JP2000252526A - Skutterudite thermoelectric material, thermocouple and manufacture thereof - Google Patents

Skutterudite thermoelectric material, thermocouple and manufacture thereof

Info

Publication number
JP2000252526A
JP2000252526A JP11185249A JP18524999A JP2000252526A JP 2000252526 A JP2000252526 A JP 2000252526A JP 11185249 A JP11185249 A JP 11185249A JP 18524999 A JP18524999 A JP 18524999A JP 2000252526 A JP2000252526 A JP 2000252526A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
thermoelectric material
compound
skutterudite
thermoelectric
powder
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.)
Granted
Application number
JP11185249A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2000252526A5 (en
JP3949848B2 (en
Inventor
Hiroki Kusakabe
弘樹 日下部
Masuo Takigawa
益生 瀧川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority to JP18524999A priority Critical patent/JP3949848B2/en
Publication of JP2000252526A publication Critical patent/JP2000252526A/en
Publication of JP2000252526A5 publication Critical patent/JP2000252526A5/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP3949848B2 publication Critical patent/JP3949848B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of manufacturing a sintered body which is formed of Co-Sb-filled skutterudite thermoelectric material that converts heat direct into electricity through a Seebeck effect, more improved in figure of merit, and lessened in thermal conduction. SOLUTION: Skutterudite thermoelectric material is composed of Sb- containing skutterudite compound crystal grains and metal oxide dispersed between grain boundaries and sintered into a sintered body. Metal oxide restrains crystal grains from growing in a sintering process, and a skutterudite compound is atomized into fine crystal grains which are 20 μm or less in average crystal grain diameter. The fine crystal grains are increased in grain boundary areas, phonon scattering is enhanced, and the sintered body is lessened in thermal conductivity and enhanced in figure of merit. Rare earth metal oxide is made to serve as the above metal oxide. The skutterudite compound contains a filled skutterudite compound whose composition is represented by a structural formula, LnyFexCo4-xSb12 (where Ln denotes rare earth metal, 0<X<=4, 0<y<=1).

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、ゼーベック効果に
よる熱を電気に直接変換するスカッテルダイト系熱電材
料とこれを利用した熱電カップル、並びに、その製造方
法に関する。
The present invention relates to a skutterudite-based thermoelectric material for directly converting heat due to the Seebeck effect into electricity, a thermoelectric couple using the same, and a method for producing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、ゼーベック効果及びペルチェ効果
を用いた熱電材料としては、Bi2 Te3系熱電材料が
よく知られており、一部の用途には実用化されてはいる
が、動作温度範囲が非常に狭く、室温付近での使用に限
られていた。
2. Description of the Related Art Hitherto, as a thermoelectric material utilizing the Seebeck effect and the Peltier effect, a Bi 2 Te 3 type thermoelectric material is well known, and although it has been put to practical use for some applications, its operating temperature is high. The range was very narrow and limited to use near room temperature.

【0003】また、熱電材料には、スカッテルダイト型
結晶構造を示すCoSb3 系金属間系化合物を利用した
ことも知られている。この系の化合物は、電子ないしホ
ールの移動度が大きいという特徴を有し、高い熱電変換
性能と広い動作温度範囲の両立が可能な材料として期待
されている。
It is also known that a CoSb 3 -based intermetallic compound having a skutterudite-type crystal structure is used as a thermoelectric material. The compound of this system has a feature that the mobility of electrons or holes is large, and is expected as a material that can achieve both high thermoelectric conversion performance and a wide operating temperature range.

【0004】熱電材料として重要な特性は、ゼーベック
係数S、導電率σ及び熱伝導率κをパラメータとして、
性能指数Z=S2σ/κで表されている。性能指数Zを
高めるには、熱電材料のS及びσが共に大きく、且つκ
が小さいことが望ましい。これらの各パラメーターは熱
電材料の主成分に対して添加する不純物の種類や量によ
って決定される。また、この他に、粒界に第二相として
不純物を分散させることによっても各パラメーターが変
化する。
The important properties of a thermoelectric material include the Seebeck coefficient S, the electrical conductivity σ, and the thermal conductivity κ as parameters.
The figure of merit Z = S 2 σ / κ. In order to increase the figure of merit Z, both S and σ of the thermoelectric material are large and κ
Is desirably small. Each of these parameters is determined by the type and amount of impurities added to the main component of the thermoelectric material. In addition, each parameter is changed by dispersing impurities as a second phase at the grain boundaries.

【0005】先行技術に関して、特開平9−26072
9号公報明細書には、CoSb3 を主成分とし、その粒
界に第二相として金属Sb相を含む焼結体により、導電
率σが改善されることが開示されている。
Regarding the prior art, Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-26072
No. 9 discloses that conductivity σ is improved by a sintered body containing CoSb 3 as a main component and a metal Sb phase as a second phase at a grain boundary thereof.

【0006】また、前記公報には、焼結体の製造方法と
して、金属Sb相を含むCoSb3系合金粉末を加圧成
形後、Sbの液相析出温度以上で熱処理することによっ
て、粒界にSb相が分散した焼結体とする方法が開示さ
れている。
In addition, the above publication discloses a method for producing a sintered body, in which a CoSb 3 -based alloy powder containing a metal Sb phase is subjected to pressure treatment and then heat-treated at a temperature equal to or higher than the liquid phase precipitation temperature of Sb, thereby forming a grain boundary. A method for forming a sintered body in which an Sb phase is dispersed is disclosed.

【0007】近年、LnT4Pn12 (Lnは希土類金
属、Tは遷移金属、Pnは、P、As、Sbなどの元
素)の式で示されるフィルドスカッテルダイト(filled
skutterudite)構造の化合物が、熱電材料として注目さ
れている。フィルドスカッテルダイトは、スカッテルダ
イト結晶の単位胞の八分割点(octant)に存在する2つ
の空孔の一部を希土類金属などの重い元素で充填した結
晶である。これは、スカッテルダイト型結晶の空孔に希
土類金属を充填することによって、Sbとの弱い結合に
よってCe原子が振動し、フォノンの散乱中心になるた
め、熱伝導率を大幅に低減することが期待できる。
In recent years, filled skutterudite represented by the formula of LnT 4 Pn 12 (Ln is a rare earth metal, T is a transition metal, and Pn is an element such as P, As, Sb, etc.)
Compounds having a (skutterudite) structure have attracted attention as thermoelectric materials. Filled skutterudite is a crystal in which a part of two vacancies existing at an octant of a unit cell of a skutterudite crystal is filled with a heavy element such as a rare earth metal. This is because, by filling the vacancy of the skutterudite-type crystal with a rare earth metal, the Ce atom vibrates due to a weak bond with Sb and becomes a phonon scattering center, so that the thermal conductivity can be significantly reduced. Can be expected.

【0008】これに関する先行技術について、例えば、
D.T.Morelli, G.P.Meisner; " Highfigure of merit in
Ce-filled Skutterdite", I.E.E.E., 15th Internatio
nalConference on Thermoelectronics (1996),pp 91
は、Ceを充填しCoの一部をFeで置換したCeFe
xCo4-xSb12系スカッテルダイトの熱電材料の特性を
開示している。これによると、Coに対するFeの置換
数xが2〜4の範囲で大きくなるほど、導電率は高く、
熱伝導率は小さくなるが、ゼーベック係数が小さくなる
ので、最も高い性能指数には、置換数には最適な範囲が
ある。
[0008] Regarding prior art relating to this, for example,
DTMorelli, GPMeisner; "Highfigure of merit in
Ce-filled Skutterdite ", IEEE, 15th Internatio
nalConference on Thermoelectronics (1996), pp 91
Is CeFe filled with Ce and a part of Co is replaced with Fe
It discloses the characteristics of the x Co 4-x Sb 12 based discussions ether Daito thermoelectric material. According to this, the larger the substitution number x of Fe for Co in the range of 2 to 4, the higher the conductivity,
Although the thermal conductivity is low, the Seebeck coefficient is low, so that the highest figure of merit has an optimal range for the number of substitutions.

【0009】これらの材料を熱電モジュールとして使用
するためには、Co−Sb系フィルドスカッテルダイト
系熱電材料でp−nジャンクションを作るのが好都合で
あるが、希土類を充填したフィルドスカッテルダイト構
造はp型の熱電材料として利用できる。
In order to use these materials as a thermoelectric module, it is convenient to form a pn junction with a Co-Sb-based filled skutterudite-based thermoelectric material, but a filled skutterudite structure filled with a rare earth element is preferred. Can be used as a p-type thermoelectric material.

【0010】熱電材料を利用した熱電モジュールについ
ては、特開平9−64422号には、Co―Pt―Sb
系化合物をn型とし、n型にPbTe系化合物を利用
し、両化合物材料が、直接に又は金属導体を介して間接
に、p−n接合されことが開示されている。この方法
は、両方の化合物粉末が尖端部で接合するよう一体にプ
レス成形して、馬蹄形成形体を焼結してモジュールを製
造する。
Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-64422 discloses a thermoelectric module using a thermoelectric material.
It is disclosed that a PbTe-based compound is used for the n-type compound and that both compound materials are directly or indirectly connected via a metal conductor in a pn junction. In this method, both compound powders are pressed together so as to join at a point, and the horseshoe-shaped form is sintered to produce a module.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】従来、CoSb3 系熱
電材料に第二相として、Sb相を分散した材料は、導電
率σは高くなるのであるが、ゼーベック係数Sが低下
し、パワーファクタS2 σはさほど改善されない。ま
た、Sb相の分散は、熱伝導率κを低減させない。Co
Sb3 系熱電材料のさらなる性能向上のためには低熱伝
導率化という課題が残されていた。また、混合するSb
相の粒径によっては、分散が不均一となり偏析とこれに
伴う性能の不安定の問題が生じる。
Conventionally, a material in which an Sb phase is dispersed as a second phase in a CoSb 3 -based thermoelectric material has a higher conductivity σ, but a lower Seebeck coefficient S and a lower power factor S 2 σ is not significantly improved. Further, the dispersion of the Sb phase does not reduce the thermal conductivity κ. Co
In order to further improve the performance of the Sb 3 -based thermoelectric material, the problem of lowering the thermal conductivity has been left. Also, Sb to be mixed
Depending on the particle size of the phase, the dispersion becomes non-uniform, causing a problem of segregation and accompanying performance instability.

【0012】フィルドスカッテルダイト構造は、優れた
性能が期待できるが、熱的に不安定であり、分解しやす
いという問題がある。重い原子を空の1つの八分割点に
希土類元素を充填するためには、セルにおける電荷がバ
ランスされる必要がある。例えば、4価の原子Lnを充
填する場合には、スカッテルダイト構造の2価のCo原
子4個を、例えば、3価のFe原子4個と置換すること
により、電荷補償をすることができる。FeとSbだけ
ではスカッテルダイト構造は得られないので、結晶中の
充填元素の電子価数が一定でない場合には、フィルドス
カッテルダイト構造の一部分がFeSb2とSbに分解
する可能性がある。また、フォノン中心として作用する
には、充填元素はSbと弱い結合をしている必要がある
が、このことは、熱的に不安定な結合であり、高温では
充填元素の脱落により分解が発生する問題があった。
The filled skutterudite structure can be expected to have excellent performance, but has a problem that it is thermally unstable and is easily decomposed. In order for heavy atoms to fill one empty octant with rare earth elements, the charge in the cell needs to be balanced. For example, when filling with tetravalent atoms Ln, charge compensation can be performed by replacing four divalent Co atoms in the skutterudite structure with, for example, four trivalent Fe atoms. . Since Fe and Sb alone cannot provide a skutterudite structure, if the electron valence of the filling element in the crystal is not constant, a part of the filled skutterudite structure may decompose into FeSb 2 and Sb. . In order to act as a phonon center, the filler element must have a weak bond with Sb. This is a thermally unstable bond, and decomposition occurs at high temperatures due to dropout of the filler element. There was a problem to do.

【0013】また、これらの材料を、熱電モジュールと
して組み立てて使用するためには、二種類の熱電材料で
p−nジャンクションを作る必要がある。従来、n型に
関しては、CoSb3 結晶にPdやPtを添加すること
によって、高いゼーベック係数Sと高い導電率σとを両
立することのできる材料が報告されている(特開平8−
186294号公報明細書参照)。しかし、p型の熱電
材料にするために、CoSb3 結晶に鉄族遷移金属M
n、Cr、Fe、Ru等の金属元素を添加することが考
えられるが、これらの金属の添加は、ゼーベック係数S
が急激に低下するため、パワーファクタとしては向上さ
れていない。p型としては、従来の熱電材料は性能には
不満であった。
In order to assemble and use these materials as a thermoelectric module, it is necessary to form a pn junction with two types of thermoelectric materials. Conventionally, as for the n-type, there has been reported a material which can achieve both a high Seebeck coefficient S and a high conductivity σ by adding Pd or Pt to a CoSb 3 crystal (Japanese Unexamined Patent Application Publication No. Hei 8 (1996) -108).
186294). However, in order to obtain a p-type thermoelectric material, the CoSb 3 crystal has an iron group transition metal M
It is conceivable to add metal elements such as n, Cr, Fe, and Ru.
Is sharply reduced, so that the power factor is not improved. As a p-type, conventional thermoelectric materials have been unsatisfactory in performance.

【0014】また、フィルドスカッテルダイト系熱電材
料は、希土類を充填したフィルドスカッテルダイト構造
はp型であり、n型に関してはCoを添加しキャリア濃
度を制御する方法が試みられているが、未だ良好な結果
は得られていない。
Further, in the filled skutterudite-based thermoelectric material, a filled skutterudite structure filled with a rare earth element is of a p-type, and for n-type, a method of adding Co to control the carrier concentration has been attempted. Good results have not yet been obtained.

【0015】さらに、スカッテルダイト系熱電材料のよ
うに、高温で使用する材料をモジュール化する場合、高
温端でのp−n接合には、直接接合や鑞付けなどの方法
が用いられていたが、熱電材料との熱膨張係数の違いに
よって、高温で接触不良や断線を生じるという問題があ
った。
Further, when a material used at a high temperature, such as a skutterudite-based thermoelectric material, is modularized, a method such as direct bonding or brazing has been used for the pn junction at the high temperature end. However, there is a problem that contact failure or disconnection occurs at high temperatures due to the difference in the coefficient of thermal expansion from the thermoelectric material.

【0016】本発明は、前記問題に鑑み、第1に、Co
−Sb系のフィルドスカッテルダイト系熱電材料の性能
指数をさらに向上させるようなフィルドスカッテルダイ
ト系焼結体と、その製造方法を提供することを目的とす
る。このためには、本発明は、フィルドスカッテルダイ
ト系焼結体の熱安定性を向上しながら、熱伝導率をさら
に低減することを目的とする。
[0016] In view of the above problems, the present invention firstly provides Co
An object of the present invention is to provide a filled skutterudite-based sintered body that further improves the figure of merit of a -Sb-based filled skutterudite-based thermoelectric material, and a method for manufacturing the same. For this purpose, an object of the present invention is to further reduce the thermal conductivity while improving the thermal stability of a filled skutterudite-based sintered body.

【0017】本発明は、第2に、CoとSbの粉末、あ
るいはCoSb3 系化合物粉末に、遷移金属を均一に分
散し、熱処理によってCoSb3 系焼結体とする製造方
法を提供しようとするものである。
The second object of the present invention is to provide a method for producing a CoSb 3 -based sintered body by uniformly dispersing a transition metal in Co and Sb powders or CoSb 3 -based compound powders and heat-treating the same. Things.

【0018】本発明は、フィルドスカッテルダイト系熱
電材料の性能指数をさらに向上させるようなフィルドス
カッテルダイト系焼結体と、その製造方法を提供するこ
とを目的とする。また、スカッテルダイト系熱電材料を
用いた信頼性の高い熱電モジュールとその製造方法を提
供することを目的とする。そのためには、本発明は、接
合部が信頼性の高いp−n接合を提供するものである。
An object of the present invention is to provide a filled skutterudite-based sintered body that further improves the figure of merit of the filled skutterudite-based thermoelectric material, and a method of manufacturing the same. Another object of the present invention is to provide a highly reliable thermoelectric module using a skutterudite-based thermoelectric material and a method for manufacturing the same. For this purpose, the present invention provides a pn junction having a highly reliable junction.

【0019】[0019]

【課題を解決するための手段】本発明は、Sb含有スカ
ッテルダイト熱電材料について、焼結体をスカッテルダ
イトの微細化された結晶粒から構成し、これにより、焼
結体の結晶粒径に対する結晶粒界の面積が大きくなり粒
界におけるフォノンの散乱を促進して、熱電材料として
の熱伝導率を低下させる。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention relates to a Sb-containing scatteludite thermoelectric material, wherein the sintered body is composed of finely divided crystal grains of skatteludite, whereby the crystal grain size of the sintered body is obtained. , The area of the crystal grain boundary with respect to is increased, and the scattering of phonons at the grain boundary is promoted, and the thermal conductivity as a thermoelectric material is reduced.

【0020】本発明の熱電材料は、スカッテルダイト結
晶相の粒界に金属酸化物の微細粒子を分散させた焼結体
とする。金属酸化物の粒子は、焼結過程での結晶粒成長
を抑え、結晶相を微細粒とし、熱電材料の熱伝導率を低
下させる。
The thermoelectric material of the present invention is a sintered body in which fine particles of a metal oxide are dispersed at grain boundaries of a skutterudite crystal phase. The metal oxide particles suppress the growth of crystal grains during the sintering process, make the crystal phase finer, and lower the thermal conductivity of the thermoelectric material.

【0021】即ち、金属酸化物相は、CoSb3系化合
物相の粒界に存し、焼結過程でのCoSb3 結晶の粒成
長を抑制して、焼結体を緻密な焼結組織とする。これに
より、焼結体の結晶粒径に対する結晶粒界の面積が大き
くなり粒界におけるフォノンの散乱を促進して、熱伝導
率を低下させる。粒界に存在する多数の酸化物粒子自体
も、フォノン散乱を生じ、熱伝導率を低下させる。この
ようにして、金属酸化物相は、スカッテルダイト型の熱
電材料としての性能指数を向上させ、熱電素子の熱電変
換効率を向上させる。
That is, the metal oxide phase exists at the grain boundary of the CoSb 3 -based compound phase, and suppresses the grain growth of the CoSb 3 crystal during the sintering process, so that the sintered body has a dense sintered structure. . As a result, the area of the crystal grain boundary with respect to the crystal grain size of the sintered body is increased, and the scattering of phonons at the grain boundary is promoted, and the thermal conductivity is reduced. The large number of oxide particles present at the grain boundaries themselves also cause phonon scattering and lower the thermal conductivity. Thus, the metal oxide phase improves the figure of merit as a skutterudite-type thermoelectric material and improves the thermoelectric conversion efficiency of the thermoelectric element.

【0022】金属酸化物には、特に、希土類金属の酸化
物を利用する。少量の希土類金属は、粒界に析出したと
きに、ゼーベック係数Sを向上させる。希土類金属等の
原子量の大きい粒子は、電子及びホールの散乱指数を増
加させ、これにより、ゼーベック係数Sも高める。
As the metal oxide, in particular, a rare earth metal oxide is used. A small amount of rare earth metal, when precipitated at the grain boundary, improves the Seebeck coefficient S. Large atomic weight particles, such as rare earth metals, increase the electron and hole scattering indices, thereby increasing the Seebeck coefficient S.

