diejenigen auszuwählen, deren Durchmesser je weils nicht größer als 50 µm ist.

Die erhaltenen oder gesiebten Pulver des thermoelektrischen Halbleiterkristalls werden danach unter Verwendung der vor stehenden Vorrichtung 10 einer Heißpreßformung unter den Be dingungen, daß die Temperatur der Form 11 350°C und der Druck des Stempels 13 980 MPa (10 t/cm²) beträgt, unterzogen, und der gesinterte thermoelektrische Halbleiter, welcher einen im wesentlichen runden Querschnitt hat, wird nacheinander aus der Form 11 ausgegeben und wiederum, wie in Fig. 2 gezeigt, in mehrere Stücke 17 mit einer konstanten axialen Länge ge schnitten. Es sollte bemerkt werden, daß die Richtung des derartigen Schneidens die Herkunftsrichtung des gesinterten thermoelektrischen Halbleiters 16 im rechten Winkel kreuzt.

Nachstehend wird die dritte bevorzugte erfindungsgemäße Aus führungsform genau beschrieben.

Zunächst einmal werden Mengen der Rohmaterialien Bi, Sb, Te und Se mit jeweils einer Reinheit von 99,9% hergestellt, um eine Zusammensetzung aus Bi_1,6Sb_0,4Te_2,85Se_0,15 zu bilden oder zu sammenzustellen. Diese Materialien werden in ein aus Quarz glas gefertigtes Rohr eingeführt oder gegeben.

Anschließend wird zur Einstellung einer Arbeitsdichte eine derartige Menge an CuBr₂ zu den vorstehenden Materialien ge geben, daß das Verhältnis von Ersterem zu Letzeren 0,09 : 100 Gew.-% beträgt.

Die erhaltenen Pulver werden durch ein Sieb (nicht gezeigt) geleitet, um diejenigen auszuwählen, deren Durchmesser je weils nicht größer als 45 µm ist.

Die erhaltenen oder gesiebten Pulver des thermoelektrischen Halbleiterkristalls werden danach unter Verwendung der vor stehenden Vorrichtung 10 einer Heißpreßformung unter den Be dingungen, daß die Temperatur der Form 11 450°C und der Druck des Stempels 13 196 MPa (2 t/cm²) beträgt, unterzogen, und der gesinterte thermoelektrische Halbleiter, welcher einen im wesentlichen runden Querschnitt hat, wird nacheinander aus der Form 11 ausgegeben und wiederum, wie in Fig. 2 gezeigt, in mehrere Stücke 17 mit einer konstanten axialen Länge ge schnitten. Es sollte bemerkt werden, daß die Richtung des derartigen Schneidens die Herkunftsrichtung des gesinterten thermoelektrischen Halbleiters 16 im rechten Winkel kreuzt.

Nachstehend wird die vierte bevorzugte erfindungsgemäße Aus führungsform genau beschrieben.

Zunächst einmal werden Mengen der Rohmaterialien Bi, Te und Se mit jeweils einer Reinheit von 99,9% hergestellt, um eine Zusammensetzung aus Bi₂Te_2,7Se_0,3 zu bilden oder zusammenzu stellen. Diese Materialien werden in ein aus Quarzglas gefer tigtes Rohr eingeführt oder gegeben.

Anschließend wird zur Einstellung einer Arbeitsdichte eine derartige Menge an HgBr₂ zu den vorstehenden Materialien ge geben, daß das Verhältnis von Ersterem zu Letzeren 0,09 : 100 Gew.-% beträgt.

Die erhaltenen Pulver werden durch ein Sieb (nicht gezeigt) geleitet, um diejenigen auszuwählen, deren Durchmesser je weils 45-90 µm beträgt.

Die erhaltenen oder gesiebten Pulver des thermoelektrischen Halbleiterkristalls werden danach unter Verwendung der vor stehenden Vorrichtung 10 einer Heißpreßformung unter den Be dingungen, daß die Temperatur der Form 11 400°C und der Druck des Stempels 13 4,9·10³ MPa (50 t/cm²) beträgt, unterzogen, und der gesinterte thermoelektrische Halbleiter, welcher ei nen im wesentlichen runden Querschnitt hat, wird nacheinander aus der Form 11 ausgegeben und wiederum, wie in Fig. 2 ge zeigt, in mehrere Stücke 17 mit einer konstanten axialen Län ge geschnitten. Es sollte bemerkt werden, daß die Richtung des derartigen Schneidens die Herkunftsrichtung des gesinter ten thermoelektrischen Halbleiters 16 im rechten Winkel kreuzt.