【0023】本発明において、CoとSbを主成分とす
るCoSb3系化合物に遷移金属を含有するのが好まし
い。遷移金属は、Coの一部と置換して、ゼーベック係
数Sを変え、その値を向上させる。遷移金属は、p型ド
ーパントとして、Cr、Mn、Fe、Ruが利用され
る。n型トーパントとして、Ni族(Ni、Pd、P
t)や貴金属(Cu、Ag、Au)を使用する。
In the present invention, the CoSb 3 compound containing Co and Sb as main components preferably contains a transition metal. The transition metal replaces part of Co to change the Seebeck coefficient S and improve its value. As the transition metal, Cr, Mn, Fe, and Ru are used as p-type dopants. As an n-type toppant, Ni group (Ni, Pd, P
t) and noble metals (Cu, Ag, Au) are used.

【0024】Sb含有スカッテルダイト系化合物は、L
yFexCo4-xSb12系のフィルドスカッテルダイト
を含むが、本発明においては、フィルドスカッテルダイ
ト結晶が分解するのを防止して、分解による熱電性能の
低下を防止する。熱電材料は、特に、FeSb2及びS
b等の析出相を低減して、これにより、熱伝導率を低下
させる。
The Sb-containing skutterudite compound is L
including n y Fe x Co 4-x Sb 12 system filled discussions ether Daito, in the present invention, to prevent the filled discussions ether phosphoramidite crystals decompose, to prevent deterioration of the thermoelectric performance due to decomposition. Thermoelectric materials are, in particular, FeSb 2 and S
b) to reduce the precipitation phase, thereby lowering the thermal conductivity.

【0025】このような分解は、焼結に至る過程で、熱
電材料内の酸素により、フィルドスカッテルダイト結晶
中の充填元素Lnが酸化されて結晶格子から除去され、
これに起因して不安定なフィルドスカッテルダイト構造
の一部分がFeSb2とSbに分解されるためである。
このために、本発明は、原料調整から焼結に至る過程を
非酸化性雰囲気中で行う。
In the decomposition process, the filler element Ln in the filled skutterudite crystal is oxidized and removed from the crystal lattice by oxygen in the thermoelectric material in the process of sintering.
Due to this, a part of the unstable filled skutterudite structure is decomposed into FeSb 2 and Sb.
For this purpose, in the present invention, the process from raw material preparation to sintering is performed in a non-oxidizing atmosphere.

【0026】本発明のフィルドスカッテルダイト系熱電
材料は、ドーパントとしてNi、Pd、Ptのいずれか
の元素を選択し、LnyFex4-xSb12系の化合物を
利用する。Coを添加した場合に安定なCoSb3相が
生成され、格子へのLnの充填が不充分になるのが、N
iやPdは、Sbとの安定な化合物が存在しないため
に、完全なドーパントとして作用する。従って、第2相
を生成せずにキャリア濃度の制御が可能となり、n型フ
ィルドスカッテルダイト系熱電材料を得ることができ
る。
The filled discussions ether phosphoramidite based thermoelectric material of the present invention, Ni, Pd, and any element Pt was selected as the dopant, utilizing Ln y Fe x M 4-x Sb 12 based compounds. When Co is added, a stable CoSb 3 phase is generated and the lattice is insufficiently filled with Ln.
i and Pd act as perfect dopants because there is no stable compound with Sb. Therefore, the carrier concentration can be controlled without generating the second phase, and an n-type filled skutterudite-based thermoelectric material can be obtained.

【0027】本発明の熱電カップルは、Sb含有スカッ
テルダイト系結晶を有するp型とn型の2種類の熱電材
料から、直接接合により形成され、両者が同質で熱膨張
差が非常に小さいから、接合部での割れや分離のない安
定した熱電カップルを提供する。このようなカップル
は、低温側の部位を金属導体で接続して直列配置にし
て、熱電モジュールとして利用される。
The thermoelectric couple of the present invention is formed by direct bonding from two types of thermoelectric materials of p-type and n-type having Sb-containing skutterudite-based crystals, since both are of the same material and have a very small difference in thermal expansion. Provide a stable thermoelectric couple without cracking or separation at the joint. Such a couple is used as a thermoelectric module by connecting the parts on the low temperature side with a metal conductor and arranging them in series.

【0028】[0028]

【発明の実施の形態】本発明のSb含有スカッテルダイ
トには、InSb3系、CoSb3系のスカッテルダイ
ト、LnyFexCo4-xSb12系等のSb主要成分とし
て含むフィルドスカッテルダイト化合物を含む。Coを
Ni、Pd、Ptのいずれかの元素で置換したLny
x4-xSb12系の化合物も利用される。
The Sb-containing discussions ether Daito DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention comprises InSb 3 system, CoSb 3 based discussions ether phosphoramidite, as Sb major component of 12 system or the like Ln y Fe x Co 4-x Sb Firudosuka' Contains terdite compounds. Ln y F was substituted for Co Ni, Pd, in any element Pt
Compounds of e x M 4-x Sb 12 system is also used.

【0029】熱電材料は、上記の化合物の焼結体であ
り、焼結体は、平均結晶粒度を、100μm以下に制限
される。平均結晶粒度が100μmを越えると、特に、
熱伝導度が上昇するので好ましくない。特に、20μm
以下の結晶粒度が、熱伝導度の低下に有効である。特
に、結晶粒度5〜10μmの範囲に調整される。この焼
結体の結晶粒度は、原料粉末の粒径も、予めこの粒度範
囲に調整し、酸化物の配合により、焼結中の成長を抑制
することにより得られる。
The thermoelectric material is a sintered body of the above compound, and the sintered body is limited to an average crystal grain size of 100 μm or less. When the average grain size exceeds 100 μm,
It is not preferable because the thermal conductivity increases. In particular, 20 μm
The following grain sizes are effective in reducing the thermal conductivity. In particular, the grain size is adjusted to a range of 5 to 10 μm. The crystal grain size of the sintered body can be obtained by previously adjusting the particle size of the raw material powder to this range, and suppressing the growth during sintering by compounding the oxide.

【0030】本発明の熱電材料は、上記のスカッテルダ
イトの結晶粒と、粒界に分散した金属酸化物とから成る
焼結体として構成される。金属酸化物は、原料粒子中に
含まれ、焼結加熱時の主相粒子の粒成長や拡散を抑制す
る。原料のスカッテルダイト系化合物の粉末粒径を予め
微細に調製することにより、焼結体は微細結晶が得られ
る。
The thermoelectric material of the present invention is constituted as a sintered body composed of the above-mentioned skutterudite crystal grains and a metal oxide dispersed in the grain boundaries. The metal oxide is contained in the raw material particles, and suppresses grain growth and diffusion of the main phase particles during sintering heating. By finely adjusting the powder particle size of the raw material skutterudite-based compound in advance, fine crystals can be obtained in the sintered body.

【0031】結晶粒の微細化は、熱伝導率κをさらに低
下させることができ、性能指数を向上させることができ
る。即ち、焼結体の結晶粒径に対する結晶粒界の面積が
大きくなり粒界におけるフォノンの散乱を促進して、熱
伝導率を低下させ、熱電材料としての性能指数を向上さ
せるのである。結晶粒界に散乱する酸化物粒子自体も、
また、フォノンの散乱中心として作用し、熱伝導率の低
下に寄与する。
The refinement of the crystal grains can further reduce the thermal conductivity κ and improve the figure of merit. That is, the area of the crystal grain boundary with respect to the crystal grain size of the sintered body increases, and phonon scattering at the grain boundary is promoted, the thermal conductivity is reduced, and the figure of merit as a thermoelectric material is improved. Oxide particles themselves scattered at the crystal grain boundaries,
In addition, it acts as a phonon scattering center and contributes to a decrease in thermal conductivity.

【0032】金属酸化物は、安定な金属酸化物が利用で
きるが、好ましくは、希土類金属の酸化物が使用され
る。希土類金属の酸化物粒子自体も、結晶粒界に存在し
てゼーベック係数を高めることができる。希土類金属に
は、La、Ce、Smが使用され、特に、Ceが好まし
い。
As the metal oxide, a stable metal oxide can be used, but an oxide of a rare earth metal is preferably used. The rare earth metal oxide particles themselves are present at the crystal grain boundaries and can increase the Seebeck coefficient. La, Ce, and Sm are used as the rare earth metal, and Ce is particularly preferred.

【0033】このような金属酸化物の分散は、後述のよ
うに、不安定なフィルドスカッテルダイト系電熱材料に
おいては、焼結過程で粒子間の拡散が抑制されるので、
フィルドスカッテルダイト系化合物の不安定性を克服で
き、その熱的な安定性も向上する。
As described later, in the case of an unstable filled skutterudite-based electrothermal material, the dispersion of the metal oxide is suppressed during the sintering process.
The instability of the field skutterudite compound can be overcome, and its thermal stability is also improved.

【0034】金属酸化物は、好ましくは、熱電材料中に
0.1〜15%(重量)が含まれる。0.1%未満で
は、粒成長抑制効果は小さく、15%を越えると効果は
飽和する。好ましくは、酸化物含有量は、1〜10%の
範囲がよい。
The metal oxide preferably contains 0.1 to 15% (by weight) in the thermoelectric material. If it is less than 0.1%, the effect of suppressing grain growth is small, and if it exceeds 15%, the effect is saturated. Preferably, the oxide content is in the range of 1-10%.

【0035】上記熱電材料は、Sbを含むスカッテルダ
イトの粉末又はその構成原料と、分散されるべき金属酸
化物との混合粉から、予め成形体を形成し、これを焼結
して焼結体とする。原料粉末は、例えば、スカッテルダ
イトがCoSb3化合物であるときには、予め溶製され
たCoSb3化合物粒子が利用でき、又は、CoSb3
成に配合調整した金属CoとSbの混合粉であってもよ
い。
The above-mentioned thermoelectric material is formed in advance from a mixed powder of Sb-containing skutterudite powder or its constituent materials and a metal oxide to be dispersed, and this is sintered and sintered. Body. Raw material powder, for example, when discussions ether phosphoramidite is CoSb 3 compound is available CoSb 3 compound particles in advance ingot is or even mixed powder metal Co and Sb formulated adjusted to CoSb 3 composition Good.

【0036】本発明においては、混合法には、スカッテ
ルダイトの原料粉末に、当該金属を含む水溶液からの沈
降法により水酸化物などの不溶性金属化合物を沈殿分散
させる方法が採用される。不溶性金属化合物から加熱分
解された金属酸化物の粒子は、スカッテルダイト粒子よ
りも微細であり、且つスカッテルダイト粒子に均一に分
散される。焼結により成形された焼結体には、微細な結
晶粒の粒界に微細な酸化物粒子を配置することが可能と
なる。
In the present invention, as a mixing method, a method is employed in which an insoluble metal compound such as a hydroxide is precipitated and dispersed in a raw material powder of skutterudite by a precipitation method from an aqueous solution containing the metal. The metal oxide particles thermally decomposed from the insoluble metal compound are finer than the scatteludite particles, and are uniformly dispersed in the skatteludite particles. In a sintered body formed by sintering, fine oxide particles can be arranged at grain boundaries of fine crystal grains.

【0037】沈降法においては、酸化物を得ようとする
金属の塩又は水酸化物の水溶液中に、主相となるスカッ
テルダイト系結晶粉末を均一に分散し、これにpH調整
をして、不溶性の微細結晶として沈殿させ、沈降時に、
主相結晶表面に付着させる方法である。
In the sedimentation method, a skutterudite-based crystal powder as a main phase is uniformly dispersed in an aqueous solution of a metal salt or hydroxide from which an oxide is to be obtained, and the pH thereof is adjusted. , Precipitated as insoluble fine crystals,
This is a method of attaching to the main phase crystal surface.

【0038】例えば、金属の塩化物水溶液を使用し、こ
れに少量のアンモニア水を加えることによって、主相粒
子の周囲に金属水酸化物を均一に付着させることができ
る。得られた混合物は、加熱分解することによって主相
の表面に金属酸化物が均一にかつ薄く分散された混合粉
末を得るものである。沈降法を用いることによって、微
量の金属酸化物の均一分散が可能となり、成形後の焼結
により焼結対組織の主晶の粒界を酸化物層が取り囲むよ
うな組織が得られる。
For example, by using a metal chloride aqueous solution and adding a small amount of aqueous ammonia thereto, the metal hydroxide can be uniformly attached around the main phase particles. The obtained mixture is subjected to thermal decomposition to obtain a mixed powder in which the metal oxide is uniformly and thinly dispersed on the surface of the main phase. By using the sedimentation method, a minute amount of metal oxide can be uniformly dispersed, and a structure in which the oxide layer surrounds the grain boundary of the main crystal of the sintered structure by sintering after forming can be obtained.

【0039】上記の金属酸化物の均一分散は、フィルド
スカッテルダイト系の熱電材料にも適用されるが、上記
同様に、粒界に分散した金属酸化物は、焼結過程での粒
子間の拡散も抑制されるために、フィルドスカッテルダ
イト系化合物の分解を抑制して、その熱的な安定性も向
上するものである。
The above-mentioned uniform dispersion of the metal oxide is also applied to a filled skutterudite-based thermoelectric material. However, similarly to the above, the metal oxide dispersed at the grain boundary is formed between the particles during the sintering process. Since diffusion is also suppressed, decomposition of the filled skutterudite compound is suppressed, and the thermal stability is also improved.

【0040】本発明の別の実施形態は、特に、CoSb
3系について、スカッテルダイト系化合物の結晶に遷移
金属を含有するCoSb3系熱電材料を含む。このよう
な遷移金属には、CoSb3系スカッテルダイト化合物
をp型に保持するドーパントとしてMn、Cr、Fe、
Ruが利用される。遷移金属の置換量は、スカッテルダ
イト中1molのCoのうちの0.001〜0.01m
olの範囲がよい。本来、CoSb3スカッテルダイト
自体は、p型であるが、これに、Mn、Cr、Fe、R
uを添加してゼーベック係数Sを高めて、パワーファク
ターを向上することができる。
Another embodiment of the present invention is, in particular, CoSb
For the 3 series, a CoSb 3 -based thermoelectric material containing a transition metal in the crystal of the skutterudite-based compound is included. Such transition metals include Mn, Cr, Fe, as dopants for keeping the CoSb 3 -based skutterudite compound in p-type.
Ru is used. The substitution amount of the transition metal is 0.001 to 0.01 m of 1 mol of Co in skatteludite.
The range of ol is good. Originally, CoSb 3 skutterudite itself is p-type, but this is because Mn, Cr, Fe, R
By adding u, the Seebeck coefficient S can be increased to improve the power factor.

【0041】このようなp型元素をCoSb3系のスカ
ッテルダイトのCoに置換するのは、従来の溶製法で
は、困難であった。本発明は、スカッテルダイト化合物
と遷移金属との混合粉末を焼結する過程で、遷移金属を
スカッテルダイト結晶に拡散させることにより、Coに
対して比較的容易に置換することを可能にする。
It was difficult to replace such a p-type element with Co of CoSb 3 -based skutterudite by the conventional melting method. The present invention makes it possible to relatively easily substitute for Co by diffusing a transition metal into a skutterudite crystal in the process of sintering a mixed powder of a skutterudite compound and a transition metal. .

【0042】遷移金属には、CoSb3系スカッテルダ
イト化合物をn型に保持する元素として、Ni族(N
i、Pd、Pt)や貴金属(Cu、Ag、Au)を使用
することもできる。これにより、p型のスカッテルダイ
ト系熱電材料と、結晶構造が同じで、熱膨張特性も近似
するn型のスカッテルダイト系熱電材料が得られ、両方
のスカッテルダイト系熱電材料の焼結接合により、熱的
に安定な熱電カップルを構成することができる。
The transition metal includes a Ni group (N) as an element for holding the CoSb 3 -based skutterudite compound in the n-type.
i, Pd, Pt) and noble metals (Cu, Ag, Au) can also be used. As a result, an n-type skutterudite-based thermoelectric material having the same crystal structure as that of the p-type skutterudite-based thermoelectric material and having similar thermal expansion characteristics can be obtained. By joining, a thermally stable thermoelectric couple can be formed.

【0043】特に、前記遷移金属の置換には、本発明に
おいては、CoSb3 系化合物などの原料粉末と遷移金
属を均一に分散させる方法を利用する。このような遷移
金属の均一分散させる方法は、CoとSbとの粉末若し
くはCoSb3 系化合物粉末に遷移金属を無電解メッキ
して混合粉とするものである。その混合粉を成形後に焼
結する。
In particular, for the replacement of the transition metal, the present invention utilizes a method of uniformly dispersing a transition metal and a raw material powder such as a CoSb 3 compound. Such a method of uniformly dispersing the transition metal is a method in which a transition metal is electrolessly plated on a powder of Co and Sb or a CoSb 3 -based compound powder to form a mixed powder. The mixed powder is sintered after molding.

【0044】さらに、均一分散の別の方法は、CoとS
bの粉末若しくはCoSb3 系化合物粉末の表面に遷移
金属をメカニカルアロイングして混合粉とするものが採
用される。その混合粉は同様に成形後に焼結する。さら
にまた、均一分散の方法は、遷移金属を含む水溶液中
で、CoとSbとの粉末若しくはCoSb3 系化合物粉
末を分散して水素還元して混合粉末とする方法が採用さ
れる。
Further, another method of uniform dispersion is to use Co and S
A powder obtained by mechanically alloying a transition metal on the surface of the powder b or the CoSb 3 -based compound powder is used. The mixed powder similarly sinters after molding. Furthermore, as a method of uniform dispersion, a method of dispersing a powder of Co and Sb or a CoSb 3 -based compound powder in an aqueous solution containing a transition metal and reducing with hydrogen to obtain a mixed powder is adopted.

【0045】このような遷移金属の均一分散させる方法
は、CoSb3系スカッテルダイトをn型に変換する元
素として、ニッケル族(Ni、Pa、Pt)や貴金属
(Cu、Ag、Au)の添加にも利用される。
Such a method of uniformly dispersing the transition metal is performed by adding a nickel group (Ni, Pa, Pt) or a noble metal (Cu, Ag, Au) as an element for converting the CoSb 3 -based skutterudite into an n-type. It is also used for

【0046】焼結に先立って、予め、Sbを含むスカッ
テルダイト系化合物の原料粉末を調製するには、種々の
方法が利用できる。好ましくは、Co及びSbを含む原
料を溶融して後、凝固させ、次いで、均質化熱処理を行
って、固体中に所望のスカッテルダイト結晶相、例え
ば、CoSb3化合物を均一に析出させ、所要の粒度に
粉砕する方法が採用される。
Before the sintering, various methods can be used to prepare the raw material powder of the Skutterudite compound containing Sb in advance. Preferably, the raw material containing Co and Sb is melted, then solidified, and then subjected to a homogenization heat treatment to uniformly precipitate a desired skutterudite crystal phase, for example, a CoSb 3 compound, in a solid. A method of pulverizing to a particle size of is adopted.