Nachstehend wird die fünfte bevorzugte erfindungsgemäße Aus führungsform genau beschrieben.

Die erhaltenen Pulver werden durch ein Sieb (nicht gezeigt) geleitet, um diejenigen auszuwählen, deren Durchmesser je weils nicht größer als 10 µm ist.

Die erhaltenen oder gesiebten Pulver des thermoelektrischen Halbleiterkristalls werden danach unter Verwendung der vor stehenden Vorrichtung 10 einer Heißpressformung unter den Be dingungen, daß die Temperatur der Form 11 350°C und der Druck des Stempels 13 5,9·10³ MPa (60 t/cm²) beträgt, unterzogen, und der gesinterte thermoelektrische Halbleiter, welcher ei nen im wesentlichen runden Querschnitt hat, wird nacheinander aus der Form 11 ausgegeben und wiederum, wie in Fig. 2 ge zeigt, in mehrere Stücke 17 mit einer konstanten axialen Län ge geschnitten. Es sollte bemerkt werden, daß die Richtung des derartigen Schneidens die Herkunftsrichtung des gesinter ten thermoelektrischen Halbleiters 16 im rechten Winkel kreuzt.

Nachstehend wird die sechste bevorzugte erfindungsgemäße Aus führungsform genau beschrieben.

Zunächst einmal werden Mengen der Rohmaterialien Bi, Sb, Te und Se mit jeweils einer Reinheit von 99,9% hergestellt, um eine Zusammensetzung aus Bi_0,4Sb_1,6Te_2,85Se_0,15 zu bilden oder zu sammenzustellen. Diese Materialien werden in ein aus Quarz glas gefertigtes Rohr eingeführt oder gegeben.

Anschließend wird zur Einstellung einer Arbeitsdichte eine derartige Menge an Ag zu den vorstehenden Materialien gege ben, daß das Verhältnis von Ersterem zu Letzeren 0,016 : 100 Gew.-% beträgt.

Die erhaltenen Pulver werden durch ein Sieb (nicht gezeigt) geleitet, um diejenigen auszuwählen, deren Durchmesser je weils nicht größer als 120 µm ist.

Die erhaltenen oder gesiebten Pulver des thermoelektrischen Halbleiterkristalls werden danach unter Verwendung der vor stehenden Vorrichtung 10 einer Heißpressformung unter den Be dingungen, daß die Temperatur der Form 11 550°C und der Druck des Stempels 13 98 MPa (1 t/cm²) beträgt, unterzogen, und der gesinterte thermoelektrische Halbleiter, welcher einen im we sentlichen runden Querschnitt hat, wird nacheinander aus der Form 11 ausgegeben und wiederum, wie in Fig. 2 gezeigt, in mehrere Stücke 17 mit einer konstanten axialen Länge ge schnitten. Es sollte bemerkt werden, daß die Richtung des derartigen Schneidens die Herkunftsrichtung des gesinterten thermoelektrischen Halbleiters 16 im rechten Winkel kreuzt.

Nachstehend wird die siebte bevorzugte erfindungsgemäße Aus führungsform genau beschrieben.

Zunächst einmal werden Mengen der Rohmaterialien Bi, Sb und Te mit jeweils einer Reinheit von 99,9% hergestellt, um eine Zusammensetzung aus Bi_0,5Sb_1,5Te_3,0 zu bilden oder zusammenzu stellen. Diese Materialien werden in ein aus Quarzglas gefer tigtes Rohr eingeführt oder gegeben.

Die erhaltenen Pulver werden durch ein Sieb (nicht gezeigt) geleitet, um diejenigen auszuwählen, deren Durchmesser je weils 20-90 µm beträgt.

Die erhaltenen oder gesiebten Pulver des thermoelektrischen Halbleiterkristalls werden danach unter Verwendung der vor stehenden Vorrichtung 10 einer Heißpreßformung unter den Be dingungen, daß die Temperatur der Form 11 500°C und der Druck des Stempels 13 1,96·10³ MPa (20 t/cm²) beträgt, unterzogen, und der gesinterte thermoelektrische Halbleiter, welcher ei nen im wesentlichen runden Querschnitt hat, wird nacheinander aus der Form 11 ausgegeben und wiederum, wie in Fig. 2 ge zeigt, in mehrere Stücke 17 mit einer konstanten axialen Län ge geschnitten. Es sollte bemerkt werden, daß die Richtung des derartigen Schneidens die Herkunftsrichtung des gesinter ten thermoelektrischen Halbleiters 16 im rechten Winkel kreuzt.

Nachstehend wird die achte bevorzugte erfindungsgemäße Aus führungsform genau beschrieben.