【0047】この方法は、CoSb3化合物を例示すれ
ば、Co、Sb及び、その他の前記所要の金属を、前記
化合物の組成になるように配合し、雰囲気を非酸化性、
特に、不活性にした溶解炉でルツボ内で溶解する。溶解
保持後、そのまま炉内でCoSb3化合物の析出開始温
度(約876℃)以下の析出温度(600〜860℃)
に高温保持して均質化熱処理を行う。均質化熱処理によ
り、CoSb3 系化合物を完全に析出させて偏析をなく
し均質化する。
In this method, for example, a CoSb 3 compound is used, in which Co, Sb and other required metals are blended so as to have a composition of the compound, and the atmosphere is non-oxidizing.
Particularly, melting is performed in a crucible in a melting furnace that has been made inert. After the melting and holding, the deposition temperature (600-860 ° C) below the temperature at which the CoSb 3 compound starts to precipitate (about 876 ° C) in the furnace as it is
And a homogenizing heat treatment is performed. By the homogenizing heat treatment, the CoSb 3 -based compound is completely precipitated to eliminate segregation and homogenize.

【0048】前記均質化熱処理後冷却した塊は、粉砕
し、所望の粒径分布に分級して、CoSb3 系化合物の
粉末に供される。この粉砕・分級の段階で、スカッテル
ダイト系化合物の粒径は、焼結体の結晶粒度を決めるの
で、100μm以下の所望の範囲に調整する。スカッテ
ルダイト系化合物の粉末は、上述したような方法で、金
属酸化物粉と、さらに好ましくは、遷移金属と、均一に
混合され、混合粉末は、通常は、圧縮されて成形体にさ
れる。
The mass cooled after the homogenization heat treatment is pulverized, classified into a desired particle size distribution, and provided as a powder of a CoSb 3 compound. At this stage of pulverization and classification, the particle size of the skutterudite compound is adjusted to a desired range of 100 μm or less because the crystal particle size of the sintered body is determined. The powder of the skutterudite compound is uniformly mixed with the metal oxide powder, and more preferably with the transition metal, by the method described above, and the mixed powder is usually compressed into a compact. .

【0049】本発明の熱電材料の焼結には、好ましく
は、放電プラズマ焼結法が採用される。放電プラズマ焼
結装置は、真空容器内に、炭素で形成された円筒ダイ
と、ダイ中空部に両端から挿入される2つの炭素パンチ
を有し、両方のパンチ間にパルス電流を供給する電源を
備え、両方のパンチを加圧するための加圧手段を有して
いる。円筒ダイ内に、予めスカッテルダイト粉末と所要
の金属酸化物と所要の遷移金属を含む成形体を装入し、
両方のパンチをダイ内に装入して、パンチ端面で成形体
を加圧する。この加圧の際、真空下で、両方のパンチの
パルス電流を流して、これにより成形体が加熱され圧縮
され、緻密化する。
For sintering the thermoelectric material of the present invention, a spark plasma sintering method is preferably employed. The spark plasma sintering device has a cylindrical die made of carbon and two carbon punches inserted from both ends into the hollow portion of the die in a vacuum vessel, and a power supply for supplying a pulse current between both punches. And a pressurizing means for pressurizing both punches. Into a cylindrical die, previously charged a molded body containing skutterudite powder, a required metal oxide, and a required transition metal,
Both punches are loaded into the die and the compact is pressed at the punch end face. During this pressurization, pulse currents of both punches are passed under vacuum, whereby the compact is heated, compressed, and densified.

【0050】成形体のスカッテルダイト結晶粒は導電性
であって焼結の際に成形体には電流が流れるが、成形体
内部では、加熱初期には多数の接触する結晶粒子の相互
間でプラズマ放電を生じて発熱して、粒子表面から高温
に加熱され、急速に緻密化が進行する。成形体は、電流
が結晶内部を通る際のジュール熱によっても加熱され
る。混合物中の金属酸化物は、焼結の際の粒成長を防止
して、配合時のスカッテルダイト粒径のレベルを維持す
ることができる。焼結温度は、焼結条件は、プレス圧力
100〜1000kgf/cm2 、焼結温度は、スカッテルダ
イト結晶の溶融温度より低い、600〜800℃程度が
好ましい。
The skutterudite crystal grains of the compact are conductive, and a current flows through the compact during sintering, but inside the compact, a large number of crystal grains contact each other in the initial stage of heating. A plasma discharge is generated to generate heat, and the particles are heated to a high temperature from the particle surface, and densification proceeds rapidly. The compact is also heated by Joule heat as current passes through the interior of the crystal. The metal oxides in the mixture can prevent grain growth during sintering and maintain the level of skutterudite particle size during compounding. The sintering temperature is preferably a pressing pressure of 100 to 1000 kgf / cm 2 , and the sintering temperature is preferably about 600 to 800 ° C. lower than the melting temperature of the skutterudite crystal.

【0051】放電プラズマ焼結法によれば、成形体の寸
法に対して適当な電流を選ぶと、10分以内で、通常は
2〜5分で短時間で焼結度90%以上の焼結を完了する
ことができる。
According to the spark plasma sintering method, if an appropriate current is selected for the size of the compact, a sintering degree of 90% or more can be achieved within 10 minutes, usually 2 to 5 minutes in a short time. Can be completed.

【0052】本発明の熱電材料は、好ましくは、上記の
ように、LnyFexCo4-xSb12(希土類金属Ln
は、0<y≦1、Feが0<X≦4)で表される組成式
を有するフィルドスカッテルダイト化合物を含む。フィ
ルドスカッテルダイト化合物は、CoSb3結晶構造の
空孔に他の希土類元素を充填し、電荷補償のためにCo
の一部あるいは全てをFeで置換した化合物であり、希
土類元素Lnは、特に、La、Ce、Pr、Nd、S
m、Gdなどが利用される。
[0052] thermoelectric material of the present invention, preferably, as described above, Ln y Fe x Co 4- x Sb 12 ( rare earth metal Ln
Contains a filled skutterudite compound having a composition formula represented by 0 <y ≦ 1, and Fe is 0 <X ≦ 4). The filled skutterudite compound fills the vacancies of the CoSb 3 crystal structure with another rare earth element and uses Co
Is a compound in which part or all of is replaced by Fe, and rare earth elements Ln are particularly La, Ce, Pr, Nd, S
m, Gd, etc. are used.

【0053】希土類金属Lnは、好ましくは、Lnを
0.4≦y≦1とし、且つ、Feを2≦X≦4とするの
がよい。0.4>yとすると、充填率が下がりすぎて、
フォノン散乱効果が小さくなり、y>1とすると、過剰
となった希土類金属元素が異相として析出する。この場
合、Feを2≦X≦4とするのは、スカッテルダイトが
P型となるためのキャリア濃度を確保ためである。
Preferably, the rare earth metal Ln is such that Ln satisfies 0.4 ≦ y ≦ 1 and Fe satisfies 2 ≦ X ≦ 4. If 0.4> y, the filling rate is too low,
If the phonon scattering effect is reduced and y> 1, the excess rare earth metal element is precipitated as a different phase. In this case, the reason why Fe is set to 2 ≦ X ≦ 4 is to secure a carrier concentration for the scattelludite to be P-type.

【0054】さらに好ましくは、LnとFeの組成が、
3≦X≦4で、且つ0.8≦y≦1である。この組成範
囲は、フォノン散乱による熱伝導率κの低減効果と適切
なキャリア濃度が得られるので好ましい。
More preferably, the composition of Ln and Fe is
3 ≦ X ≦ 4 and 0.8 ≦ y ≦ 1. This composition range is preferable because the effect of reducing the thermal conductivity κ by phonon scattering and an appropriate carrier concentration can be obtained.

【0055】Lnとして2種類以上の希土類金属を含む
ことができる。異なる種類の元素が充填された格子の質
量及び歪みの差によって、フォノンの散乱を増大し、さ
らに熱伝導率κを低減することができる。例えば、La
とCeとの組み合わせが利用でき、La:Ceとの含有
量のモル比が、40:60〜60:40の割合で選ばれ
る。このモル比の範囲が、格子質量及び歪みの差の効果
が顕著であるので好ましい。
Ln can include two or more rare earth metals. Differences in the mass and strain of the lattice filled with different types of elements can increase phonon scattering and further reduce the thermal conductivity κ. For example, La
And Ce can be used, and the molar ratio of the content of La: Ce is selected in a ratio of 40:60 to 60:40. This range of the molar ratio is preferable because the effect of the difference between the lattice mass and the strain is remarkable.

【0056】本発明の熱電材料は、Lnに代えて、Hf
を利用することができ、HfyFexCo4-xSb12(こ
こで、0<X≦4、0<y≦1)の組成を有するフィル
ドスカッテルダイト系化合物からなる熱電材料を主成分
とする熱電材料を含む。このようなHf含有スカッテル
ダイト系熱電材料には、Hfスカッテルダイト系化合物
と共に、金属酸化物を含む焼結体であるのが好ましい。
金属酸化物には、上記の一種以上の希土類金属Lnの酸
化物が利用される。その酸化物の金属には、LaとCe
との組み合わせが利用できる。
The thermoelectric material of the present invention uses Hf instead of Ln.
Can be utilized, Hf y Fe x Co 4- x Sb 12 ( where, 0 <X ≦ 4,0 <y ≦ 1) mainly composed of thermoelectric material consisting filled discussions ether phosphoramidite compound having the composition Thermoelectric material. It is preferable that such an Hf-containing skutterudite-based thermoelectric material is a sintered body containing a metal oxide together with the Hf skutterudite-based compound.
As the metal oxide, an oxide of one or more of the above rare earth metals Ln is used. The metals of the oxide include La and Ce.
Combinations with are available.

【0057】焼結体は、スカッテルダイト型結晶が、主
として上記組成のスカッテルダイト化合物から成り、さ
らに、少量のFeSb3化合物および金属Fe、Co及
びSb、他の金属元素を添加した化合物を含んでもよ
い。
In the sintered body, the skutterudite-type crystal mainly comprises a skutterudite compound having the above composition, and further contains a small amount of a FeSb 3 compound and a compound to which metals Fe, Co and Sb, and other metal elements are added. May be included.

【0058】本発明の熱電材料は、上記金属酸化物が、
上記組成の化合物の結晶の粒界に分散したものが利用さ
れる。このような酸化物分散焼結体は、予め調製された
上記組成の化合物粉末に、酸化物の微粉を混合して、こ
れから所望の形状に成形し、この成形体を焼成すること
によって得られる。
The thermoelectric material of the present invention is characterized in that the metal oxide is
A compound having the above composition dispersed in the crystal grain boundaries is used. Such an oxide-dispersed sintered body can be obtained by mixing a fine powder of an oxide with a previously prepared compound powder having the above composition, forming the mixture into a desired shape, and firing the formed body.

【0059】焼結のためのフィルドスカッテルダイト系
化合物の原料粉末の調製には、CoSb3系スカッテル
ダイトの溶製方法と同様の方法が利用できるが、好まし
くは、Fe、Co、Sb、充填元素、例えば、Ceを含
む金属原料を溶融して凝固させ、次いで、均質化熱処理
を行って、固体中にフィルドスカッテルダイト系化合物
を均一に析出させ、粉砕して、所要の粒度に分級調整す
る方法が採用される。
For the preparation of the raw material powder of the filled skutterudite compound for sintering, the same method as the method of melting the CoSb 3 -based skutterudite can be used, but preferably Fe, Co, Sb, A metal material containing a filling element, for example, Ce, is melted and solidified, and then subjected to a homogenization heat treatment to uniformly precipitate a filled skutterudite compound in a solid, pulverized, and classified to a required particle size. An adjusting method is adopted.

【0060】このような溶融凝固法には、好ましくは、
Ln、Fe、Co及びSbの原料金属を、前記化合物の
組成になるように不活性ガス中で秤量し、石英管アンプ
ル中に真空封止する。このアンプルを電気炉にて加熱し
溶解した後、急冷して凝固させる。急冷後のアンプルを
再度、電気炉内で融点以下で、フィルドスカッテルダイ
トの析出可能な温度、例えば600〜800℃に高温保
持して均質化熱処理を行う。均質化処理により、フィル
ドスカッテルダイト系化合物を完全に析出させて均質化
する方法が採用される。
In such a melt-solidification method, preferably,
Raw metals of Ln, Fe, Co and Sb are weighed in an inert gas so as to have the composition of the compound, and vacuum-sealed in a quartz tube ampule. The ampoule is heated and melted in an electric furnace, then rapidly cooled and solidified. The quenched ampoule is again heated in an electric furnace at a temperature lower than the melting point and at a temperature at which filled skutterudite can be deposited, for example, at 600 to 800 ° C., and subjected to homogenization heat treatment. A method of completely precipitating and homogenizing the filled skutterudite compound by the homogenization treatment is employed.

【0061】均質化熱処理後冷却した塊は、粉砕し、所
望の粒径分布に分級して、フィルドスカッテルダイト化
合物を含む焼結用の粉末に利用される。
The mass cooled after the homogenization heat treatment is pulverized, classified into a desired particle size distribution, and used as a sintering powder containing a filled skutterudite compound.

【0062】本発明においては、組成が調製されたフィ
ルドスカッテルダイト系化合物は、さらにメカニカルア
ロイング処理により均質化処理をするのが好ましい。メ
カニカルアロイングは、合金中に残るFeSb2相を低
減し、フィルドスカッテルダイトの均一な単相を得るこ
とができる。焼結体は、金属相であるFeSb2相を低
減することによって、ゼーベック係数Sを向上させ、且
つ、熱伝導率κを低減することができる。
In the present invention, it is preferable that the filled skutterudite compound whose composition is prepared is further subjected to a homogenizing treatment by a mechanical alloying treatment. The mechanical alloying reduces the FeSb 2 phase remaining in the alloy, and can obtain a uniform single phase of filled skutterudite. The sintered body can improve the Seebeck coefficient S and reduce the thermal conductivity κ by reducing the FeSb 2 phase which is a metal phase.

【0063】本発明のLnyFexCo4-xSb12系フィ
ルドスカッテルダイトの熱電材料においては、特に、F
eSb2及びSbを含む不純物濃度を極力低減すること
が、熱電性能を維持するために、重要である。本発明に
おいては、LnyFexCo4- xSb12の組成のフィルド
スカッテルダイト系熱電材料において、フィルドスカッ
テルダイト結晶相中にFeSb2相が、X線回折による
フィルドスカッテルダイト結晶相のピーク回折強度に対
するFeSb2相のピーク回折強度の強度比で、1%以
下の含有量とする。熱電材料中にFeSb2相が回折強
度比で1%を越える量に増加する時は、材料は、上記フ
ィルドスカッテルダイトの分解を意味し、熱電材料の熱
伝導率が上昇する。特に、FeSb2相の回折強度比
は、0.1%以下に制限される。
[0063] In Ln y Fe x Co 4-x Sb 12 system filled discussions ether Daito thermoelectric material of the present invention, in particular, F
It is important to minimize the concentration of impurities including eSb 2 and Sb in order to maintain thermoelectric performance. In the present invention, the Ln y Fe x Co 4- x filled discussions ether phosphoramidite-based thermoelectric material of the composition of Sb 12, filled discussions ether phosphoramidite crystalline phase in FeSb 2 phases, filled discussions ether phosphoramidite crystalline phase by X-ray diffraction The intensity ratio of the peak diffraction intensity of the FeSb 2 phase to the peak diffraction intensity of No. is set to 1% or less. When the FeSb 2 phase in the thermoelectric material increases to an amount exceeding 1% in diffraction intensity ratio, the material means the decomposition of the filled skutterudite, and the thermal conductivity of the thermoelectric material increases. In particular, the diffraction intensity ratio of the FeSb 2 phase is limited to 0.1% or less.

【0064】このようなフィルドスカッテルダイト系熱
電材は、原料粉末の調整から焼結前の全ての処理を非酸
化性雰囲気中で行い、酸素の混入を防止することにより
行う。非酸化性雰囲気は、不活性ガス雰囲気、特に好ま
しくは、真空中が採用されるる。
In such a filled skutterudite-based thermoelectric material, all processes from preparation of raw material powder to sintering are performed in a non-oxidizing atmosphere to prevent oxygen from being mixed. The non-oxidizing atmosphere is an inert gas atmosphere, particularly preferably a vacuum.

【0065】非酸化性雰囲気制御は、上述のように、石
英管アンプル中に真空封止して、電気炉にて加熱溶解
し、急冷後のアンプルを再度、電気炉内で均質化熱処理
を行うことによりすることができる。
As described above, the non-oxidizing atmosphere is controlled by vacuum-sealing in a quartz tube ampule, heating and melting in an electric furnace, and subjecting the ampoule after rapid cooling to homogenizing heat treatment again in the electric furnace. You can do it by doing

【0066】さらに、均質化熱処理後冷却した塊は、粉
砕し、分級して、フィルドスカッテルダイト化合物を含
む焼結用の粉末を貯蔵する工程を、Ar雰囲気制御下で
行う。組成が調製されたフィルドスカッテルダイト系化
合物を、さらにメカニカルアロイング処理する場合も、
Ar雰囲気制御下でなされる。予備成形後に、好ましく
は、上記の真空下での放電プラズマ焼結法により焼結さ
れ、焼結体を得る。
Further, the step of pulverizing and classifying the cooled mass after the homogenizing heat treatment and storing the powder for sintering containing the filled skutterudite compound is performed under Ar atmosphere control. When the filled skutterudite compound having the prepared composition is further subjected to mechanical alloying treatment,
This is performed under Ar atmosphere control. After the preforming, sintering is preferably performed by the above-described spark plasma sintering method under vacuum to obtain a sintered body.

【0067】焼結体は、このような雰囲気制御下で調製
された粉末から形成されるので、焼結前の粉末表面に酸
素が付着していないために、焼結時に充填元素である希
土類金属の酸化によって生じる脱落によるフィルドスカ
ッテルダイト分解が発生しない。これにより、焼結後も
FeSb2などの第2相不純物相の発生を低く抑えるこ
とができる。
Since the sintered body is formed from the powder prepared under such atmosphere control, the oxygen is not attached to the surface of the powder before sintering. No decomposition of filled skutterudite due to falling off caused by the oxidation of the compound. Thereby, the generation of the second phase impurity phase such as FeSb 2 can be suppressed even after sintering.

【0068】本発明のフィルドスカッテルダイト系熱電
材料は、ドーパントとしてNi、Pd、Ptのいずれか
の遷移元素を選択し、熱処理により得られた焼結体を含
み、Ni、Pd、Ptは、Coを完全に置換してもよ
い。
The filled skutterudite-based thermoelectric material of the present invention includes a sintered body obtained by selecting a transition element of Ni, Pd or Pt as a dopant and performing a heat treatment, wherein Ni, Pd and Pt are: Co may be completely replaced.

【0069】特に、本発明のフィルドスカッテルダイト
系熱電材料には、LnyFex4-xSb12(ここで、L
nは希土類金属、0≦X≦4、0≦y≦1)の組成比を
有し、MがNi、Pd、Ptのいずれかであるフィルド
スカッテルダイトを含む。
[0069] In particular, the filled discussions ether phosphoramidite based thermoelectric material of the present invention, Ln y Fe x M 4- x Sb 12 ( here, L
n is a rare earth metal, has a composition ratio of 0 ≦ X ≦ 4, 0 ≦ y ≦ 1), and includes filled skutterudite in which M is any one of Ni, Pd, and Pt.