Zunächst einmal werden Mengen der Rohmaterialien Bi, Sb und Te mit jeweils einer Reinheit von 99,9% hergestellt, um eine Zusammensetzung aus Bi_0,6Sb_1,4Te_3,25 zu bilden oder zusammenzu stellen. Diese Materialien werden in ein aus Quarzglas gefer tigtes Rohr eingeführt oder gegeben.

Die erhaltenen oder gesiebten Pulver des thermoelektrischen Halbleiterkristalls werden danach unter Verwendung der vor stehenden Vorrichtung 10 einer Heißpreßformung unter den Be dingungen, daß die Temperatur der Form 11 300°C und der Druck des Stempels 13 4,9·10³ MPa (50 t/cm²) beträgt, unterzogen, und der gesinterte thermoelektrische Halbleiter, welcher ei nen im wesentlichen runden Querschnitt hat, wird nacheinander aus der Form 11 ausgegeben und wiederum, wie in Fig. 2 ge zeigt, in mehrere Stücke 17 mit einer konstanten axialen Län ge geschnitten. Es sollte bemerkt werden, daß die Richtung des derartigen Schneidens die Herkunftsrichtung des gesinter ten thermoelektrischen Halbleiters 16 im rechten Winkel kreuzt.

Nachstehend wird das erste Vergleichsbeispiel genau beschrie ben.

Die erhaltenen Pulver werden durch ein Sieb (nicht gezeigt) geleitet, um diejenigen auszuwählen, deren Durchmesser je weils nicht größer als 37-74 µm ist.

Die erhaltenen oder gesiebten Pulver des thermoelektrischen Halbleiterkristalls werden danach mittels einem ht-Druckver fahren, bei welchem die Temperatur der Form 400°C und der Druck des Stempels 44,1 MPa (0,45 t/cm²) beträgt, in einen gesinterten thermoelektrischen Halbleiterkristall, welcher eine im wesentlichen runde Platte ist, überführt. Das erhal tene gesinterte Element wird wiederum in mehrere Stücke ge schnitten.

Nachstehend wird das zweite Vergleichsbeispiel genau be schrieben.

Zunächst einmal werden Mengen der Rohmaterialien Bi, Sb und Te mit jeweils einer Reinheit von 99,9% hergestellt, um eine Zusammensetzung aus Bi_0,5Sb_1,5Te_0,15 zu bilden oder zusammenzu stellen. Diese Materialien werden in ein aus Quarzglas gefer tigtes Rohr eingeführt oder gegeben.

Die erhaltenen Pulver werden durch ein Sieb (nicht gezeigt) geleitet, um diejenigen auszuwählen, deren Durchmesser je weils 20-150 µm beträgt.

Die erhaltenen oder gesiebten Pulver des thermoelektrischen Halbleiterkristalls werden danach mittels einem ht-Druckver fahren, bei welchem die Temperatur der Form 380°C und der Druck des Stempels 49 MPa (0,5 t/cm²) beträgt, in einen gesinterten thermoelektrischen Halbleiterkristall, welcher eine im wesentlichen runde Platte ist, überführt. Das erhal tene gesinterte Element wird wiederum in mehrere Stücke ge schnitten.

Nachstehend sind die Ergebnisse der vorstehenden Ausführungs formen und Vergleichsbeispiele erläutert.

Bei jeder der Ausführungsformen (1) bis (8) und jedem der Vergleichsbeispiele [1] und [2] wird ein Teststück herge stellt und seine Kompressionsfestigkeit, sein Seebeck-Effekt- Koeffizient und seine elektrische Leitfähigkeit gemessen. In der nachstehenden einzigen Tabelle sind diese Werte ebenso wie die Produktbedingungen aufgeführt. Entlang der Extrusi onsrichtung und der dazu senkrechten Richtung werden der See beck-Effekt-Koeffizient und die elektrische Leitfähigkeit für jedes der Teststücke der Ausführungsformen gemessen. Entlang der Preßrichtung und der dazu senkrechten Richtung werden der Seebeck-Effekt-Koeffizient und die elektrische Leitfähigkeit für jedes der Teststücke der heißgepreßten Vergleichsbeispie le gemessen. Die Testproben der thermoelektrischen Elemente gemäß der ersten Ausführungsform, der zweiten Ausführungs form, dem ersten Vergleichsbeispiel und dem zweiten Ver gleichsbeispiel sind auf mikrophotographische Art jeweils in den Fig. 3 (x 10000), 4 (x 10000), 5 (x 400) und 6 (x 400) ge zeigt, wobei "x" Vergrößerung bedeutet.