【0070】Coを含むフィルドスカッテルダイトが、
安定なCoSb3相を生成して、充填が不可能になるけ
れども、Coを置換したNi、Pd、Ptが、Sbとの
安定な化合物が存在しないので、完全なドーパントとし
て作用する。従って、第2相を生成せずにキャリア濃度
の制御が可能となる。このようなフィルドスカッテルダ
イトは、特に、Ni、Pd、Ptを含んで、n型フィル
ドスカッテルダイト系熱電材料として利用することがで
きる。
The field skutterudite containing Co is
Ni, Pd, and Pt substituted for Co act as perfect dopants since no stable compound with Sb is present, although a stable CoSb 3 phase is produced and filling is impossible. Therefore, the carrier concentration can be controlled without generating the second phase. Such a filled skutterudite, particularly containing Ni, Pd, and Pt, can be used as an n-type filled skutterudite-based thermoelectric material.

【0071】このような、Ni、Pd又はPtで置換し
たLnyFex4-xSb12(ここで、Lnは希土類金
属、0≦X≦4、0≦y≦1)のフィルドスカッテルダ
イト系熱電材料は、焼結の前処理工程を真空あるいは不
活性ガス雰囲気中において行なわれる。
[0071] Such, Ni, Pd or Ln y Fe x M 4-x Sb 12 ( here, Ln is a rare earth metal, 0 ≦ X ≦ 4,0 ≦ y ≦ 1) was replaced with Pt filled discussions ether of The pretreatment step of sintering is performed in a vacuum or an inert gas atmosphere for the die-based thermoelectric material.

【0072】また、本発明の熱電カップルは、p型とn
型のSb含有スカッテルダイト熱電材料を焼結によって
接合一体化したp−n接合部を有する焼結体である。こ
のような熱電カップルでは、高温端で電極材料のような
熱膨張係数の異なる金属との接触がないため、断線や接
触不良の発生を低減でき、信頼性及び耐久性を向上する
ことが可能となる。
Further, the thermoelectric couple of the present invention has p-type and n-type
It is a sintered body having a pn junction where a Sb-containing Skatteludite thermoelectric material of a mold is joined and integrated by sintering. In such a thermoelectric couple, since there is no contact with a metal having a different coefficient of thermal expansion such as an electrode material at a high temperature end, the occurrence of disconnection or poor contact can be reduced, and reliability and durability can be improved. Become.

【0073】Sb含有スカッテルダイト熱電材料は、p
型として、上記のLnyFexCo4-xSb12系フィルド
スカッテルダイトが利用され、n型には、Ni、Pd又
はPtで置換したLnyFex4-xSb12系フィルドス
カッテルダイトが利用され、熱電性能の高い熱電カップ
ルを構成することができる。
The Sb-containing skutterudite thermoelectric material has p
As a mold, the above Ln y Fe x Co 4-x Sb 12 system filled discussions ether phosphoramidite is utilized, the n-type, Ni, Ln y was replaced with Pd or Pt Fe x M 4-x Sb 12 based Firudosuka' Terdite is used, and a thermoelectric couple having high thermoelectric performance can be formed.

【0074】熱電カップルは、p型及びn型のスカッテ
ルダイト材料粉末から、それぞれ、成形体にし、p型及
びn型の成形体を接触するように合わせて、焼結して一
体化する。一体化した焼結材料は、p−n接合面を含む
ように切断或いは加工し、p−n接合材料を形成し、次
いで、p−n接合面の一部を材料の先端側に残して且つ
p−n接合面の残部を除去するように接合材料を切開す
る。このようにして形成たれた熱電カップルは、先端側
でのみp−n接合面を有し、高温側とされ、後端部側
は、切欠き部によりp型及びn型の熱電材料が分離され
る。後端側は、低温側であって、金属導体がリードとし
て通常の方法、例えば、蝋付けにより接続される。通常
は、複数の熱電カップルが、リードにより直列に接続さ
れ、熱電モジュールとして、発電に使われる。
The thermoelectric couple is formed from p-type and n-type skutterudite material powder, respectively, and the p-type and n-type molded bodies are brought into contact with each other and sintered to be integrated. The integrated sintered material is cut or processed to include a pn junction surface to form a pn junction material, and then leave a portion of the pn junction surface at the distal end of the material and Cut out the bonding material to remove the rest of the pn bonding surface. The thermoelectric couple formed in this way has a pn junction surface only at the front end side and is at a high temperature side, and at the rear end side, p-type and n-type thermoelectric materials are separated by a notch. You. The rear end side is the cold side and the metal conductor is connected as a lead in the usual way, for example by brazing. Normally, a plurality of thermoelectric couples are connected in series by leads, and used as a thermoelectric module for power generation.

【0075】本発明のフィルドスカッテルダイト系熱電
材料を用いた熱電モジュールは、熱源を有する装置に使
用される。熱源から温度差を熱電モジュールに与えるこ
とによって生じる電力で装置の内部駆動を行う電源コー
ドレス装置として利用する。このようなフィルドスカッ
テルダイト系熱電モジュールを用いることによって、例
えば触媒燃焼や石油バーナーなどの400℃を越える高
温の熱源に対しても使用可能となる。
The thermoelectric module using the filled skutterudite-based thermoelectric material of the present invention is used for an apparatus having a heat source. It is used as a power cordless device that internally drives the device with electric power generated by applying a temperature difference to a thermoelectric module from a heat source. By using such a filled skutterudite-based thermoelectric module, it can be used for a high-temperature heat source exceeding 400 ° C. such as a catalytic combustion or an oil burner.

【0076】[0076]

【実施例】(実施例1)本実施例の熱電材料は、スカッ
テルダイトとしてCoSb3 化合物を使用し、スカッテ
ルダイト粒子の周りに金属酸化物を細かく分散させるた
めに、焼結前の混合粉の調製に溶液からの沈降法を利用
した。
EXAMPLES (Example 1) The thermoelectric material of this example uses a CoSb 3 compound as scatteludite, and mixes before sintering in order to finely disperse the metal oxide around the scatteludite particles. The method of sedimentation from solution was used for the preparation of the flour.

【0077】沈降法を用いることによって、化合物粒子
と微量の金属酸化物との均一分散が可能となる。この混
合粉末を成形して焼結により緻密焼結体とする。溶液か
らの沈降法は、酸化物を得ようとする金属の塩化物水溶
液に、主相となる粉末を均一に分散させ、少量のアンモ
ニア水を加えることによって、粉末粒子の周囲に金属水
酸化物を均一に付着させるものである。これを脱水後に
加熱して分解させて主相粒に金属酸化物が均一にかつ薄
く分散された混合粉末を得るものである。混合粉末は、
所望形状に成形した後に、焼結される。
By using the sedimentation method, the compound particles and a trace amount of metal oxide can be uniformly dispersed. This mixed powder is molded and sintered to form a dense sintered body. The method of sedimentation from a solution involves uniformly dispersing the powder serving as the main phase in an aqueous chloride solution of a metal from which an oxide is to be obtained, and adding a small amount of aqueous ammonia to form a metal hydroxide around the powder particles. Is uniformly attached. This is heated and decomposed after dehydration to obtain a mixed powder in which the metal oxide is uniformly and thinly dispersed in the main phase particles. The mixed powder is
After being formed into a desired shape, it is sintered.

【0078】具体的には、金属Co(純度99.998
5%)と金属Sb(純度99.9999%)及び金属F
e(純度99.9%)を、焼結後Co0.997Fe0.003
3の組成比になるように秤量した金属材料を、Ar雰
囲気電気炉のルツボ内で溶解温度1100〜1200℃
に加熱して2h保持して溶解した。次に、ルツボ内の溶
湯をそのままCoSb3の析出温度(876℃)以下で
ある850℃にて10h加熱保持して均質化処理し、固
相拡散によりスカッテルダイト型結晶を得る。得られた
インゴットは粗粉砕した後、遊星ボールミルにて平均粒
径100μm以下に微粒化した。これによりCoSb3
系化合物の粉末が得られた。
Specifically, metal Co (purity 99.998)
5%), metal Sb (purity 99.9999%) and metal F
e (purity 99.9%), after sintering, Co 0.997 Fe 0.003 S
A metal material weighed so as to have a composition ratio of b 3 was melted in a crucible of an electric furnace having an Ar atmosphere at a melting temperature of 1100 to 1200 ° C.
And dissolved for 2 hours. Next, the molten metal in the crucible is heated and maintained at 850 ° C., which is lower than the CoSb 3 precipitation temperature (876 ° C.), for 10 hours, and homogenized, and a skutterudite crystal is obtained by solid-phase diffusion. The obtained ingot was coarsely pulverized and then pulverized in a planetary ball mill to an average particle diameter of 100 μm or less. Thus, CoSb 3
A powder of the system compound was obtained.

【0079】この粉末を、LaCl3水溶液中に分散さ
せ、少量のアンモニア水を滴下することによって、Co
Sb3 系化合物粉末に不溶性のLa(OH)3 を析出さ
せ、混合沈殿物を得た。沈殿物は脱水乾燥され、加熱さ
れて水酸化物を分解し、CoSb3 系化合物粉末の粒子
表面にLa23 粒子が均一に分散した混合粉末を得
た。この混合粉末を予備的にプレス成形した成形体を、
放電プラズマ焼結機を用いて焼結した。焼結条件は、プ
レス圧力500kgf/cm2 、焼結温度700℃、4分保持
とした。
This powder was dispersed in an aqueous solution of LaCl 3, and a small amount of aqueous ammonia was dropped to obtain a powder of Co.
Insoluble La (OH) 3 was precipitated on the Sb 3 -based compound powder to obtain a mixed precipitate. The precipitate was dehydrated and dried, heated to decompose the hydroxide, and a mixed powder in which La 2 O 3 particles were uniformly dispersed on the particle surface of the CoSb 3 -based compound powder was obtained. A molded body obtained by pre-press molding this mixed powder is
It was sintered using a spark plasma sintering machine. The sintering conditions were a press pressure of 500 kgf / cm 2 , a sintering temperature of 700 ° C., and holding for 4 minutes.

【0080】このようにして得られた化合物とLa23
の混合焼結体のSEM写真を図1(a)に示す。また、
図1(b)には比較のために、同じ条件で焼結したCo
0.99 7Fe0.003Sb3化合物のみの焼結体のSEM写真
を示す。図より、Co0.997Fe0.003Sb3化合物とL
23との混合焼結体は、粒成長が抑制された結果、微
細な粒子で形成されていることが判る。これらの試料を
測定した熱伝導率κを、図2に示すが、熱伝導率κは最
小値で4.5W/mKとなり、従来の6W/mKから低
減できた。
The thus obtained compound and La 2 O 3
FIG. 1A shows an SEM photograph of the mixed sintered body of FIG. Also,
FIG. 1B shows, for comparison, Co sintered under the same conditions.
Shows an SEM photograph of the sintered bodies of only 0.99 7 Fe 0.003 Sb 3 compound. The figure shows that the Co 0.997 Fe 0.003 Sb 3 compound and L
It can be seen that the mixed sintered body with a 2 O 3 is formed of fine particles as a result of suppressing the grain growth. The thermal conductivity κ measured for these samples is shown in FIG. 2. The thermal conductivity κ was 4.5 W / mK at the minimum, which could be reduced from the conventional 6 W / mK.

【0081】(実施例2)本発明の実施例は、CoSb
3 系化合物粉末に遷移金属を均一に分散し、焼結して焼
結体とした。
(Embodiment 2) The embodiment of the present invention uses CoSb
The transition metal was uniformly dispersed in the tertiary compound powder and sintered to form a sintered body.

【0082】遷移金属としてCuの場合を例示すると、
塩化銅を水溶液中に溶解し、CoSb3 化合物粉末を添
加して、40〜60℃で保持して、Cu皮膜により粒子
が被覆されたCoSb3 化合物粉末が得られた。Cu被
覆粒子を圧縮成形して、成形体を、実施例1と同様の条
件で、放電プラズマ焼結法により焼結した。成形体は、
印可圧力500kgf/cm2 、焼結温度700℃の条件で4
分保持された。
As an example of the case where Cu is used as the transition metal,
Copper chloride was dissolved in the aqueous solution, CoSb 3 compound powder was added, and the mixture was kept at 40 to 60 ° C. to obtain CoSb 3 compound powder whose particles were covered with a Cu film. The Cu-coated particles were compression-molded, and the compact was sintered by the discharge plasma sintering method under the same conditions as in Example 1. The molded body is
4 under the conditions of an applied pressure of 500 kgf / cm 2 and a sintering temperature of 700 ° C.
Held for a minute.

【0083】このようにして得られたCu皮膜被覆Co
Sb3 化合物の焼結体のゼーベック係数と温度の関係を
図3に示す。ゼーベック係数は負の値を示し、Cuの置
換によってn型に変化したことが判る。従来、Cuを粉
末の状態で添加した場合には、n型への変化は観察され
ておらず、均一分散によってCuからCoへの置換が促
進されたことが判る。
The thus obtained Cu film-coated Co
FIG. 3 shows the relationship between the Seebeck coefficient and the temperature of the sintered body of the Sb 3 compound. The Seebeck coefficient shows a negative value, indicating that the substitution of Cu changed the n-type. Conventionally, when Cu was added in the form of powder, no change to n-type was observed, indicating that the uniform dispersion promoted the substitution of Cu for Co.

【0084】(実施例3)CoSb3 系熱電材料につい
て、遷移金属Feを添加する試験を行った。硝酸鉄の水
溶液中にCo及びSbの粉末を、焼結後組成がCoに対
して0.3mol%置換した組成(Co0.997 Fe
0.003 Sb3 )となるように成分調製して分散させて、
次いで、水溶液を蒸発乾固させて、粉末を得た。
Example 3 A test was performed on a CoSb 3 -based thermoelectric material in which a transition metal Fe was added. A composition in which Co and Sb powders are replaced by 0.3 mol% with respect to Co after sintering in an aqueous solution of iron nitrate (Co 0.997 Fe
0.003 Sb 3 )
Next, the aqueous solution was evaporated to dryness to obtain a powder.

【0085】水素還元には粉末を700〜800℃に加
熱して、3%水素含むAr気流中で保持して、酸化鉄を
水素還元した。Co、Sb及びFe微粉末が均一に分散
した混合粉末を得た。
In the hydrogen reduction, the powder was heated to 700 to 800 ° C. and kept in an Ar gas stream containing 3% hydrogen to reduce iron oxide with hydrogen. A mixed powder in which Co, Sb and Fe fine powders were uniformly dispersed was obtained.

【0086】この混合粉末を、予備的に成形し、CoS
3 系化合物の溶解温度(876℃)以下においてAr
雰囲気中で、10〜30h加熱処理を行った。得られた
粉末を、さらに、粉砕して、実施例1と同様にして、放
電プラズマ焼結法により焼結して、化合物焼結体を得
た。
This mixed powder was preliminarily molded and CoS
b At a temperature equal to or lower than the dissolution temperature of the 3- based compound (876 ° C.), Ar
Heat treatment was performed in an atmosphere for 10 to 30 hours. The obtained powder was further pulverized and sintered in the same manner as in Example 1 by a discharge plasma sintering method to obtain a compound sintered body.

【0087】図4及び図5に、この様にして作成したC
0.997 Fe0.003 Sb3 化合物焼結体のゼーベック係
数S及びパワーファクタを示す。異相の析出が抑制され
た結果、ゼーベック係数Sが増大し、パワーファクタが
増大している。また、この方法は出発原料にCoSb3
系化合物粉末を用いても同様に行えるものであり、得ら
れた混合粉末を放電プラズマ焼結することによって、C
0.997 Fe0.003 Sb3 化合物焼結体が得られる。
FIG. 4 and FIG. 5 show the C
o See the Seebeck coefficient S and the power factor of the 0.997 Fe 0.003 Sb 3 compound sintered body. As a result of suppressing the precipitation of the hetero phase, the Seebeck coefficient S increases and the power factor increases. Also, this method uses CoSb 3 as a starting material.
The same can be done by using a system-based compound powder.
o 0.997 Fe 0.003 Sb 3 compound sintered body is obtained.

【0088】(実施例4)この実施例は、フィルドスカ
ッテルダイト系化合物結晶に希土類金属酸化物を均一分
散させた焼結体を扱っている。原料には、金属セリウム
Ce(純度99.9%)と鉄Fe(純度99.9%)と
コバルトCo(純度99.9985)及びアンチモンS
b(純度99.9999%)を利用して、焼結後にCe
Fe3CoSb12の組成比になるように、Ar雰囲気中
で秤量配合した金属材料を、石英管アンプルに真空封止
した。アンプルは、電気炉内で溶解温度1000〜11
00℃に加熱して20時間保持して金属材料を溶解し
た。
Example 4 This example deals with a sintered body in which a rare earth metal oxide is uniformly dispersed in a filled skutterudite compound crystal. The raw materials include metal cerium Ce (purity 99.9%), iron Fe (purity 99.9%), cobalt Co (purity 99.9985) and antimony S
b (purity 99.9999%), and after sintering Ce
A metal material weighed and mixed in an Ar atmosphere so as to have a composition ratio of Fe 3 CoSb 12 was vacuum-sealed in a quartz tube ampule. The ampoule has a melting temperature of 1000 to 11 in an electric furnace.
The material was heated to 00 ° C. and held for 20 hours to dissolve the metal material.

【0089】次に、溶融金属を入れたアンプルを氷水に
浸し、急冷して凝固させて、合金塊を得た。塊は、固相
拡散によりフィルドスカッテルダイト型結晶構造を得る
ために、再度電気炉で700℃にて30時間加熱保持し
た。得られた塊は粗粉砕した後、遊星ボールミルにて平
均粒径100μm以下に微粒化した。得られた粉末は、
X線回折法によりフィルドスカッテルダイト結晶の粉末
であることが確認された。
Next, the ampoule containing the molten metal was immersed in ice water, quenched and solidified to obtain an alloy lump. The lump was again heated and held at 700 ° C. for 30 hours in an electric furnace in order to obtain a filled skutterudite crystal structure by solid phase diffusion. The obtained lump was coarsely pulverized and then pulverized into an average particle diameter of 100 μm or less by a planetary ball mill. The resulting powder is
It was confirmed by X-ray diffraction that the powder was a powdered skutterudite crystal powder.

【0090】この粉末を、LaCl3水溶液中に分散さ
せ、少量のアンモニア水を滴下することによって、Ce
CoFe3Sb12物成の粉末とLa(OH)3の混合した
沈殿物が生成される。これを乾燥し、加熱して水酸化物
を分解し、CeCoFe3Sb12化合物組成の粉末の粒
子表面にLa23が均一に分散した混合粉末が得られ
た。この混合粉末を予備的に成形して、放電プラズマ焼
結機を用いて焼結した。焼結条件は、印可圧力300kg
f/cm2、焼結温度600℃、4分保持とした。また、昇
温速度は150℃/分以下とした。
This powder is dispersed in an aqueous solution of LaCl 3, and a small amount of aqueous ammonia is added dropwise to obtain Ce powder.
A mixed precipitate of the powder of the CoFe 3 Sb 12 composition and La (OH) 3 is formed. This was dried and heated to decompose the hydroxide, thereby obtaining a mixed powder in which La 2 O 3 was uniformly dispersed on the particle surfaces of the powder of the CeCoFe 3 Sb 12 compound composition. This mixed powder was preliminarily molded and sintered using a spark plasma sintering machine. Sintering conditions are 300kg applied pressure
f / cm 2 , sintering temperature 600 ° C., and kept for 4 minutes. Further, the heating rate was 150 ° C./min or less.

【0091】このようにして得られたCeFe3CoS
12化合物とLa23との混合焼結体の熱伝導率κと温
度の関係を図6に示す。また、図6には、酸化物を混合
しないで、同じ条件で焼結したCeCoFe3Sb12
合物のみの熱伝導率κも併記した。
The thus obtained CeFe 3 CoS
The b 12 compound and La 2 O 3 mixed sintered body thermal conductivity κ and temperature relationship of the shown in FIG. FIG. 6 also shows the thermal conductivity κ of only the CeCoFe 3 Sb 12 compound sintered under the same conditions without mixing the oxide.

【0092】この図から混合焼結体は、粒成長の抑制、
粒界でのフォノン散乱の増大などによって熱伝導率κが
低減され、かつ従来見られた高温側での熱伝導率の増大
も抑制されている。これは粒界に分散したLaが拡散バ
リアとなったために、高温でのCeFe3CoSb12
合物の分解が抑制されたからである。
From this figure, it can be seen that the mixed sintered body can suppress grain growth,
The increase in phonon scattering at the grain boundaries reduces the thermal conductivity κ, and also suppresses the increase in thermal conductivity on the high-temperature side, which has been conventionally observed. This is because the La dispersed at the grain boundaries served as a diffusion barrier, thereby suppressing the decomposition of the CeFe 3 CoSb 12 compound at a high temperature.

【0093】(実施例5)この実施例は、フィルドスカ
ッテルダイト系化合物の充填元素として少なくとも2種
類以上の希土類金属を用いた。金属原料として、La
(純度99.9%)と、上記純度のCe、Fe、Co及
びSbを、焼結後Ce0.5La0.5Fe3CoSb12の組
成比になるようにAr雰囲気中で秤量・混合し、石英管
アンプルに真空封止し、電気炉内で溶解温度1000〜
1100℃に加熱して20時間保持して溶解した。次
に、溶融金属は、アンプルを氷水に浸し急冷して凝固さ
せた。得られた塊を再度電気炉で700℃にて30時間
加熱保持し、固相拡散によりフィルドスカッテルダイト
型結晶構造を得る。得られた塊は平均粒径100μm以
下に微粒化した。
(Example 5) In this example, at least two or more kinds of rare earth metals were used as the filling element of the filled skutterudite compound. La as a metal raw material
(Purity: 99.9%) and Ce, Fe, Co and Sb of the above purity are weighed and mixed in an Ar atmosphere so as to have a composition ratio of Ce 0.5 La 0.5 Fe 3 CoSb 12 after sintering. Vacuum sealed in an ampoule and melting temperature of 1000-1000 in an electric furnace
The mixture was heated to 1100 ° C. and maintained for 20 hours to dissolve. Next, the molten metal was solidified by immersing the ampoule in ice water and rapidly cooling it. The obtained lump is again heated and held in an electric furnace at 700 ° C. for 30 hours, and a filled skutterudite type crystal structure is obtained by solid phase diffusion. The resulting mass was pulverized to an average particle size of 100 μm or less.

【0094】この粉末を予備的に成形して、放電プラズ
マ焼結機を用いて焼結した。焼結条件は、印可圧力30
0kgf/cm2、焼結温度600℃、4分保持とした。ま
た、昇温速度は150℃/分以下とした。このようにし
て得られた焼結体の熱伝導率κと温度の関係を図7に示
す。フォノン散乱増大の効果によって、熱伝導率が低減
された。
This powder was preliminarily molded and sintered using a spark plasma sintering machine. The sintering condition is applied pressure 30
0 kgf / cm 2 , sintering temperature 600 ° C., and kept for 4 minutes. Further, the heating rate was 150 ° C./min or less. FIG. 7 shows the relationship between the thermal conductivity κ and the temperature of the thus obtained sintered body. Thermal conductivity was reduced by the effect of increasing phonon scattering.

【0095】(実施例6)この実施例は、フィルドスカ
ッテルダイト化合物の充填元素としてHfを用いるもの
である。従来希土類元素Lnは合金中で3価と4価の状
態が混在するために、正確な電荷補償が困難であり、キ
ャリア濃度の制御が困難であった。これに対し、Hfは
合金中では4価にしかならないために、電荷補償をより
正確に行うことが可能となる。
(Embodiment 6) In this embodiment, Hf is used as a filling element of a filled skutterudite compound. Conventionally, the rare-earth element Ln has trivalent and tetravalent states in the alloy, so that accurate charge compensation has been difficult and control of the carrier concentration has been difficult. On the other hand, Hf is only tetravalent in the alloy, so that the charge compensation can be performed more accurately.

【0096】金属ハフニウムHf(純度99.9%)と
Fe(純度99.9%)及びSb(純度99.9999
%)を、焼結後HfFe4Sb12の組成比になるように
Ar雰囲気中で秤量・混合した金属材料を、石英管アン
プルに真空封止し、電気炉内で溶解温度1000〜11
00℃に加熱して20時間保持して溶解した。次に、ア
ンプルを氷水に浸し急冷して凝固させた。得られた塊を
再度電気炉で700℃にて30時間加熱保持し、固相拡
散によりスカッテルダイト型結晶構造を得た。得られた
塊は乳鉢にて粗粉砕した後、遊星ボールミルにて平均粒
径100μm以下に微粒化した。
Metal hafnium Hf (purity 99.9%), Fe (purity 99.9%) and Sb (purity 99.9999)
%) Was sintered and weighed and mixed in an Ar atmosphere so as to have a composition ratio of HfFe 4 Sb 12 after sintering, vacuum sealed in a quartz tube ampule, and melted in an electric furnace at a melting temperature of 1000 to 11%.
The mixture was heated to 00 ° C. and kept for 20 hours to dissolve. Next, the ampoule was immersed in ice water and rapidly cooled to solidify. The obtained lump was again heated and held in an electric furnace at 700 ° C. for 30 hours, and a skutterudite-type crystal structure was obtained by solid-phase diffusion. The obtained lump was coarsely pulverized in a mortar and then pulverized in a planetary ball mill to an average particle diameter of 100 μm or less.

【0097】この例では、酸化物を混合することなく、
この結晶粉末を予備的に圧縮成形して、放電プラズマ焼
結機を用いて焼結した。焼結条件は、印可圧力300kg
f/cm 2、焼結温度600℃、4分保持とした。また、昇
温速度は150℃/分以下とした。
In this example, without mixing the oxide,
This crystal powder is preliminarily compression-molded and spark plasma-fired.
It was sintered using a knot. Sintering conditions are 300kg applied pressure
f / cm TwoThe sintering temperature was maintained at 600 ° C. for 4 minutes. Also,
The temperature rate was 150 ° C./min or less.

【0098】このようにして得られた焼結体のゼーベッ
ク係数及び導電率と温度の関係を図8及び図9に示す。
図より希土類金属を充填したフィルドスカッテルダイト
系熱電材料に比較して、ゼーベック係数が向上し、導電
率が低下していることが判る。これは、従来、価数の違
いによって、充填されなかった希土類金属から放出され
ていたキャリアが減少したためであり、Hfを充填する
ことによって、より正確な電荷補償が可能となり、容易
にキャリア濃度の制御が行えるものである。
FIGS. 8 and 9 show the relationship between the Seebeck coefficient and the conductivity of the sintered body thus obtained and the temperature.
From the figure, it can be seen that the Seebeck coefficient is improved and the conductivity is reduced as compared with the filled skutterudite-based thermoelectric material filled with the rare earth metal. This is because the number of carriers released from the unfilled rare earth metal has conventionally decreased due to the difference in valence. By filling with Hf, more accurate charge compensation becomes possible, and the carrier concentration can be easily reduced. Control can be performed.

【0099】(実施例7)この実施例については、C
e、Fe、Co及びSbを主成分とするフィルドスカッ
テルダイト系熱電材料の製造方法において、その合金を
調製する工程にメカニカルアロイング法を用いることに
よって、合金中に微少量残留した異相の反応を促進し、
単相でかつ均一なフィルドスカッテルダイト化合物粉末
を得るものである。
(Embodiment 7) In this embodiment, C
In a method for producing a filled skutterudite-based thermoelectric material containing e, Fe, Co, and Sb as main components, a reaction of a heterogeneous phase remaining in a small amount in the alloy is performed by using a mechanical alloying method in a step of preparing the alloy. Promotes
This is to obtain a single-phase and uniform filled skutterudite compound powder.

【0100】原料金属Ce(純度99.9%)とFe
(純度99.9%)とCo(純度99.9985)及び
Sb(純度99.9999%)を、焼結後CeFe3
oSb1 2の組成比になるようにAr雰囲気中で秤量・混
合した金属材料を、石英管アンプルに真空封止し、電気
炉内で溶解温度1000〜1100℃に加熱して20時
間保持して溶解した。
Raw metal Ce (purity 99.9%) and Fe
(Purity 99.9%), Co (Purity 99.9985) and Sb (Purity 99.9999%), after sintering, CeFe 3 C
a metal material were weighed and mixed in an Ar atmosphere to obtain the composition ratio of OSB 1 2, vacuum sealing in a quartz tube ampule, and held for 20 hours by heating to melting temperature 1000 to 1100 ° C. in an electric furnace Dissolved.

【0101】次に、アンプル中で氷水に浸して急冷して
溶融金属を凝固させた。得られた塊を再度電気炉で70
0℃にて30時間加熱保持し、固相拡散によりフィルド
スカッテルダイト型結晶構造を得る。
Next, the molten metal was solidified by immersion in ice water in an ampoule and quenched. The obtained lump is again put into an electric furnace for 70 minutes.
The mixture is heated and maintained at 0 ° C. for 30 hours, and a filled skutterudite crystal structure is obtained by solid-phase diffusion.

【0102】得られた塊は乳鉢にて粗粉砕した後、遊星
ボールミルにて3時間メカニカルアロイング処理を行っ
た。メカニカルアロイングにはめのう製のポッド及び直
径5mmのジルコニア製ボールを用いた。メカニカルア
ロイング処理前と、処理により得られた化合物粉末のX
線回折結果を、それぞれ図10(A)と図10(B)に
示す。X線回折結果は、メカニカルアロイング処理前に
比較してFeSb2相が低減され、均一な単相が得られ
たことを示している。
The obtained lump was roughly pulverized in a mortar, and then subjected to a mechanical alloying treatment in a planetary ball mill for 3 hours. An agate pod and a 5 mm diameter zirconia ball were used for mechanical alloying. X before and after the mechanical alloying treatment and the compound powder obtained by the treatment
The results of the line diffraction are shown in FIGS. 10A and 10B, respectively. The X-ray diffraction results show that the FeSb 2 phase was reduced compared to before the mechanical alloying treatment, and a uniform single phase was obtained.

【0103】このようなメカニカルアロイング処理後の
粉末に、実施例4と同様にしてLaCl3水溶液からの
沈降法により、Lnの酸化物Ln23粉末を均一分散さ
せ、予備成形した。成形体は、放電プラズマ焼結機を使
用して、実施例4と同じ条件で焼結した。焼結体は、金
属相であるFeSb2相を低減することによって、ゼー
ベック係数Sを向上し、かつ熱伝導率κを低減すること
ができた。
An Ln oxide Ln 2 O 3 powder was uniformly dispersed in the powder after the mechanical alloying treatment by a precipitation method from a LaCl 3 aqueous solution in the same manner as in Example 4, and preformed. The compact was sintered under the same conditions as in Example 4 using a discharge plasma sintering machine. The sintered body was able to improve the Seebeck coefficient S and reduce the thermal conductivity κ by reducing the FeSb 2 phase as the metal phase.

【0104】(実施例8)原料として、金属Ce(純度
99.9%)とFe(純度99.9%)及びSb(純度
99.9999%)を、焼結後CeFe4Sb12の組成
比になるようにAr雰囲気中で秤量・混合した金属材料
を、石英管アンプルに真空封止し、電気炉内で溶解温度
1000〜1100℃に加熱して20時間保持して溶解
した。次に、アンプルを氷水に浸し急冷して凝固させ
た。固相拡散によりフィルドスカッテルダイト型結晶構
造を得るために、上記の塊を再度電気炉で700℃にて
30時間加熱保持し、得られた塊は、Ar雰囲気中で乳
鉢にて粗粉砕した後、遊星ボールミルにて平均粒径10
0μm以下に微粒化した。
(Example 8) Metal Ce (purity 99.9%), Fe (purity 99.9%) and Sb (purity 99.9999%) as raw materials, and the composition ratio of CeFe 4 Sb 12 after sintering The metal material weighed and mixed in an Ar atmosphere was vacuum-sealed in a quartz tube ampule, heated to a melting temperature of 1000 to 1100 ° C. in an electric furnace, and held for 20 hours to melt. Next, the ampoule was immersed in ice water and rapidly cooled to solidify. In order to obtain a filled skutterudite-type crystal structure by solid-phase diffusion, the above lump was again heated and held in an electric furnace at 700 ° C. for 30 hours, and the lump obtained was roughly pulverized in a mortar in an Ar atmosphere. Then, the average particle size is 10 in a planetary ball mill.
It was atomized to 0 μm or less.

【0105】この粉末を、Ar雰囲気中でカーボンダイ
スに封入し、さらに予備的に圧力を印加して成形した。
このように、焼結のための前処理を全てAr雰囲気中で
行うことによって、粉末表面への酸素の付着を防止で
き、高温での酸化による充填元素の脱落を防止できる。
この得られた予備成形体を、放電プラズマ焼結機を用い
て焼結した。焼結条件は、印可圧力300kgf/cm2、焼
結温度700℃、4分保持とした。また、昇温速度は1
00℃/分以下とした。
This powder was sealed in a carbon die in an Ar atmosphere, and was further molded by applying a preliminary pressure.
As described above, by performing all the pretreatments for sintering in an Ar atmosphere, it is possible to prevent oxygen from adhering to the powder surface and to prevent the filler element from falling off due to oxidation at high temperature.
The obtained preform was sintered using a spark plasma sintering machine. The sintering conditions were an applied pressure of 300 kgf / cm 2 , a sintering temperature of 700 ° C., and a holding time of 4 minutes. The heating rate is 1
The temperature was set to 00 ° C./min or less.

【0106】このようにして得られたCeFe4Sb12
化合物焼結体のX線回折結果を図11(A)に示す。ま
た、図11(B)には大気中でダイスに封入し予備成形
をした焼結体のX線回折結果を併記した。大気中の処理
は、X線回折チャートには、CeFe4Sb12のピーク
回折強度が、回折角2Θが31°付近に、またFeSb
2相のピークがCeFe4Sb12ピーク回折線に近接して
並んでおり、CeFe 4Sb12に対するFeSb2 の回
折線強度比が約0.5にも及ぶことが判る。図11
(A)、Ar雰囲気中でダイス封入した試料ではFeS
2の相が減少し、CeFe4Sb12単相が得られている
ことが判る。この例では、FeSb2 の回折線強度比は
0.01以下であった。また、この試料をEPMAにて
解析した結果、不純物相の含有率は5重量%以下であ
り、酸素の含有量は1重量%以下であることが判った。
The thus obtained CeFeFourSb12
FIG. 11A shows an X-ray diffraction result of the compound sintered body. Ma
FIG. 11 (B) shows a pre-molding in a die in air.
The results of X-ray diffraction of the sintered compacts described above are also shown. Atmospheric treatment
Indicates that in the X-ray diffraction chart, CeFeFourSb12Peak of
Diffraction intensity, diffraction angle 2Θ is around 31 °, and FeSb
TwoPhase peak is CeFeFourSb12Close to the peak diffraction line
Lined up, CeFe FourSb12FeSb forTwo Times
It can be seen that the broken line intensity ratio reaches about 0.5. FIG.
(A), in a sample sealed in a die in an Ar atmosphere, FeS
bTwoPhase decreases and CeFeFourSb12Single phase is obtained
You can see that. In this example, FeSbTwo The diffraction line intensity ratio of
It was 0.01 or less. In addition, this sample was
As a result of analysis, the content of the impurity phase was 5% by weight or less.
The oxygen content was found to be 1% by weight or less.

【0107】次に、これらの試料の熱伝導率κと温度の
関係を図12に示す。図よりAr雰囲気中で予備成形し
た焼結体では、熱伝導率κが低減されている。これは金
属であるFeSb2が減少し、フォノン散乱が増大した
ためである。また、この試料のゼーベック係数及び導電
率と温度との関係を図13に、さらに、これらより計算
される無次元性能指数(ZT)と温度との関係を図14
に示す。不純物の低減によって、導電率の低下を抑制し
ながら、ゼーベック係数を増大することができ、ZTは
450℃で1.4に達することが判る。
Next, the relationship between the thermal conductivity κ and the temperature of these samples is shown in FIG. As shown in the figure, in the sintered body preformed in an Ar atmosphere, the thermal conductivity κ is reduced. This is because FeSb 2 as a metal decreased and phonon scattering increased. FIG. 13 shows the relationship between the Seebeck coefficient and the conductivity of this sample and temperature, and FIG. 14 shows the relationship between the dimensionless figure of merit (ZT) and temperature calculated from these.
Shown in It can be seen that the Seebeck coefficient can be increased while suppressing the decrease in conductivity by reducing impurities, and ZT reaches 1.4 at 450 ° C.

【0108】(実施例9)この実施例は、ドーパントと
してPtを用いて、CeFe2.5Pt1.5Sb12の組成を
有するn型フィルドスカッテルダイト系熱電材料を調製
した。原料に、Ce(純度99.9%)とFe(純度9
9.9%)とPt(純度99.9)及びSb(純度9
9.9999%)を使用して、焼結後にCeFe2.5
1.5Sb12の組成比になるようにAr雰囲気中で秤量
・混合した金属材料から、実施例8と同一の条件で処理
して、焼結体を得た。このようにして得られた焼結体の
熱伝導率κと温度の関係を図15に示す。また、ゼーベ
ック係数及び導電率と温度の関係を図16(A、B)に
示す。充填元素の脱落を抑制しながらn型キャリアを増
大させたことによって、熱伝導率を低く保ちながらn型
フィルドスカッテルダイト系熱電材料を得ることができ
た。
Example 9 In this example, an n-type filled skutterudite thermoelectric material having a composition of CeFe 2.5 Pt 1.5 Sb 12 was prepared using Pt as a dopant. Raw materials include Ce (purity 99.9%) and Fe (purity 9).
9.9%), Pt (purity 99.9) and Sb (purity 9).
9.9999%) using CeFe 2.5 P after sintering.
A metal material weighed and mixed in an Ar atmosphere so as to have a composition ratio of t 1.5 Sb 12 was treated under the same conditions as in Example 8 to obtain a sintered body. FIG. 15 shows the relationship between the thermal conductivity κ of the sintered body thus obtained and the temperature. FIG. 16A and FIG. 16B show the relationship between the Seebeck coefficient, the conductivity, and the temperature. By increasing the number of n-type carriers while suppressing the dropout of the filling element, it was possible to obtain an n-type filled skutterudite-based thermoelectric material while keeping the thermal conductivity low.