In der einzigen Tabelle ist gezeigt, daß jede der erfindungs gemäßen Ausführungsformen jedem Vergleichsbeispiel hinsicht lich der thermoelektrischen Eigenschaften überlegen ist. Die se Tatsachen scheinen wie nachstehend begründbar oder ableit bar zu sein. Im einzelnen ist, wie aus den Fig. 3-6 ersicht lich, der Durchmesser jedes gesinterten Pulvers des thermo elektrischen Halbleiters sehr klein oder beträgt in den mei sten Fällen weniger als 10 µm. Im Gegensatz dazu ist der Durchmesser jedes gesinterten Pulvers des thermoelektrischen Halbleiters gemäß der Vergleichsbeispiele vergleichsweise groß oder etwa 50 µm. Es erscheint vorstellbar, daß während der vorstehenden Extrusion des thermoelektrischen Halbleiters die Pulver umkristallisiert werden, was zu einer Vergrößerung der Kristallgrenzen im Kontaktbereich und zu einem Anstieg der elektrischen Leitfähigkeit führt.

Jede der erfindungsgemäßen Ausführungsformen ist jedem Ver gleichsbeispiel ebenfalls hinsichtlich der mechanischen Fe stigkeit oder Kompressionsfestigkeit überlegen. Dies scheint daraufzurückzuführen zu sein, daß bei den erfindungsgemäßen Ausführungsformen die Kontaktbereiche eines Fragments zu an deren größer als bei den Vergleichsbeispielen sind und daher das Voranschreiten von Rissen im gesinterten Element der er findungsgemäßen Ausführungsformen wahrscheinlich gestört ist.

Weiterhin ist die entlang der Extrusionsrichtung gemessene thermoelektrische Eigenschaft der in dazu senkrechter Rich tung gemessen überlegen, was daraufzurückzuführen ist, daß die C-Ebene (Spaltebene) parallel zur Extrusionsrichtung an geordnet zu sein scheint.

Zusammenfassend sind die folgenden Ergebnisse oder Vorzüge aus der vorstehenden Beschreibung oder Erläuterung ersicht lich.

Der Einsatz eines Heißextrusionsverfahrens zur Herstellung des Sinterwerkstoffs des thermoelektrischen Halbleiterele ments (Sinterprodukt) führt dazu, daß das erhaltene Sinter produkt sowohl hinsichtlich der thermoelektrischen Eigen schaft als auch hinsichtlich der mechanischen Festigkeit aus gezeichnet ist.

Das Schneiden des extrudierten Sinterwerkstoffs wird entlang einer senkrecht zur Extrusionsrichtung des Sinterwerkstoffs befindlichen Richtung durchgeführt, was dazu führt, daß meh rere Sinterprodukte mit unterschiedlicher Länge erhalten wer den können.

Die Heißextrusion zur Herstellung des Sinterwerkstoffs wird bei einer im Bereich von 200 bis 580°C liegenden Temperatur durchgeführt, wodurch eine stabile Herstellung des Sinterpro dukts ermöglicht wird. Der Grund hierfür ist, daß bei einer Temperatur unterhalb von 200°C jedes Partikel des Pulvers aufgrund von Umkristallisation kleiner wird und bei einer 580°C übersteigenden Temperatur das Pulver an sich schmilzt, wodurch die Heißextrusion unmöglich gemacht wird.

Der Extrusionsbereichsdruck zum Erreichen einer geeigneten Extrusionsgeschwindigkeit für eine gute Produktivität beträgt nicht weniger als 49 MPa (500 kg/cm²), was darauf zurückzu führen ist, daß ein geringerer Druck als 49 MPa (500 kg/cm²) zu einer außerordentlich niedrigen Extrusionsgeschwindigkeit führt.

Der Durchmesser des Sinterwerkstoffs des thermoelektrischen Halbleiterkristalls beträgt weniger als 10 µm, was zur Zunah me seiner mechanischen Festigkeit führt.

Der thermoelektrische Halbleiterkristall wird durch eine For mel Bi_xSb_yTe_zSe_a, wobei 0,35 × 0,65, 1,35 y 1,65, 2,65 z 3,3, 0 < a 0,35, oder durch eine Formel Bi_xSb_yTe_z dar gestellt, wobei 0,35 × 0,65, 1,35 y 1,65, 2,65 z 3,3, was dazu führt, daß die thermoelektrische Eigenschaft des thermoelektrischen Halbleitersinterwerkstoffs vom p-Typ beträchtlich erhöht ist.