【0109】(実施例10)この実施例は、p型とn型
のフィルドスカッテルダイト系熱電材料から、熱電カッ
プルが、焼結によって一体成形された。
Example 10 In this example, a thermoelectric couple was integrally formed from p-type and n-type filled skutterudite-based thermoelectric materials by sintering.

【0110】先ず、p型のフィルドスカッテルダイト
は、実施例8において得られたCeFe4Sb12系化合
物粉末を用いて、Ar雰囲気中でカーボンダイスに封入
し予備的に加圧成形して、p型の成形層とした。
First, the p-type filled skutterudite was sealed in a carbon die in an Ar atmosphere using the CeFe 4 Sb 12- based compound powder obtained in Example 8, and was preliminarily pressed and molded. This was a p-type molded layer.

【0111】他方の、n型のフィルドスカッテルダイト
系熱電材料は、実施例9において得られたCeFe2.5
Pt1.5Sb12系化合物粉末を用いて、このn型の化合
物粉末を、既に成形されてダイス中に残された上記のp
型の成形層(CeFe4Sb12系化合物)上に、Ar雰
囲気中で封入し、再度圧縮して成形を行った。これによ
り、p−n2層の予備成形体を得た。
On the other hand, the n-type filled skutterudite-based thermoelectric material is the CeFe 2.5 obtained in Example 9.
Using the Pt 1.5 Sb 12 -based compound powder, the n-type compound powder is mixed with the p-type powder that has already been formed and is left in the die.
On a mold forming layer (CeFe 4 Sb 12- based compound), sealing was performed in an Ar atmosphere, and compression was performed again to perform molding. As a result, a preformed body having a pn2 layer was obtained.

【0112】得られた2層成形体を放電プラズマ焼結機
を用いて焼結した。焼結条件は、印可圧力300kgf/cm
2、焼結温度700℃、4分保持とした。また、昇温速
度は100℃/分以下とした。これによって、図17に
示すような、円板状のp型焼結層2とn型焼結層3がそ
の間で接合された熱電材料焼結体1が得られた。この円
板状の焼結体1を、垂直な面で幅2〜5mmに切断して
p−n接合した多数の焼結片10に分離した。
The obtained two-layered compact was sintered using a spark plasma sintering machine. Sintering conditions are 300kgf / cm applied pressure.
2. The sintering temperature was kept at 700 ° C. for 4 minutes. Further, the heating rate was 100 ° C./min or less. As a result, as shown in FIG. 17, a thermoelectric material sintered body 1 in which the disk-shaped p-type sintered layer 2 and the n-type sintered layer 3 were joined therebetween was obtained. The disc-shaped sintered body 1 was cut into a width of 2 to 5 mm on a vertical surface and separated into a large number of pn-joined sintered pieces 10.

【0113】p−n接合した焼結片は、先端部にのみp
−n接合面4を残して、他の接合面を切除した。このよ
うにして切欠き部5によりp型とn型の熱電材料部分を
分離した断面がU字状の切片10にした。
The sintered piece subjected to pn bonding has p
Other bonding surfaces were cut away except for the −n bonding surface 4. In this manner, the p-type and n-type thermoelectric material portions were separated by the notch portions 5 to form U-shaped sections 10.

【0114】次に、焼結片10は、さらに、長手方向と
垂直に切断されて、この例では開放端の断面が正方形と
なるように、熱電カップル6に成形された。このように
して、焼結によって直接にpn接合されたフィルドスカ
ッテルダイト系熱電カップル6が得られた。
Next, the sintered piece 10 was further cut perpendicularly to the longitudinal direction, and was formed into a thermoelectric couple 6 such that the cross section of the open end in this example was square. In this way, a filled skutterudite-based thermoelectric couple 6 directly pn-joined by sintering was obtained.

【0115】さらに、この熱電カップルの開放端は、低
温側であるので、金属電極を、例えば半田付けし、複数
のカップルをpnpnの順に複数個直列に接合すること
によって熱電モジュールを得ることができる。
Further, since the open end of this thermoelectric couple is on the low temperature side, a thermoelectric module can be obtained by soldering metal electrodes, for example, and joining a plurality of couples in series in the order of pnpn. .

【0116】従来、高温で使用する熱電材料の高温端
は、pn接合するために、例えば鑞付けなどによってM
o電極が接合されていた。しかし、400℃を越えるよ
うな高温状態では、熱電材料と電極材料の熱膨張係数の
差によって生じる歪みによって断線や接触不良が発生す
る危険性があった。これに対し、焼結によって直接pn
接合をすることによって、異種金属を介さない接合が可
能となり、信頼性・耐久性を大幅に向上することが可能
となる。
Conventionally, the high-temperature end of a thermoelectric material used at a high temperature is formed by, for example, brazing to form a pn junction.
o electrode was joined. However, in a high temperature state exceeding 400 ° C., there is a risk that disconnection or poor contact may occur due to distortion caused by a difference in thermal expansion coefficient between the thermoelectric material and the electrode material. On the other hand, pn
By joining, joining without intervening dissimilar metals becomes possible, and reliability and durability can be greatly improved.

【0117】フィルドスカッテルダイト系熱電モジュー
ルは、熱源を有する装置において熱源により熱電モジュ
ールを加熱することにより、発電するのに利用される。
装置内部の駆動電力を発生させ、装置内部に制御用電源
として利用され、これにより、装置を電力コードレスに
する。
The filled skutterudite-based thermoelectric module is used to generate power by heating the thermoelectric module with a heat source in an apparatus having a heat source.
The drive power inside the device is generated and used as a control power source inside the device, thereby making the device power cordless.

【0118】このような装置には、触媒燃焼装置や石油
バーナーなどがある。これらの熱源は、温度は400℃
を越えるために、従来の熱電材料では燃焼熱を十分に加
えることができなかった。これに対して、フィルドスカ
ッテルダイト系熱電モジュールを用いることによって、
400℃以上での動作が可能となり、少量のモジュール
で大きな電力を得ることが可能となる。
Examples of such a device include a catalytic combustion device and a petroleum burner. These heat sources have a temperature of 400 ° C
, The conventional thermoelectric materials could not sufficiently add the heat of combustion. On the other hand, by using filled skutterudite thermoelectric module,
Operation at 400 ° C. or higher becomes possible, and large power can be obtained with a small number of modules.

【0119】熱電モジュールによって得られた電力は、
例えばレギュレータ等を用いて昇圧され、内部電気装置
の電源に利用される。また、高容量のパワーキャパシタ
等を用いることによって、装置の待機中電源や起動時の
電力にも用いることができる。
The power obtained by the thermoelectric module is
For example, the voltage is boosted using a regulator or the like, and is used as a power source for an internal electric device. In addition, by using a high-capacity power capacitor or the like, the device can be used as a standby power source or a startup power source.

【0120】図18には、電源コードレス化した装置を
例示したが、装置本体8は、熱源7を内臓するが、熱源
7に接触して熱電モジュール61が配置されている。熱
源7が作動中は、熱電モジュール61により発電された
電力が、電流制御部により制御されて、例えば、冷却フ
ァン82、送風ファン83に供給され、装置制御部84
には、制御電源として利用される。熱電モジュール61
からの給電に余力があるときは、キャパシタ91で蓄電
され、熱源7が休止中の場合の電源に使用する。
FIG. 18 shows an example of a power cordless device. The device main body 8 includes a heat source 7 therein, and a thermoelectric module 61 is arranged in contact with the heat source 7. While the heat source 7 is operating, the electric power generated by the thermoelectric module 61 is controlled by the current control unit and supplied to, for example, the cooling fan 82 and the blower fan 83, and the device control unit 84
Is used as a control power supply. Thermoelectric module 61
When there is enough power to supply power from the power source, the power is stored in the capacitor 91 and used as a power source when the heat source 7 is at rest.

【0121】[0121]

【発明の効果】本発明の熱電材料は、Sb含有スカッテ
ルダイト化合物の結晶粒子の周囲に金属酸化物を分散し
てなる焼体としたから、結晶粒の微細化と粒界分布の粒
子により、熱電材料としての熱伝導率の低い熱電材料を
得ることが可能となり、熱電素子の熱電変換効率を向上
できる。
The thermoelectric material of the present invention is a fired body in which a metal oxide is dispersed around crystal particles of an Sb-containing skutterudite compound. In addition, a thermoelectric material having a low thermal conductivity as a thermoelectric material can be obtained, and the thermoelectric conversion efficiency of the thermoelectric element can be improved.

【0122】熱電材料は、Sb含有スカッテルダイト化
合物に、希土類金属LnやHfを充填し且つFe置換し
たフィルドスカッテルダイトを利用することにより、結
晶粒の微細化を図ることにより、熱伝導率が低く、性能
指数の高い熱電素子の熱電変換効率を提供することがで
きる。
The thermoelectric material is made of a Sb-containing skutterudite compound filled with a rare earth metal Ln or Hf and replaced with Fe to make the crystal grains finer, thereby reducing the thermal conductivity. And a thermoelectric conversion efficiency of a thermoelectric element having a low figure of merit and a high figure of merit can be provided.

【0123】本発明の熱電材料は、特に、CoとSbと
を主成分に含むCoSb3化合物にCr、Mn、Fe、
Ru等の遷移金属を含むことにより、ゼーベック係数を
上昇させ、パワーファクターを高める効果がある。
The thermoelectric material of the present invention is particularly suitable for a CoSb3 compound containing Co and Sb as main components to Cr, Mn, Fe,
The inclusion of a transition metal such as Ru has the effect of increasing the Seebeck coefficient and increasing the power factor.

【0124】本発明の熱電材料は、希土類金属Lnを充
填し且つCoの一部をFe置換したLnyFexCo4-x
Sb12系フィルドスカッテルダイト系結晶について、特
に不純物相を5重量%以下に分解を抑えることにより、
優れたフィルドスカッテルダイト系熱電材料の安定性を
確保し、熱電特性を高めることができる。
[0124] thermoelectric material of the present invention, Ln y Fe x Co 4- x where a part of and Co was filled with rare earth metal Ln and Fe substituted
For sb 12 system filled discussions ether phosphoramidite-based crystal, particularly by suppressing the decomposition of the impurity phase to 5% by weight or less,
The stability of the excellent filled skutterudite-based thermoelectric material can be secured and the thermoelectric properties can be improved.

【0125】さらに、フィルドスカッテルダイト系熱電
材料を、LnyFex4-xSb12(ここで、Lnは希土
類金属、MがNi、Pd、Pt)の組成としたので、熱
電特性の良好なn型熱電材料として、利用することがで
きる。このn型熱電材料は、特に、上記のようなに安定
化されたLn充填Fe置換したフィルドスカッテルダイ
ト結晶をp型熱電材料として、熱電カップルを形成する
ことができる。
[0125] Furthermore, the filled discussions ether phosphoramidite-based thermoelectric material, (wherein, Ln is a rare earth metal, M is Ni, Pd, Pt) Ln y Fe x M 4-x Sb 12 since the composition of the thermoelectric properties It can be used as a good n-type thermoelectric material. In particular, the n-type thermoelectric material can form a thermoelectric couple by using the Ln-filled Fe-substituted filled skutterudite crystal stabilized as described above as a p-type thermoelectric material.

【0126】本発明の熱電カップルは、p型熱電材料と
n型熱電材料とを、何れも熱膨張係数の小さいSb含有
スカッテルダイト系熱電材料から焼結により直接接合し
て形成されるから、p−n接合面も焼結により接続され
ており、従って、高温において使用されても、p−n接
合面が割れたり、欠損したりすることなく、熱的に安定
で耐久性の高い熱電カップルとすることができる。
The thermoelectric couple of the present invention is formed by directly joining a p-type thermoelectric material and an n-type thermoelectric material from an Sb-containing scattellite-based thermoelectric material having a small thermal expansion coefficient by sintering. The pn junction surface is also connected by sintering, so that even when used at high temperature, the pn junction surface does not crack or break, and is thermally stable and highly durable. It can be.

【0127】本発明の熱電材料の製造方法は、Sb含有
スカッテルダイト系化合物又はその構成成分と金属酸化
物の混合粉末を焼結することにより、焼結過程での結晶
粒成長を抑制して、スカッテルダイト系化合物の結晶粒
を微細化する。これにより、熱伝導率が低く、性能指数
の高い熱電素子の熱電変換効率を有する熱電材料を製造
することができる。
The method for producing a thermoelectric material of the present invention suppresses crystal grain growth during the sintering process by sintering a mixed powder of an Sb-containing skutterudite compound or a component thereof and a metal oxide. And to refine the crystal grains of the skutterudite compound. Accordingly, a thermoelectric material having a low thermal conductivity and a high thermoelectric conversion efficiency of a thermoelectric element having a high figure of merit can be manufactured.

【0128】遷移金属微粉末を均一分散する方法に水溶
液からの沈降法を利用することにより、微細な酸化物粒
子を化合物粒子表面に均一に分布させることが可能であ
り、焼結過程での結晶粒の成長を有効に抑制することが
でき、 熱電材料の熱伝導率を低くするのに有効であ
る。
By utilizing the sedimentation method from an aqueous solution for uniformly dispersing the transition metal fine powder, fine oxide particles can be uniformly distributed on the surface of the compound particles. It can effectively suppress grain growth and is effective in lowering the thermal conductivity of thermoelectric materials.

【0129】また、本発明の熱電材料の製造方法は、特
に、CoSb3系の、スカッテルダイト化合物粉末中に
遷移金属微粉末を均一に分散して混合粉末を調製し、こ
れを焼結することによって、スカッテルダイト中Coの
遷移金属への置換を促進し、CoSb3系熱電材料のゼ
ーベック係数を上昇させ、パワーファクターを高める効
果がある。特に、遷移金属にMn、Cr、Fe、Ru等
のp型ドーパントの使用により、特にp型CoSb3
熱電材料の性能改善に寄与する。
In the method for producing a thermoelectric material according to the present invention, in particular, a transition metal fine powder is uniformly dispersed in a CoSb 3 -based skutterudite compound powder to prepare a mixed powder, which is then sintered. This has the effect of promoting the replacement of Co in scatteludite with a transition metal, increasing the Seebeck coefficient of the CoSb 3 -based thermoelectric material, and increasing the power factor. In particular, the use of a p-type dopant such as Mn, Cr, Fe, or Ru as the transition metal contributes to the improvement of the performance of the p-type CoSb 3 -based thermoelectric material.

【0130】CoSb3系合金粉末への遷移金属の混合
が、無電解メッキ法、溶液乾固後のの水素還元法、メカ
ニカルアロイングによって均一に分散した遷移金属微粉
末との混合粉末を調製し、これを焼結することによっ
て、Coと遷移金属の置換を促進することができる。
The transition metal was mixed with the CoSb3-based alloy powder by preparing a mixed powder with a transition metal fine powder uniformly dispersed by an electroless plating method, a hydrogen reduction method after drying the solution, and mechanical alloying. By sintering this, the substitution of Co with the transition metal can be promoted.

【0131】混合粉末の焼結に放電プラズマ焼結法を利
用することにより、短時間で均一緻密な焼結体を容易に
得ることができ、金属酸化物分散による結晶粒成長抑制
の効果とともに、結晶が高密度化され且つ微細化された
熱電特性に優れた熱電材料を製造することができる。
By using the spark plasma sintering method for sintering the mixed powder, a uniform and dense sintered body can be easily obtained in a short time, and the effect of suppressing the growth of crystal grains by dispersing the metal oxide can be obtained. It is possible to manufacture a thermoelectric material having excellent thermoelectric properties in which crystals are densified and miniaturized.

【0132】本発明の熱電材料の製造方法は、また、L
yFexCo4-xSb12系フィルドスカッテルダイト系
化合物を利用する熱電材料の製造の過程で、焼結に至る
まで、非酸化性雰囲気中で処理するので、処理過程で酸
素により汚染されることがなく、焼結過程で、フィルド
スカッテルダイト中のLnなどの酸化とフィルドスカッ
テルダイトの分解とが防止でき、フィルドスカッテルダ
イトの安定化を図り、その熱電特性が改善される。
The method for producing a thermoelectric material of the present invention
In n y Fe x Co 4-x Sb 12 system filled discussions ether Daito-based process for the preparation of compounds thermoelectric material that utilizes, up to the sintering, since processing in a non-oxidizing atmosphere, oxygen due to contamination during processing In the sintering process, oxidation of Ln or the like in the filled skutterudite and decomposition of the filled skutterudite can be prevented, stabilizing the filled skutterudite, and improving its thermoelectric properties. .

【0133】フィルドスカッテルダイト系化合物焼結体
の作製工程において、焼結の前処理の工程を全て真空あ
るいは不活性ガス中で行うことによって、化合物粉末へ
の酸素の吸着を低減し、焼結時に発生する充填元素の酸
化による脱落を防止し、不純物濃度の極めて低い焼結体
を得ることができる。
In the process of producing a filled skutterudite compound sintered body, all the pre-treatment steps of sintering are performed in a vacuum or an inert gas, so that the adsorption of oxygen to the compound powder is reduced. Oxidation of the filling element, which is sometimes generated, due to oxidation is prevented, and a sintered body having an extremely low impurity concentration can be obtained.

【0134】本発明は、熱電カップルを、p型スカッテ
ルダイト系化合物の粉末と、n型のスカッテルダイト化
合物粉末とから形成してた成形層を重ねて、焼結するの
で、カップルのp−n接合を焼結によって形成され、高
温における信頼性や耐久性に優れた熱電カップルを得る
ことができる。
According to the present invention, a thermoelectric couple is formed by stacking and sintering a molded layer formed from a powder of a p-type skutterudite compound and a powder of an n-type skutterudite compound. A -n junction is formed by sintering, and a thermoelectric couple excellent in high-temperature reliability and durability can be obtained.

【0135】さらに、フィルドスカッテルダイト系熱電
モジュールと熱源を有する装置において、熱源から熱電
モジュールに与えられる温度差で発生した電力で装置内
部の駆動を行うことによって、高温の熱源に対しても信
頼性がありかつ低コストなコードレス装置を得ることが
できる。
Further, in a device having a filled skutterudite-based thermoelectric module and a heat source, the inside of the device is driven by electric power generated by a temperature difference given from the heat source to the thermoelectric module, so that a high-temperature heat source can be reliably used. It is possible to obtain a flexible and low-cost cordless device.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施例のCo0.999 Fe0.001 Sb3
化合物とLa23 の混合焼結体の破断面の粒子の分布
を示すSEM写真(A)と、Co0.999 Fe0.001 Sb
3 の単独の同様のSEM写真(B)。
FIG. 1 shows Co of an embodiment of the present invention.0.999 Fe0.001 SbThree 
Compound and LaTwo OThree Distribution of fracture surface of mixed sintered body
SEM photograph (A) showing0.999 Fe0.001 Sb
Three (B).

【図2】本発明の実施例に係るCo0.999 Fe0.001
3 化合物とLa23 の混合焼結体の熱伝導率と温度
の関係を表すグラフ。
FIG. 2 shows Co 0.999 Fe 0.001 S according to an embodiment of the present invention.
4 is a graph showing the relationship between the thermal conductivity and temperature of a mixed sintered body of a b 3 compound and La 2 O 3 .

【図3】本発明の実施例に係るCuメッキを施したCo
Sb3 化合物焼結体のゼータベック係数と温度の関係を
示すグラフ。
FIG. 3 shows a Cu-plated Co according to an embodiment of the present invention.
4 is a graph showing the relationship between the Zetabeck coefficient and the temperature of the Sb 3 compound sintered body.

【図4】本発明の実施例に係るFe添加CoSb3 化合
物焼結体及びCo0.999 Fe0. 0010Sb3 化合物焼結体
のゼーベック係数と温度の関係を表すグラフ。
[4] Seebeck coefficient and graph showing the relationship between the temperature of the Fe additive CoSb3 compound sintered body and Co 0.999 Fe 0. 0010 Sb 3 compound sintered body according to an embodiment of the present invention.

【図5】本発明の実施例に係るFe添加CoSb3 化合
物焼結体及びCo0.999 Fe0. 001 Sb3 化合物焼結体
のパワーファクタと温度の関係を表すグラフ。
FIG. 5 is a graph representing the power factor versus temperature of Fe added CoSb 3 compound sintered body and Co 0.999 Fe 0. 001 Sb 3 compound sintered body according to an embodiment of the present invention.

【図6】本発明の実施例に係るCeCoFe3Sb12
合物とLa23との混合焼結体の熱伝導率κと温度の関
係を表すグラフ。
FIG. 6 is a graph showing a relationship between a thermal conductivity κ and a temperature of a mixed sintered body of a CeCoFe 3 Sb 12 compound and La 2 O 3 according to an example of the present invention.

【図7】本発明の実施例に係るCe0.5La0.5CoFe
3Sb12化合物の熱伝導率κと温度の関係を表すグラ
フ。
FIG. 7 shows Ce 0.5 La 0.5 CoFe according to an embodiment of the present invention.
3 is a graph showing the relationship between the thermal conductivity κ of 3 Sb 12 compound and temperature.

【図8】本発明の実施例に係るHfFe4Sb12化合物
のゼーベック係数と温度の関係を表すグラフ。
FIG. 8 is a graph showing the relationship between the Seebeck coefficient and the temperature of the HfFe 4 Sb 12 compound according to the example of the present invention.

【図9】本発明の実施例に係るHfFe4Sb12化合物
熱電材料の導電率と温度の関係を表すグラフ。
FIG. 9 is a graph showing the relationship between the conductivity and the temperature of the HfFe 4 Sb 12 compound thermoelectric material according to the example of the present invention.

【図10】本発明の実施例に係るメカニカルアロイング
の前と後のCeCoFe3Sb12化合物粉末のX線回折
チャート(A、B)。
FIG. 10 is an X-ray diffraction chart (A, B) of CeCoFe 3 Sb 12 compound powder before and after mechanical alloying according to an example of the present invention.

【図11】Ar中処理(A)と、空気中処理(B)とを
行った後に放電プラズマ焼結したCeFe4Sb12化合
物焼結体のX線回折結果。
FIG. 11 is an X-ray diffraction result of a CeFe 4 Sb 12 compound sintered body which has been subjected to a treatment in Ar (A) and a treatment in air (B) and then subjected to spark plasma sintering.

【図12】本発明の実施例に係るCeFe4Sb12化合
物焼結体の熱伝導率κと温度の関係を表すグラフ。
FIG. 12 is a graph showing the relationship between the thermal conductivity κ and the temperature of the CeFe 4 Sb 12 compound sintered body according to the example of the present invention.

【図13】Ar中及び空気中で処理されて後焼結された
CeFe4Sb12化合物焼結体の温度−ゼーベック係数
の環形(A)と温度−導電率の関係(B)を表すグラ
フ。
FIG. 13 is a graph showing a temperature-conductivity relationship (B) and a temperature-conductivity (A) and a temperature-conductivity (B) of a CeFe 4 Sb 12 compound sintered body that has been treated in Ar and air and then sintered.

【図14】本発明の実施例に係るCeFe4Sb12化合
物焼結体の無次元性能指数(ZT)と温度との関係を表
すグラフ。
FIG. 14 is a graph showing a relationship between a dimensionless figure of merit (ZT) and temperature of a CeFe 4 Sb 12 compound sintered body according to an example of the present invention.

【図15】本発明の実施例に係るCeFe2.5Pt1.5
12化合物焼結体の熱伝導率κと温度の関係を表すグラ
フ。
FIG. 15 shows CeFe 2.5 Pt 1.5 S according to an embodiment of the present invention.
b is a graph showing the relationship between the thermal conductivity κ of the sintered body of 12 compound and the temperature.

【図16】本発明の実施例に係るCeFe2.5Pt1.5
12化合物焼結体の温度−ゼーベック係数の関係(A)
と、温度−導電率の関係(B)を表すグラフ。
FIG. 16 shows CeFe 2.5 Pt 1.5 S according to an embodiment of the present invention.
b. Relationship between temperature and Seebeck coefficient of 12 compound sintered body (A)
And a graph showing the relationship (B) between temperature and conductivity.

【図17】本発明の実施形態により、p−n接合を有す
る熱電カップルを製造する工程を示す斜視図(A〜
D)。
FIG. 17 is a perspective view illustrating a process of manufacturing a thermoelectric couple having a pn junction according to an embodiment of the present invention (A to A).
D).

【図18】熱源と熱電モジュールとを備えた装置のブロ
ック図。
FIG. 18 is a block diagram of an apparatus including a heat source and a thermoelectric module.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 熱電材料焼結体 10 焼結片 2 p型焼結層 3 n型焼結層 4 p−n接合面 5 切欠き部 6 熱電カップル 61 熱電モジュール 7 熱源 8 装置本体 80 電流制御部 81 キャパシタ 84 装置制御部 REFERENCE SIGNS LIST 1 thermoelectric material sintered body 10 sintered piece 2 p-type sintered layer 3 n-type sintered layer 4 pn junction surface 5 notch 6 thermoelectric couple 61 thermoelectric module 7 heat source 8 device body 80 current controller 81 capacitor 84 Device control unit

Claims (44)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 スカッテルダイト系熱電材料が、Sb含
有スカッテルダイト化合物結晶粒と該結晶の粒界に分散
した金属酸化物とから成る焼結体であることを特徴とす
る熱電材料。
1. A thermoelectric material characterized in that the skutterudite-based thermoelectric material is a sintered body composed of Sb-containing skutterudite compound crystal grains and a metal oxide dispersed in the crystal grain boundaries.
【請求項2】 該スカッテルダイト化合物の平均結晶粒
径を20μm以下にした請求項1に記載の熱電材料。
2. The thermoelectric material according to claim 1, wherein said skutterudite compound has an average crystal grain size of 20 μm or less.
【請求項3】 上記金属酸化物が希土類金属の酸化物で
あることを特徴とする請求項2記載の熱電材料。
3. The thermoelectric material according to claim 2, wherein said metal oxide is a rare earth metal oxide.
【請求項4】 上記スカッテルダイト化合物が、Lny
FexCo4-xSb12(ここで、Lnは希土類金属、<X
≦4、0<y≦1)の組成のフィルドスカッテルダイト
系化合物であることを特徴とする請求項1又は2に記載
の熱電材料。
Wherein said discussions ether phosphoramidite compound, Ln y
Fe x Co 4-x Sb 12 (where Ln is a rare earth metal, <X
The thermoelectric material according to claim 1, wherein the thermoelectric material is a filled skutterudite compound having a composition of ≦ 4, 0 <y ≦ 1).
【請求項5】 上記組成が、特に、3≦X≦4で、且つ
0.8≦y≦1である請求項4の熱電材料。
5. The thermoelectric material according to claim 4, wherein the composition satisfies 3 ≦ X ≦ 4 and 0.8 ≦ y ≦ 1.
【請求項6】 上記Lnが2種類以上の希土類金属を含
むことを特徴とする請求項4記載の熱電材料。
6. The thermoelectric material according to claim 4, wherein said Ln contains two or more rare earth metals.
【請求項7】 上記Lnが、希土類金属に代えて、Hf
である請求項4ないし6のいずれかに記載の熱電材料。
7. The method according to claim 1, wherein Ln is Hf instead of rare earth metal.
The thermoelectric material according to any one of claims 4 to 6, wherein
【請求項8】 スカッテルダイト化合物結晶が、Co及
びSbを主成分とするCoSb3 系化合物であって、C
oSb3系化合物の結晶が、Co族金属を除く遷移金属
を含むことを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに
記載の熱電材料。
8. The skutterudite compound crystal is a CoSb 3 -based compound containing Co and Sb as main components, and
crystals OSB 3 type compound, the thermoelectric material according to any one of claims 1 to 3, characterized in that it comprises a transition metal other than the Co-group metal.
【請求項9】 前記遷移金属が、Cr、Mn、Fe若し
くはRu、又はNi、Pa、Pt、若しくはCuである
請求項8に記載の熱電材料。
9. The thermoelectric material according to claim 8, wherein the transition metal is Cr, Mn, Fe, or Ru, or Ni, Pa, Pt, or Cu.
【請求項10】 CoとSbの粉末若しくは上記CoS
3 系化合物粉末と、該粉末中に分散した遷移金属と、
から成る成形体を焼結して成る焼結体であることを特徴
とする請求項8に記載の熱電材料。
10. Co and Sb powder or the above CoS
and b 3 based compound powder, a transition metal dispersed in the powder,
The thermoelectric material according to claim 8, wherein the thermoelectric material is a sintered body obtained by sintering a molded body made of:
【請求項11】 LnyFexCo4-xSb12(ここで、
Lnは希土類金属、0≦X≦4、0≦y≦1)の組成比
からなるフィルドスカッテルダイト系熱電材料におい
て、フィルドスカッテルダイト結晶相中にFeSb2
が、X線回折によるフィルドスカッテルダイト結晶相の
ピーク回折強度に対するFeSb2相のピーク回折強度
の強度比で、1%以下としたことを特徴とするフィルド
スカッテルダイト系熱電材料。
11. Ln y Fe x Co 4-x Sb 12 ( here,
Ln is a rare earth metal, and in a filled skutterudite-based thermoelectric material having a composition ratio of 0 ≦ X ≦ 4, 0 ≦ y ≦ 1), the FeSb 2 phase is contained in the filled skutterudite crystal phase by X-ray diffraction. A filled skutterudite-based thermoelectric material, wherein the intensity ratio of the peak diffraction intensity of the FeSb 2 phase to the peak diffraction intensity of the terdite crystal phase is 1% or less.
【請求項12】 LnyFexCo4-xSb12(ここで、
Lnは希土類金属、0≦X≦4、0≦y≦1)の組成比
からなるフィルドスカッテルダイト系熱電材料におい
て、フィルドスカッテルダイト結晶相中に酸素の含有量
を1重量%以下としたことを特徴とするフィルドスカッ
テルダイト系熱電材料。
12. Ln y Fe x Co 4-x Sb 12 ( here,
Ln is a rare earth metal, and in a filled skutterudite-based thermoelectric material having a composition ratio of 0 ≦ X ≦ 4, 0 ≦ y ≦ 1), the content of oxygen in the filled skutterudite crystal phase is set to 1% by weight or less. A filled skutterudite-based thermoelectric material, characterized in that:
【請求項13】上記組成が、特に、3≦X≦4で、且つ
0.8≦y≦1である請求項11又は12に記載の熱電
材料。
13. The thermoelectric material according to claim 11, wherein the composition satisfies 3 ≦ X ≦ 4 and 0.8 ≦ y ≦ 1.
【請求項14】 HfyFexCo4-xSb12(ここで、
0<X≦4、0<y≦1)の組成を有するフィルドスカ
ッテルダイト系化合物からなる熱電材料。
14. Hf y Fe x Co 4-x Sb 12 ( here,
A thermoelectric material comprising a filled skutterudite compound having a composition of 0 <X ≦ 4, 0 <y ≦ 1).
【請求項15】上記組成が、特に、3≦X≦4で、且つ
0.8≦y≦1である請求項14に記載の熱電材料。
15. The thermoelectric material according to claim 14, wherein the composition satisfies 3 ≦ X ≦ 4 and 0.8 ≦ y ≦ 1.
【請求項16】 LnyFex4-xSb12(ここで、L
nは希土類金属、1≦X≦4、0≦y≦1)の組成比か
らなるフィルドスカッテルダイト系熱電材料において、
MがNi、Pd、Ptのいずれかであることを特徴とす
るフィルドスカッテルダイト系熱電材料。
16. Ln y Fe x M 4-x Sb 12 ( here, L
n is a rare-earth metal, a filled skutterudite-based thermoelectric material having a composition ratio of 1 ≦ X ≦ 4, 0 ≦ y ≦ 1),
A filled skutterudite-based thermoelectric material, wherein M is any one of Ni, Pd, and Pt.
【請求項17】 3≦X≦4で、且つ0.8≦y≦1で
ある請求項16に記載の熱電材料。
17. The thermoelectric material according to claim 16, wherein 3 ≦ X ≦ 4 and 0.8 ≦ y ≦ 1.
【請求項18】 Sb含有スカッテルダイト化合物の結
晶とその結晶粒界に分散した金属酸化物とから成るスカ
ッテルダイト系熱電材料の製造方法であって、スカッテ
ルダイト化合物若しくはその構成成分と金属酸化物との
混合粉末を焼結することを特徴とする熱電材料の製造方
法。
18. A method for producing a skutterudite-based thermoelectric material comprising a crystal of an Sb-containing skutterudite compound and a metal oxide dispersed in a crystal grain boundary thereof, comprising: A method for producing a thermoelectric material, comprising sintering a mixed powder with an oxide.
【請求項19】上記Sb含有スカッテルダイト化合物
が、LnyFexCo4- xSb12(ここで、Lnは希土類
金属、0<X≦4、0<y≦1)の組成のフィルドスカ
ッテルダイト化合物であることを特徴とする請求項18
に記載の熱電材料の製造方法。
19. The Sb-containing discussions ether phosphoramidite compound (wherein, Ln is a rare earth metal, 0 <X ≦ 4,0 <y ≦ 1) Ln y Fe x Co 4- x Sb 12 Firudosuka' the composition 19. A terdite compound.
3. The method for producing a thermoelectric material according to item 1.
【請求項20】 上記組成が、特に、3≦X≦4で、且
つ0.8≦y≦1である請求項19の熱電材料の製造方
法。
20. The method according to claim 19, wherein the composition satisfies 3 ≦ X ≦ 4 and 0.8 ≦ y ≦ 1.
【請求項21】 上記混合粉末が、金属含有水溶液から
の沈降により上記スカッテルダイト化合物の粉末に金属
含有沈降物を分散させ、後に加熱分解して、当該化合物
粉末に金属酸化物を分散させて成ることを特徴とする請
求項18ないし20のいずれかに記載の熱電材料の製造
方法。
21. The mixed powder is obtained by dispersing a metal-containing precipitate in the powder of the skutterudite compound by sedimentation from a metal-containing aqueous solution, and subsequently thermally decomposing to disperse a metal oxide in the compound powder. The method for producing a thermoelectric material according to any one of claims 18 to 20, wherein the method comprises:
【請求項22】 スカッテルダイト化合物結晶が、Co
及びSbを主成分とするCoSb3 系化合物であって、
上記混合粉末が、スカッテルダイト化合物結晶にCo族
金属を除く遷移金属とを混合して焼結されることを特徴
とする請求項18に記載の熱電材料の製造方法。
22. The crystal of a skutterudite compound is Co
And a CoSb 3 compound containing Sb as a main component,
19. The method for producing a thermoelectric material according to claim 18, wherein the mixed powder is sintered by mixing a skutterudite compound crystal with a transition metal other than a Co group metal.
【請求項23】 上記混合粉が、CoSb3系化合物粉
末に遷移金属を無電解メッキして成ることを特徴とする
請求項22に記載の熱電材料の製造方法。
23. The method for producing a thermoelectric material according to claim 22, wherein the mixed powder is formed by electroless plating a transition metal on a CoSb 3 -based compound powder.
【請求項24】 上記混合粉が、CoとSbの混合粉末
若しくはCoSb3系化合物粉末の表面に遷移金属をメ
カニカルアロイングにより混合して成ることを特徴とす
る請求項22に記載の熱電材料の製造方法。
24. The thermoelectric material according to claim 22, wherein the mixed powder is obtained by mixing a transition metal with the surface of a mixed powder of Co and Sb or a CoSb 3 -based compound powder by mechanical alloying. Production method.
【請求項25】 上記混合粉が、遷移金属を溶解した水
溶液中にCoとSbとの粉末若しくはCoSb3 系化合
物粉末を分散し、水溶液を蒸発乾固後に水素還元して混
合粉末とした請求項22に記載の熱電材料の製造方法。
25. The mixed powder, wherein a powder of Co and Sb or a CoSb 3 -based compound powder is dispersed in an aqueous solution in which a transition metal is dissolved, and the aqueous solution is evaporated to dryness and then reduced with hydrogen to form a mixed powder. 23. The method for producing a thermoelectric material according to 22.
【請求項26】 前記遷移金属が、Mn、Cr、Fe、
若しくはRu、又は、Ni、Pd、Pt若しくはCuで
ある請求項18ないし25のいずれかに記載の熱電材料
の製造方法。
26. The method according to claim 26, wherein the transition metal is Mn, Cr, Fe,
26. The method for producing a thermoelectric material according to claim 18, wherein the thermoelectric material is Ru, or Ni, Pd, Pt, or Cu.
【請求項27】 混合粉末を焼結する方法が、放電プラ
ズマ焼結法であることを特徴とする請求項18に記載の
熱電材料の製造方法。
27. The method according to claim 18, wherein the method of sintering the mixed powder is a spark plasma sintering method.
【請求項28】 LnyFex4-xSb12(ここで、L
nは希土類金属、0≦X≦4、0≦y≦1)の組成比の
フィルドスカッテルダイト化合物を含む熱電材料の製造
方法において、フィルドスカッテルダイト化合物の形成
からフィルドスカッテルダイト化合物粉末の焼結に至る
前処理工程が、非酸化性雰囲気中において行うことを特
徴とするフィルドスカッテルダイト系熱電材料の製造方
法。
28. Ln y Fe x M 4-x Sb 12 ( here, L
n is a rare earth metal, and in a method for producing a thermoelectric material containing a filled skutterudite compound having a composition ratio of 0 ≦ X ≦ 4, 0 ≦ y ≦ 1), a method of forming a filled skutterudite compound powder to form a filled skutterudite compound powder; A method for producing a filled skutterudite-based thermoelectric material, wherein a pretreatment step leading to sintering is performed in a non-oxidizing atmosphere.
【請求項29】 前処理工程が、フィルドスカッテルダ
イト化合物の粉砕と当該化合物粉末の予備成形と成形体
の焼結ダイスへの装入と成形体の焼結の工程を含むこと
を特徴とする請求項28に記載の熱電材料の製造方法。
29. The pre-treatment step includes the steps of pulverizing a filled skutterudite compound, preforming the compound powder, charging a compact into a sintering die, and sintering the compact. A method for producing the thermoelectric material according to claim 28.
【請求項30】 上記化合物粉末を焼結する方法が、放
電プラズマ焼結法であることを特徴とする請求項18な
いし20、28、及び29のいずれかに記載の熱電材料
の製造方法。
30. The method for producing a thermoelectric material according to claim 18, wherein the method for sintering the compound powder is a spark plasma sintering method.
【請求項31】 Sb含有スカッテルダイト系熱電材料
をp型電材料とn型熱電材料として、両熱電材料を一体
に焼結接合して、p−n接合面を形成した熱電カップル
であって、 p型電材料が請求項1ないし12に記載の熱電材料であ
ることを特徴とする熱電カップル。
31. A thermoelectric couple in which an Sb-containing skutterudite-based thermoelectric material is used as a p-type electric material and an n-type thermoelectric material, and both thermoelectric materials are integrally sintered and joined to form a pn junction surface. A thermoelectric couple, wherein the p-type electric material is the thermoelectric material according to claims 1 to 12.
【請求項32】 n型熱電材料が、Ni、Pd又はPt
で置換したSb含有スカッテルダイト系熱電材料である
請求項31に記載の熱電カップル。
32. The n-type thermoelectric material is Ni, Pd or Pt.
The thermoelectric couple according to claim 31, which is a Sb-containing skutterudite-based thermoelectric material substituted with:
【請求項33】 n型CoSb3 系熱電材料が、Lny
Fex4-xSb12(ここで、Lnは希土類金属、0≦X
≦4、0≦y≦1、MはNi又はPd又はPt)の組成
比からなるn型フィルドスカッテルダイト系熱電材料か
ら構成され、焼結によって接合されたジャンクションを
有することを特徴とする請求項3に記載の熱電カップ
ル。
33. n-type CoSb 3 based thermoelectric material, Ln y
Fe x M 4-x Sb 12 (where Ln is a rare earth metal, 0 ≦ X
≦ 4, 0 ≦ y ≦ 1, M is composed of an n-type filled skutterudite thermoelectric material having a composition ratio of Ni or Pd or Pt), and has a junction joined by sintering. Item 4. A thermoelectric couple according to item 3.
【請求項34】 p型Sb含有フィルドスカッテルダイ
ト系熱電材料の原料混合粉の成形層と、n型Sb含有フ
ィルドスカッテルダイト系熱電材料の混合粉成形層とを
加圧により接合して、次いで、一体に焼結させて、焼結
によるp−n接合を有する熱電カップルの製造方法。
34. A molding layer of a raw material mixed powder of a p-type Sb-containing filled skutterudite-based thermoelectric material and a mixed powder molding layer of an n-type Sb-containing filled skutterudite-based thermoelectric material are joined by pressure, Next, a method of manufacturing a thermoelectric couple having a pn junction by sintering integrally.
【請求項35】 原料混合粉が、スカッテルダイト化合
物若しくはその構成成分と金属酸化物との混合粉末であ
って、Sb含有スカッテルダイト化合物の結晶とその結
晶粒界に分散した金属酸化物とから成ることを特徴とす
る請求項34に記載の熱電カップルの製造方法。
35. A raw material mixed powder, which is a mixed powder of a skateterudite compound or a component thereof and a metal oxide, wherein a crystal of the Sb-containing skutterudite compound and a metal oxide dispersed in a crystal grain boundary thereof are formed. 35. The method for manufacturing a thermoelectric couple according to claim 34, comprising:
【請求項36】 上記Sb含有スカッテルダイト化合物
が、LnyFexCo 4-xSb12(ここで、Lnは希土類
金属、0<X≦4、0<y≦1)の組成のフィルドスカ
ッテルダイト化合物であることを特徴とする請求項34
又は35に記載の熱電カップルの製造方法。
36. The Sb-containing skutterudite compound
Is LnyFexCo 4-xSb12(Where Ln is a rare earth
Metal, filled ska having composition of 0 <X ≦ 4, 0 <y ≦ 1)
35. It is a ttetterite compound.
Or a method for producing a thermoelectric couple according to 35.
【請求項37】 上記組成が、特に、3≦X≦4で、且
つ0.8≦y≦1である請求項36に記載の熱電カップ
ルの製造方法。
37. The method according to claim 36, wherein the composition satisfies 3 ≦ X ≦ 4 and 0.8 ≦ y ≦ 1.
【請求項38】 上記混合粉末が、金属含有水溶液から
の沈降により上記スカッテルダイト化合物の粉末に金属
含有沈降物を分散させ、後に加熱分解して、当該化合物
粉末に金属酸化物を分散させて成ることを特徴とする請
求項35に記載の熱電カップルの製造方法。
38. The mixed powder is obtained by dispersing a metal-containing sediment in the powder of the skutterudite compound by sedimentation from a metal-containing aqueous solution, and then decomposing by heating to disperse a metal oxide in the compound powder. The method for manufacturing a thermoelectric couple according to claim 35, wherein:
【請求項39】 p型Sb含有スカッテルダイト化合物
結晶が、Co及びSbを主成分とするCoSb3 系化合
物であって、上記混合粉末が、スカッテルダイト化合物
結晶にCo族金属を除く遷移金属とを混合したことを特
徴とする請求項34又は35に記載の熱電カップルの製
造方法。
39. The p-type Sb-containing skutterudite compound crystal is a CoSb 3 -based compound containing Co and Sb as main components, and the mixed powder is a skutterudite compound crystal excluding a transition metal other than a Co group metal. 36. The method for producing a thermoelectric couple according to claim 34 or 35, wherein
【請求項40】 混合粉末の成形相層を焼結する方法
が、放電プラズマ焼結法であることを特徴とする請求項
18に記載の熱電カップルの製造方法。
40. The method of manufacturing a thermoelectric couple according to claim 18, wherein the method of sintering the compacted phase layer of the mixed powder is a spark plasma sintering method.
【請求項41】 p型Sb含有スカッテルダイト化合物
が、LnyFex4- xSb12(ここで、Lnは希土類金
属、0≦X≦4、0≦y≦1)の組成比のフィルドスカ
ッテルダイト化合物であり、フィルドスカッテルダイト
化合物の形成からフィルドスカッテルダイト化合物粉末
の焼結に至る前処理工程が、非酸化性雰囲気中において
行うことを特徴とする請求項34に記載の熱電カップル
の製造方法。
41. A p-type Sb-containing discussions ether phosphoramidite compound (wherein, Ln is a rare earth metal, 0 ≦ X ≦ 4,0 ≦ y ≦ 1) Ln y Fe x M 4- x Sb 12 of the composition ratio 35. The method according to claim 34, wherein the pretreatment step from the formation of the filled skutterudite compound to the sintering of the filled skutterudite compound powder is performed in a non-oxidizing atmosphere. Manufacturing method of thermoelectric couple.
【請求項42】 n型Sb含有スカッテルダイト化合物
が、LnyFex4- xSb12(ここで、Lnは希土類金
属、0≦X≦4、0≦y≦1、MはNi、Pd又はP
t)の組成比からなるn型フィルドスカッテルダイトで
ある請求項34に記載の熱電カップルの製造方法。
42. A n-type Sb-containing discussions ether phosphoramidite compound, Ln y Fe x M 4- x Sb 12 ( here, Ln is a rare earth metal, 0 ≦ X ≦ 4,0 ≦ y ≦ 1, M is Ni, Pd or P
The method for producing a thermoelectric couple according to claim 34, wherein the thermoelectric couple is an n-type filled skutterudite having a composition ratio of t).
【請求項43】 上記組成が、特に、3≦X≦4で、且
つ0.8≦y≦1である請求項41又は42に記載の熱
電カップルの製造方法。
43. The method according to claim 41, wherein the composition satisfies 3 ≦ X ≦ 4 and 0.8 ≦ y ≦ 1.
【請求項44】 請求項31ないし34に記載の複数の
前記熱電カップルと導電性の電極から構成され、それぞ
れの熱電カップルが直列に接続されたことを特徴とする
熱電モジュール。
44. A thermoelectric module comprising a plurality of the thermoelectric couples according to claim 31 and 34 and a conductive electrode, wherein each thermoelectric couple is connected in series.
JP18524999A 1998-06-30 1999-06-30 Method for producing scutteldite thermoelectric material Expired - Fee Related JP3949848B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP18524999A JP3949848B2 (en) 1998-06-30 1999-06-30 Method for producing scutteldite thermoelectric material