Der thermoelektrische Halbleiterkristall wird durch eine For mel Bi_xSb_yTe_zSe_a, wobei 1,35 × 2,05, 0 y 0,65, 2,65 z 3,1, 0 < a 0,35, durch eine Formel Bi_xTe_zSe_a, wobei 1,35 × 2,05, 2,65 z 3,1, 0 < a 0,35, oder durch eine For mel Bi_xTe_z dargestellt, wobei 1,35 × 2,05, 2,65 z 3,1, was dazu führt, daß die thermoelektrische Eigenschaft des thermoelektrischen Halbleitersinterwerkstoffs vom n-Typ be trächtlich erhöht ist.

Es muß bemerkt werden, daß durch Weglassen des vorstehenden Pulverisierungsschritts ein Rohkörper der Legierung des ther moelektrischen Halbleiterkristalls in den Heißextrusions schritt eingeführt werden kann. Der Grund hierfür ist, daß ein derartiger Rohkörper durch den Druck des Stempels 13 wäh rend des Heißextrusionsschritts in den Pulverzustand über führt wird. Durch ein derartiges Weglassen des Pulverisie rungsschritts wird die Produktivität gesteigert.

Wie vorstehend beschrieben wird ein thermoelektrisches Halb leiterelement durch die folgenden Schritte erhalten: Extru dieren einer Legierung eines thermoelektrischen Halbleiter kristalls, welche in Form eines Pulvers oder eines Rohkörpers vorliegt, bei einer Temperatur zur Herstellung eines kontinu ierlichen Sinterwerkstoffs aus dem thermoelektrischen Halb leiterkristall, und Schneiden des erhaltenen Sinterwerkstoffs in mehrere Stücke.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines thermoelektrischen Halb leiterelements, gekennzeichnet durch die Schritte:
Extrudieren einer Legierung eines thermoelektrischen Halblei terkristalls bei einer Temperatur zur Herstellung eines kon tinuierlichen Sinterwerkstoffs aus dem thermoelektrischen Halbleiter; und
Schneiden des erhaltenen Sinterwerkstoffs in mehrere Stücke.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung des thermoelektrischen Halbleiterkristalls in Form eines Pulvers vorliegt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung des thermoelektrischen Halbleiters in Form ei nes Rohkörpers vorliegt.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Schneiden aus einer senkrecht zur Extrusionsrichtung des Sinterwerkstoffs befindlichen Richtung durchgeführt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur im Bereich von 200 bis 580°C liegt.

6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Extrusionsbereichsdruck nicht weniger als 49 MPa (500 kg/cm²) beträgt.

7. Thermoelektrisches Halbleiterelement, gekennzeichnet durch einen durch Heißextrusion erhaltenen Sinterwerkstoff eines thermoelektrischen Halbleiterkristalls.

8. Thermoelektrisches Halbleiterelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Sinterwerkstoffs des thermoelektrischen Halbleiterkristalls weniger als 10 µm beträgt.

9. Thermoelektrisches Halbleiterelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der thermoelektrische Halbleiterkristall durch eine Formel Bi_xSb_yTe_zSe_a dargestellt ist, wobei 0,35 × 0,65, 1,35 y 1,65, 2,65 z 3,3, 0 < a 0,35 ist.

10. Thermoelektrisches Halbleiterelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der thermoelektrische Halbleiterkristall durch eine Formel Bi_xSb_yTe_z dargestellt ist, wobei 0,35 × 0,65, 1,35 y 1,65, 2,65 z 3,3 ist.

11. Thermoelektrisches Halbleiterelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der thermoelektrische Halbleiterkristall durch eine Formel Bi_xSb_yTe_zSe_a dargestellt ist, wobei 1,35 × 2,05, 0 y 0,65, 2,65 z 3,1, 0 < a 0,35 ist.

12. Thermoelektrisches Halbleiterelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der thermoelektrische Halbleiterkristall durch eine Formel Bi_xTe_zSe_a dargestellt ist, wobei 1,35 × 2,05, 2,65 z 3,1, 0 < a 0,35 ist.

13. Thermoelektrisches Halbleiterelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der thermoelektrische Halbleiterkristall durch eine Formel Bi_xTe_z dargestellt ist, wobei 1,35 × 2,05, 2,65 z 3,1 ist.

14. Thermoelektrisches Halbleiterelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Sinterwerkstoff des thermoelektrischen Halbleiterkri stalls durch die Abfolge der Herstellung eines Rohmaterials als Pulver des thermoelektrischen Halbleiterkristalls, der Herstellung eines kontinuierlichen Sinterwerkstoffs des ther moelektrischen Halbleiterkristalls durch eine Heißextrusion und des Schneidens des erhaltenen Sinterwerkstoffs in mehrere Stücke erhalten wird.