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP20119498 1998-06-30
JP10-201194 1998-12-28
JP10-372730 1998-12-28
JP37273098 1998-12-28
JP18524999A JP3949848B2 (en) 1998-06-30 1999-06-30 Method for producing scutteldite thermoelectric material

Publications (3)

Publication Number Publication Date
JP2000252526A true JP2000252526A (en) 2000-09-14
JP2000252526A5 JP2000252526A5 (en) 2005-09-22
JP3949848B2 JP3949848B2 (en) 2007-07-25

Family

ID=27325526

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP18524999A Expired - Fee Related JP3949848B2 (en) 1998-06-30 1999-06-30 Method for producing scutteldite thermoelectric material

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3949848B2 (en)

Cited By (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002026400A (en) * 2000-06-30 2002-01-25 Toshiba Corp Thermoelectric conversion material and element
JP2002118300A (en) * 2000-10-11 2002-04-19 National Institute Of Advanced Industrial & Technology Oxide thermoelectric element manufactured by discharge plasma sintering method
WO2005104156A3 (en) * 2004-04-21 2006-04-13 Showa Denko Kk Process for producing a heusler alloy, a half heusler alloy, a filled skutterudite based alloy and thermoelectric conversion system using them
JP2006253407A (en) * 2005-03-10 2006-09-21 Ricoh Co Ltd Thermoelectric material and oriented thermoelectric material
KR100663975B1 (en) 2005-10-19 2007-01-02 충주대학교 산학협력단 High efficiency fe doped skutterudite thermoelectric material and method for producing the same
WO2009093455A1 (en) 2008-01-23 2009-07-30 Furukawa Co., Ltd. Thermoelectric conversion material and thermoelectric conversion module
JP2009194085A (en) * 2008-02-13 2009-08-27 Toyota Motor Corp Thermoelectric conversion element and its manufacturing method
US7705233B2 (en) 2002-08-13 2010-04-27 Showa Denko K.K. Filled skutterudite-based alloy, production method thereof and thermoelectric conversion device fabricated using the alloy
JP2011510479A (en) * 2007-12-19 2011-03-31 バイオメトリック・テクノロジー・ソリューションズ・リミテッド Method for producing thermoelectric intermetallic compound
CN101969094B (en) * 2009-07-27 2012-08-29 中国科学院上海硅酸盐研究所 Coating for thermoelectric material and device with same
US8628691B2 (en) 2008-10-10 2014-01-14 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Nanocomposite thermoelectric conversion material, thermoelectric conversion element including the same, and method of producing nanocomposite thermoelectric conversion material
KR101458515B1 (en) 2008-09-05 2014-11-07 삼성전자주식회사 Bulk thermoelectric material and thermoelectric device comprising the same
KR101469759B1 (en) * 2013-10-04 2014-12-08 국방과학연구소 Manufacturing method for Fe-Sb thermoelectric material doped with Yb
JP2017054971A (en) * 2015-09-10 2017-03-16 学校法人中部大学 Thermoelectric material
US9755128B2 (en) 2008-10-10 2017-09-05 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Method of producing thermoelectric material
US9978924B2 (en) 2009-10-09 2018-05-22 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Method of producing thermoelectric material
WO2018110794A1 (en) * 2016-12-13 2018-06-21 한국세라믹기술원 Thermoelectric element restrained from oxidation and volatilization and fabrication method therefor
JP2018148114A (en) * 2017-03-08 2018-09-20 株式会社豊田中央研究所 p-type thermoelectric material
JP2020150054A (en) * 2019-03-12 2020-09-17 日立金属株式会社 Manufacturing method of thermoelectric conversion material
US10790428B2 (en) 2015-11-11 2020-09-29 Lg Chem, Ltd. P-type skutterudite thermoelectric material, method for preparing the same, and thermoelectric device including the same
CN112853151A (en) * 2019-11-28 2021-05-28 新奥科技发展有限公司 Thermoelectric material and preparation method thereof

Cited By (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002026400A (en) * 2000-06-30 2002-01-25 Toshiba Corp Thermoelectric conversion material and element
JP2002118300A (en) * 2000-10-11 2002-04-19 National Institute Of Advanced Industrial & Technology Oxide thermoelectric element manufactured by discharge plasma sintering method
US7705233B2 (en) 2002-08-13 2010-04-27 Showa Denko K.K. Filled skutterudite-based alloy, production method thereof and thermoelectric conversion device fabricated using the alloy
EP2662466A2 (en) 2004-04-21 2013-11-13 Showa Denko K.K. Process for producing thermoelectric semiconductor alloy, thermoelectric conversion module, thermoelectric power generating device, rare earth alloy, producing process thereof, thermoelectric conversion material, and thermoelectric conversion system using filled skutterudite based alloy
WO2005104156A3 (en) * 2004-04-21 2006-04-13 Showa Denko Kk Process for producing a heusler alloy, a half heusler alloy, a filled skutterudite based alloy and thermoelectric conversion system using them
US8006741B2 (en) 2004-04-21 2011-08-30 Showa Denko K.K. Process for producing thermoelectric semiconductor alloy, thermoelectric conversion module, thermoelectric power generating device, rare earth alloy, producing process thereof, thermoelectric conversion material, and thermoelectric conversion system using filled skutterudite based alloy
US8171980B2 (en) 2004-04-21 2012-05-08 Showa Denko K.K. Process for producing thermoelectric semiconductor alloy, thermoelectric conversion module, thermoelectric power generating device, rare earth alloy, producing process thereof, thermoelectric conversion material, and thermoelectric conversion system using filled skutterudite based alloy
JP2006253407A (en) * 2005-03-10 2006-09-21 Ricoh Co Ltd Thermoelectric material and oriented thermoelectric material
KR100663975B1 (en) 2005-10-19 2007-01-02 충주대학교 산학협력단 High efficiency fe doped skutterudite thermoelectric material and method for producing the same
JP2011510479A (en) * 2007-12-19 2011-03-31 バイオメトリック・テクノロジー・ソリューションズ・リミテッド Method for producing thermoelectric intermetallic compound
WO2009093455A1 (en) 2008-01-23 2009-07-30 Furukawa Co., Ltd. Thermoelectric conversion material and thermoelectric conversion module
US10508324B2 (en) 2008-01-23 2019-12-17 Furukawa Co., Ltd. Thermoelectric conversion material and thermoelectric conversion module
JP2009194085A (en) * 2008-02-13 2009-08-27 Toyota Motor Corp Thermoelectric conversion element and its manufacturing method
KR101458515B1 (en) 2008-09-05 2014-11-07 삼성전자주식회사 Bulk thermoelectric material and thermoelectric device comprising the same
US9755128B2 (en) 2008-10-10 2017-09-05 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Method of producing thermoelectric material
US8628691B2 (en) 2008-10-10 2014-01-14 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Nanocomposite thermoelectric conversion material, thermoelectric conversion element including the same, and method of producing nanocomposite thermoelectric conversion material
CN101969094B (en) * 2009-07-27 2012-08-29 中国科学院上海硅酸盐研究所 Coating for thermoelectric material and device with same
US9978924B2 (en) 2009-10-09 2018-05-22 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Method of producing thermoelectric material
KR101469759B1 (en) * 2013-10-04 2014-12-08 국방과학연구소 Manufacturing method for Fe-Sb thermoelectric material doped with Yb
JP2017054971A (en) * 2015-09-10 2017-03-16 学校法人中部大学 Thermoelectric material
US10790428B2 (en) 2015-11-11 2020-09-29 Lg Chem, Ltd. P-type skutterudite thermoelectric material, method for preparing the same, and thermoelectric device including the same
WO2018110794A1 (en) * 2016-12-13 2018-06-21 한국세라믹기술원 Thermoelectric element restrained from oxidation and volatilization and fabrication method therefor
JP2018148114A (en) * 2017-03-08 2018-09-20 株式会社豊田中央研究所 p-type thermoelectric material
JP2020150054A (en) * 2019-03-12 2020-09-17 日立金属株式会社 Manufacturing method of thermoelectric conversion material
JP7363059B2 (en) 2019-03-12 2023-10-18 株式会社プロテリアル Manufacturing method of thermoelectric conversion material
CN112853151A (en) * 2019-11-28 2021-05-28 新奥科技发展有限公司 Thermoelectric material and preparation method thereof

Also Published As

Publication number Publication date
JP3949848B2 (en) 2007-07-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6207886B1 (en) Skutterudite thermoelectric material thermoelectric couple and method of producing the same
JP3949848B2 (en) Method for producing scutteldite thermoelectric material
CN1084527C (en) Co-Sb thermoelectric materials and mfg. method thereof
US8519256B2 (en) Thermoelectric material, thermoelectric element, thermoelectric module and method for manufacturing the same
KR101087355B1 (en) Process for producing a heusler alloy, a half heusler alloy, a filled skutterudite based alloy and thermoelectric conversion system using them
US20120001117A1 (en) Self-Organising Thermoelectric Materials
JPWO2004049464A1 (en) Thermoelectric material and manufacturing method thereof
US9115420B2 (en) Thermoelectric material formed of Mg2Si-based compound and production method therefor
US11114600B2 (en) Polycrystalline magnesium silicide and use thereof
JP2002064227A (en) Thermoelectric conversion material and its manufacturing method
CN107326250A (en) The supper-fast method for preparing high-performance ZrNiSn block thermoelectric materials of one step
JP2013161948A (en) Thermoelectric conversion element, and method for manufacturing thermoelectric conversion element
JPH06144825A (en) Production of thermoelectric element
JP6632218B2 (en) Clathrate compound, thermoelectric conversion material and method for producing the same
JP3929880B2 (en) Thermoelectric material
JP4666841B2 (en) Method for manufacturing thermoelectric material
JPH09260728A (en) High-temperature thermoelectric material and manufacture thereof
JP2003298122A (en) Method of manufacturing thermoelectric conversion material
KR20110092762A (en) MANUFACTURING METHOD OF Mg2Si THERMOELECTRIC MATERIAL USING MECHANICAL ALLOYING AND Mg2Si THERMOELECTRIC MATERIAL
JP2000049392A (en) Manufacture of thermoelectric semiconductor material
JP2003243733A (en) METHOD FOR MANUFACTURING p-TYPE THERMOELECTRIC CONVERSION MATERIAL
JP4671553B2 (en) Thermoelectric semiconductor manufacturing method
JP3544922B2 (en) N-type thermoelectric conversion material and thermoelectric conversion device using the same
JPH1140860A (en) Skutterudite thermoelectric material and manufacture thereof
JPH09289339A (en) Thermoelectric transducer material and manufacture thereof

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20050415

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20051024

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20051220

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20060220

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20070327

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20070419

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 3949848

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110427

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120427

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130427

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130427

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140427

Year of fee payment: 7

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees