JP2001274464A - ｎ型熱電変換材料およびその製造方法 - Google Patents
ｎ型熱電変換材料およびその製造方法Info
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- JP2001274464A JP2001274464A JP2000082775A JP2000082775A JP2001274464A JP 2001274464 A JP2001274464 A JP 2001274464A JP 2000082775 A JP2000082775 A JP 2000082775A JP 2000082775 A JP2000082775 A JP 2000082775A JP 2001274464 A JP2001274464 A JP 2001274464A
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】熱電変換効率が高く、８００℃以上の耐熱性を
備え、廃熱から電気エネルギーを取り出す用途での実用
的なｎ型熱電変換材料を提供する。 【解決手段】β型炭化ケイ素を８０〜９９％、金属窒化
物を１〜１０％、金属ホウ化物を０〜５％、窒素含有有
機物を０〜８％、それぞれ含む原料を成形後、窒素ガス
雰囲気下１８００〜２３００℃で焼結してｎ型熱電変換
材料とする。
備え、廃熱から電気エネルギーを取り出す用途での実用
的なｎ型熱電変換材料を提供する。 【解決手段】β型炭化ケイ素を８０〜９９％、金属窒化
物を１〜１０％、金属ホウ化物を０〜５％、窒素含有有
機物を０〜８％、それぞれ含む原料を成形後、窒素ガス
雰囲気下１８００〜２３００℃で焼結してｎ型熱電変換
材料とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ｎ型熱電変換材料
およびその製造方法に関する。
およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】廃熱の有効利用法として、熱電変換材料
により廃熱から電気エネルギーを取り出して発電するこ
とが注目されている。この発電の効率は、熱電変換材料
の熱電変換効率と熱電変換材料で構成された２接点間の
温度差とに比例する。したがって、熱電変換材料として
は高い熱電変換効率と前記２接点間の温度差を大きくす
るための耐熱性とが要求されるが、現状では充分なもの
は得られていない。
により廃熱から電気エネルギーを取り出して発電するこ
とが注目されている。この発電の効率は、熱電変換材料
の熱電変換効率と熱電変換材料で構成された２接点間の
温度差とに比例する。したがって、熱電変換材料として
は高い熱電変換効率と前記２接点間の温度差を大きくす
るための耐熱性とが要求されるが、現状では充分なもの
は得られていない。
【０００３】なお、熱電変換材料の熱電変換効率は、式
１で示される性能指数Ｚで評価され、この性能指数Ｚが
高いものほど熱電変換効率がよい。 Ｚ＝α2・σ／κ＝α2／（ρ・κ）・・・式１ （α：ゼーベック係数、σ：電気伝導率、κ：熱伝導
率、ρ：比抵抗） 式１においてα2・σは、一般にパワーファクターと呼
ばれ、熱電変換材料から取り出せる電力の大きさの指標
となる。
１で示される性能指数Ｚで評価され、この性能指数Ｚが
高いものほど熱電変換効率がよい。 Ｚ＝α2・σ／κ＝α2／（ρ・κ）・・・式１ （α：ゼーベック係数、σ：電気伝導率、κ：熱伝導
率、ρ：比抵抗） 式１においてα2・σは、一般にパワーファクターと呼
ばれ、熱電変換材料から取り出せる電力の大きさの指標
となる。
【０００４】また、熱電変換材料にはｎ型とｐ型の２種
類あり、ゼーベック係数がマイナス値を示すものがｎ型
であり、ゼーベック係数がプラス値を示すものがｐ型で
ある。
類あり、ゼーベック係数がマイナス値を示すものがｎ型
であり、ゼーベック係数がプラス値を示すものがｐ型で
ある。
【０００５】熱電変換材料の耐熱性としては、６００℃
未満であると従来の蒸気タービンシステムを用いて発電
する方法に比べて発電効率が低いため、６００℃以上が
要求されている。従来から知られていた熱電変換材料で
あるケイ化鉄（ＦｅＳｉ2）、ケイ化ゲルマニウム（Ｇ
ｅＳｉ）は、耐熱温度が６００℃未満であるため耐熱性
の点で問題があった。
未満であると従来の蒸気タービンシステムを用いて発電
する方法に比べて発電効率が低いため、６００℃以上が
要求されている。従来から知られていた熱電変換材料で
あるケイ化鉄（ＦｅＳｉ2）、ケイ化ゲルマニウム（Ｇ
ｅＳｉ）は、耐熱温度が６００℃未満であるため耐熱性
の点で問題があった。
【０００６】炭化ケイ素は、耐熱性が８００℃以上と高
いことから熱電変換材料として有望視されている。しか
し、炭化ケイ素は耐熱性に優れているものの熱伝導率や
電気抵抗が比較的高いため、熱電変換効率がケイ化ゲル
マニウムなどの約１／３と低い問題がある。
いことから熱電変換材料として有望視されている。しか
し、炭化ケイ素は耐熱性に優れているものの熱伝導率や
電気抵抗が比較的高いため、熱電変換効率がケイ化ゲル
マニウムなどの約１／３と低い問題がある。
【０００７】炭化ケイ素の熱電変換効率を向上させる手
段として特開平７−２３１１２１に炭化ケイ素質多孔体
にケイ素を含浸した熱電変換材料が提案されているが、
充分な熱電変換効率が得られていない。
段として特開平７−２３１１２１に炭化ケイ素質多孔体
にケイ素を含浸した熱電変換材料が提案されているが、
充分な熱電変換効率が得られていない。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、熱電変換効
率が高く、耐熱性に優れるｎ型熱電変換材料の提供を目
的とする。
率が高く、耐熱性に優れるｎ型熱電変換材料の提供を目
的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、β型炭化ケイ
素８０〜９９質量％と金属窒化物１〜１０質量％とを含
むｎ型熱電変換材料であって、熱電変換材料中に窒素元
素を０．５〜５質量％含むｎ型熱電変換材料およびその
製造方法を提供する。
素８０〜９９質量％と金属窒化物１〜１０質量％とを含
むｎ型熱電変換材料であって、熱電変換材料中に窒素元
素を０．５〜５質量％含むｎ型熱電変換材料およびその
製造方法を提供する。
【００１０】
【発明の実施の形態】本発明のｎ型熱電変換材料（以
下、本熱電変換材料という）は、β型炭化ケイ素８０〜
９９質量％（以下、質量％を単に％と記す）と金属窒化
物１〜１０％とを含み、かつ熱電変換材料中に窒素元素
を０．５〜５％含む。
下、本熱電変換材料という）は、β型炭化ケイ素８０〜
９９質量％（以下、質量％を単に％と記す）と金属窒化
物１〜１０％とを含み、かつ熱電変換材料中に窒素元素
を０．５〜５％含む。
【００１１】本発明においてβ型炭化ケイ素は熱電変換
材料中８０％未満であると熱電変換効率が低くなり、９
９％を超えると熱電変換効率が変化しなくなるため、８
０〜９９％である。β型炭化ケイ素は、できるだけ多い
方が好ましく８５％以上であるとさらに好ましい。
材料中８０％未満であると熱電変換効率が低くなり、９
９％を超えると熱電変換効率が変化しなくなるため、８
０〜９９％である。β型炭化ケイ素は、できるだけ多い
方が好ましく８５％以上であるとさらに好ましい。
【００１２】本熱電変換材料において、β型炭化ケイ素
以外にα型炭化ケイ素を含んでいてもよい。α型炭化ケ
イ素は、β型炭化ケイ素に比べて禁制帯幅が大きく、電
子および正孔の移動度が小さく、熱電変換特性が劣るた
め、その量はできるだけ少量が好ましい。α型炭化ケイ
素は、β型炭化ケイ素に対して外掛で５％以下、さらに
は２％以下が好ましい。
以外にα型炭化ケイ素を含んでいてもよい。α型炭化ケ
イ素は、β型炭化ケイ素に比べて禁制帯幅が大きく、電
子および正孔の移動度が小さく、熱電変換特性が劣るた
め、その量はできるだけ少量が好ましい。α型炭化ケイ
素は、β型炭化ケイ素に対して外掛で５％以下、さらに
は２％以下が好ましい。
【００１３】本発明において金属窒化物は熱電変換材料
中１〜１０％含む。金属窒化物を含むことで式１中のゼ
ーベック係数や電気伝導率が大きくなり、熱電変換効率
が向上する。金属窒化物が１％未満では熱電変換効率が
ほとんど向上せず、１０％を超えるとゼーベック係数が
小さくなり熱電変換効率が低下する。
中１〜１０％含む。金属窒化物を含むことで式１中のゼ
ーベック係数や電気伝導率が大きくなり、熱電変換効率
が向上する。金属窒化物が１％未満では熱電変換効率が
ほとんど向上せず、１０％を超えるとゼーベック係数が
小さくなり熱電変換効率が低下する。
【００１４】金属窒化物が周期表の第３〜７族の金属元
素の窒化物であると電気伝導率、入手性、取扱性などの
点で好ましい。ＴｉＮ、ＺｒＮ、ＨｆＮ、ＶＮ、Ｎｂ
Ｎ、ＴａＮなどが例示される。金属窒化物がＴｉＮおよ
び／またはＺｒＮを含むものであると電気伝導率が大き
くなるためさらに好ましい。
素の窒化物であると電気伝導率、入手性、取扱性などの
点で好ましい。ＴｉＮ、ＺｒＮ、ＨｆＮ、ＶＮ、Ｎｂ
Ｎ、ＴａＮなどが例示される。金属窒化物がＴｉＮおよ
び／またはＺｒＮを含むものであると電気伝導率が大き
くなるためさらに好ましい。
【００１５】本熱電変換材料は窒素元素を熱電変換材料
中０．５〜５％含む。該窒素元素には窒化物中の窒素元
素も含める。熱電変換材料中の窒素元素の一部は、炭化
ケイ素に固溶して炭化ケイ素の電子移動度を大きくし、
熱電変換効率を向上させているものと思われる。なお、
本明細書において、窒素元素量は原子吸光法により定量
される。
中０．５〜５％含む。該窒素元素には窒化物中の窒素元
素も含める。熱電変換材料中の窒素元素の一部は、炭化
ケイ素に固溶して炭化ケイ素の電子移動度を大きくし、
熱電変換効率を向上させているものと思われる。なお、
本明細書において、窒素元素量は原子吸光法により定量
される。
【００１６】本発明において、窒化物以外の窒素源とし
ては窒素含有有機物や焼結過程での窒素雰囲気などがあ
る。窒素含有有機物としては、融点２００℃以上で１分
子中に窒素原子を３個以上含む有機物であると、焼結後
も窒素の残存率が高いため電子移動度を大きくし、しか
も焼結体が多孔化することで熱伝導率の低下をもたし熱
電変換効率が向上するため好ましい。この場合、窒素含
有有機物の分子量が１００以上であるとさらに好まし
い。窒素含有有機物がグアニンであると特に好ましい。
窒素含有有機物は成形原料中１％未満では添加効果がほ
とんどなく、８％を超えると焼結後の熱電変換効率が低
下するため、成形原料中１〜８％であると好ましい。
ては窒素含有有機物や焼結過程での窒素雰囲気などがあ
る。窒素含有有機物としては、融点２００℃以上で１分
子中に窒素原子を３個以上含む有機物であると、焼結後
も窒素の残存率が高いため電子移動度を大きくし、しか
も焼結体が多孔化することで熱伝導率の低下をもたし熱
電変換効率が向上するため好ましい。この場合、窒素含
有有機物の分子量が１００以上であるとさらに好まし
い。窒素含有有機物がグアニンであると特に好ましい。
窒素含有有機物は成形原料中１％未満では添加効果がほ
とんどなく、８％を超えると焼結後の熱電変換効率が低
下するため、成形原料中１〜８％であると好ましい。
【００１７】本熱電変換材料が、周期表の第３〜７族の
金属元素のホウ化物（以下、単に金属ホウ化物と略す）
を含むと、熱電変換材料の高温での耐久性が向上するた
め好ましい。金属ホウ化物としては、ＺｒＢ2、Ｔｉ
Ｂ2、ＨｆＢ2、ＮｂＢ、ＣｒＢ、ＭｏＢ、ＷＢなどが例
示される。金属ホウ化物としてＺｒＢ2および／または
ＴｉＢ2を含むものであるとさらに好ましい。金属ホウ
化物の配合量は、熱電変換材料中１〜５％であると好ま
しい。本熱電変換材料が、６００℃を超える温度領域に
おいてパワーファクターが１．０×１０-3Ｗ／（ｍ／Ｋ
2）以上であると好ましい。
金属元素のホウ化物（以下、単に金属ホウ化物と略す）
を含むと、熱電変換材料の高温での耐久性が向上するた
め好ましい。金属ホウ化物としては、ＺｒＢ2、Ｔｉ
Ｂ2、ＨｆＢ2、ＮｂＢ、ＣｒＢ、ＭｏＢ、ＷＢなどが例
示される。金属ホウ化物としてＺｒＢ2および／または
ＴｉＢ2を含むものであるとさらに好ましい。金属ホウ
化物の配合量は、熱電変換材料中１〜５％であると好ま
しい。本熱電変換材料が、６００℃を超える温度領域に
おいてパワーファクターが１．０×１０-3Ｗ／（ｍ／Ｋ
2）以上であると好ましい。
【００１８】本発明の熱電変換材料の製造方法（以下、
本製造方法という）では、β型炭化ケイ素８０〜９９％
と金属窒化物１〜１０％とを含む成形原料を成形した
後、窒素ガス雰囲気下１８００〜２３００℃で焼結す
る。前記成形原料が金属ホウ化物を１〜５％含むと熱電
変換材料の高温での耐久性が向上し、前記成形原料が窒
素含有有機物を１〜８％含むと熱電変換材料の変換効率
が向上するため、それぞれ好ましい。
本製造方法という）では、β型炭化ケイ素８０〜９９％
と金属窒化物１〜１０％とを含む成形原料を成形した
後、窒素ガス雰囲気下１８００〜２３００℃で焼結す
る。前記成形原料が金属ホウ化物を１〜５％含むと熱電
変換材料の高温での耐久性が向上し、前記成形原料が窒
素含有有機物を１〜８％含むと熱電変換材料の変換効率
が向上するため、それぞれ好ましい。
【００１９】本製造方法において、β型炭化ケイ素、金
属窒化物、金属ホウ化物、窒素含有有機物はそれぞれ前
記したものを使用すると好ましい。本製造方法において
β型炭化ケイ素としては、純度が９５％以上であり、平
均粒子直径が１．０μｍ以下であるものが好ましい。金
属窒化物および金属ホウ化物としては、純度が９０％以
上であり、平均粒子直径が１０μｍ以下であるものが好
ましい。なお、上記平均粒子直径はいずれもレーザー回
折式粒度分布測定機で測定した値である。
属窒化物、金属ホウ化物、窒素含有有機物はそれぞれ前
記したものを使用すると好ましい。本製造方法において
β型炭化ケイ素としては、純度が９５％以上であり、平
均粒子直径が１．０μｍ以下であるものが好ましい。金
属窒化物および金属ホウ化物としては、純度が９０％以
上であり、平均粒子直径が１０μｍ以下であるものが好
ましい。なお、上記平均粒子直径はいずれもレーザー回
折式粒度分布測定機で測定した値である。
【００２０】窒化物以外の窒素源となる窒素ガスおよび
グアニンなどの窒素含有有機物は純度の高いものが好ま
しく、窒素ガスは純度９９％以上、窒素含有有機物は純
度９５以上であるとさらに好ましい。
グアニンなどの窒素含有有機物は純度の高いものが好ま
しく、窒素ガスは純度９９％以上、窒素含有有機物は純
度９５以上であるとさらに好ましい。
【００２１】本製造方法において、成形方法としては、
セラミックスや粉末冶金で通常実施されている方法を適
宜採用できる。所定の金型を用いてプレス成形で予備成
形した後、さらに冷間静水圧成形すると、熱電変換材料
の均質性が高くなるため好ましい。この場合プレス圧力
は９〜１２ＭＰａ、冷間静水圧力は１００〜２００ＭＰ
ａとするのが好ましい。
セラミックスや粉末冶金で通常実施されている方法を適
宜採用できる。所定の金型を用いてプレス成形で予備成
形した後、さらに冷間静水圧成形すると、熱電変換材料
の均質性が高くなるため好ましい。この場合プレス圧力
は９〜１２ＭＰａ、冷間静水圧力は１００〜２００ＭＰ
ａとするのが好ましい。
【００２２】焼結方法としては窒素雰囲気下で１８００
〜２３００℃で焼結する。焼結温度が１８００℃未満で
ある場合は、窒素が炭化ケイ素に固溶しにくいため熱電
変換効率が低い。一方、２３００℃を超える場合は、β
型炭化ケイ素がα型に相転移しやすくなりゼーベック係
数および電気伝導率が下がり、その結果、熱電変換効率
が低下する。好ましくは焼結温度が１９００〜２２００
℃である。
〜２３００℃で焼結する。焼結温度が１８００℃未満で
ある場合は、窒素が炭化ケイ素に固溶しにくいため熱電
変換効率が低い。一方、２３００℃を超える場合は、β
型炭化ケイ素がα型に相転移しやすくなりゼーベック係
数および電気伝導率が下がり、その結果、熱電変換効率
が低下する。好ましくは焼結温度が１９００〜２２００
℃である。
【００２３】本製造方法において、焼結は窒素ガス雰囲
気下で行う。窒素ガス雰囲気下で焼結することにより、
熱電変換材料中に効果的に窒素が均一に分散、固溶され
る。焼結時の窒素ガス流量は０．５Ｌ／分以上にするこ
とが好ましい。流量が０．５Ｌ／分未満であると焼結中
に窒素が固溶しにくくなり、ゼーベック係数や電気伝導
度などの特性が低下するおそれがある。
気下で行う。窒素ガス雰囲気下で焼結することにより、
熱電変換材料中に効果的に窒素が均一に分散、固溶され
る。焼結時の窒素ガス流量は０．５Ｌ／分以上にするこ
とが好ましい。流量が０．５Ｌ／分未満であると焼結中
に窒素が固溶しにくくなり、ゼーベック係数や電気伝導
度などの特性が低下するおそれがある。
【００２４】
【実施例】［例１（実施例）］β型炭化ケイ素粉末（平
均粒子直径０．５μｍ）９１ｇ、ＺｒＮ粉末（平均粒子
直径２．０μｍ）４ｇ、ＺｒＢ2粉末（平均粒子直径
２．４μｍ）１．５ｇ、グアニン（純度９８％以上）４
ｇからなる原料にトルエンとエタノールの混合溶液（質
量比でトルエン／エタノール＝９０／１０）２５０ｃｍ
3を分散溶媒として加え振動ミルにより混合した後、分
散溶媒を留去し乾燥粉を得た。
均粒子直径０．５μｍ）９１ｇ、ＺｒＮ粉末（平均粒子
直径２．０μｍ）４ｇ、ＺｒＢ2粉末（平均粒子直径
２．４μｍ）１．５ｇ、グアニン（純度９８％以上）４
ｇからなる原料にトルエンとエタノールの混合溶液（質
量比でトルエン／エタノール＝９０／１０）２５０ｃｍ
3を分散溶媒として加え振動ミルにより混合した後、分
散溶媒を留去し乾燥粉を得た。
【００２５】得られた乾燥粉２５ｇを、３０ｍｍ×５０
ｍｍの金型に入れて圧力１０ＭＰａで予備成形した後、
圧力１４７ＭＰａで冷間静水圧成形した。得られた成形
体を、電気炉中で窒素ガス雰囲気下、最高温度２０００
℃にて２時間保持して焼結した。このときの窒素雰囲気
圧は１０〜３０ｋＰａ、窒素ガス流量は１Ｌ／分とし
た。ついで、この焼結体を５ｍｍ×５ｍｍ×３０ｍｍの
角柱状に加工して試料とした。
ｍｍの金型に入れて圧力１０ＭＰａで予備成形した後、
圧力１４７ＭＰａで冷間静水圧成形した。得られた成形
体を、電気炉中で窒素ガス雰囲気下、最高温度２０００
℃にて２時間保持して焼結した。このときの窒素雰囲気
圧は１０〜３０ｋＰａ、窒素ガス流量は１Ｌ／分とし
た。ついで、この焼結体を５ｍｍ×５ｍｍ×３０ｍｍの
角柱状に加工して試料とした。
【００２６】［例２（実施例）］ＺｒＢ2粉末を配合せ
ず、ＺｒＮ粉末４ｇの代わりにＴｉＮ粉末（平均粒子直
径１．４μｍ）５ｇを用いた以外は例１と同様にして試
料を作製した。
ず、ＺｒＮ粉末４ｇの代わりにＴｉＮ粉末（平均粒子直
径１．４μｍ）５ｇを用いた以外は例１と同様にして試
料を作製した。
【００２７】［例３（実施例）］ＺｒＢ2粉末を配合せ
ず、ＺｒＮ粉末の量を４ｇの代わりに５ｇとした以外は
例１と同様にして試料を作製した。
ず、ＺｒＮ粉末の量を４ｇの代わりに５ｇとした以外は
例１と同様にして試料を作製した。
【００２８】［例４（実施例）］ＺｒＢ2粉末とグアニ
ン粉末を配合せず、β型炭化ケイ素粉末の量を９１ｇの
代わりに９５ｇとし、ＺｒＮ粉末の量を４ｇの代わりに
５ｇとした以外は例１と同様にして試料を作製した。
ン粉末を配合せず、β型炭化ケイ素粉末の量を９１ｇの
代わりに９５ｇとし、ＺｒＮ粉末の量を４ｇの代わりに
５ｇとした以外は例１と同様にして試料を作製した。
【００２９】［例５（比較例）］ＺｒＮ粉末とＺｒＢ2
粉末を配合せず、β型炭化ケイ素粉末の量を９１ｇの代
わりに９６ｇとした以外は例１と同様にして試料を作製
した。
粉末を配合せず、β型炭化ケイ素粉末の量を９１ｇの代
わりに９６ｇとした以外は例１と同様にして試料を作製
した。
【００３０】［例６（比較例）］焼結時の雰囲気ガスを
窒素ガスの代わりにアルゴンガスとした以外は例５と同
様にして試料を作製した。
窒素ガスの代わりにアルゴンガスとした以外は例５と同
様にして試料を作製した。
【００３１】［例７（比較例）］グアニンを配合せず、
アルゴンガスの流量を１Ｌ／分の代わりに０．１Ｌ／分
とした以外は例６と同様にして試料を作製した。
アルゴンガスの流量を１Ｌ／分の代わりに０．１Ｌ／分
とした以外は例６と同様にして試料を作製した。
【００３２】［評価］例１〜例７により得られた試料に
ついて、β型炭化ケイ素の質量比率（％）を、粉末Ｘ線
回折装置（リガク社製、商品名：ガイガーフレックスＲ
ＡＤ−ＩＩＡ）を用いて測定した。また、各試料におけ
る窒素含有量およびホウ素含有量を原子吸光分析法によ
り測定した。測定結果を表１に示す。
ついて、β型炭化ケイ素の質量比率（％）を、粉末Ｘ線
回折装置（リガク社製、商品名：ガイガーフレックスＲ
ＡＤ−ＩＩＡ）を用いて測定した。また、各試料におけ
る窒素含有量およびホウ素含有量を原子吸光分析法によ
り測定した。測定結果を表１に示す。
【００３３】
【表１】
【００３４】例１〜例７により得られた試料について比
抵抗ρ（μΩｍ）およびゼーベック係数α（μＶ／Ｋ）
を測定し、あわせてパワーファクター（１０-3Ｗ／（ｍ
／Ｋ 2））も算出した。比抵抗は四極端子法により測定
した抵抗値から算出した。ゼーベック係数は、試料の両
端にクロメル−アルメル熱電対（タイプＫ）を密着さ
せ、片方の端部を加熱し、別の端部を冷却することによ
り試料の両端に温度差をつけ、両熱電対間の起電力差を
測定することによって算出した。このとき標準試料とし
て白金を用いた。測定結果を表２（例１）、表３（例
２）、表４（例３）、表５（例４）、表６（例５）、表
７（例６）、表８（例７）に示す。
抵抗ρ（μΩｍ）およびゼーベック係数α（μＶ／Ｋ）
を測定し、あわせてパワーファクター（１０-3Ｗ／（ｍ
／Ｋ 2））も算出した。比抵抗は四極端子法により測定
した抵抗値から算出した。ゼーベック係数は、試料の両
端にクロメル−アルメル熱電対（タイプＫ）を密着さ
せ、片方の端部を加熱し、別の端部を冷却することによ
り試料の両端に温度差をつけ、両熱電対間の起電力差を
測定することによって算出した。このとき標準試料とし
て白金を用いた。測定結果を表２（例１）、表３（例
２）、表４（例３）、表５（例４）、表６（例５）、表
７（例６）、表８（例７）に示す。
【００３５】
【表２】
【００３６】
【表３】
【００３７】
【表４】
【００３８】
【表５】
【００３９】
【表６】
【００４０】
【表７】
【００４１】
【表８】
【００４２】例１〜例４の試料は、例５〜例７の試料に
比較して、ゼーベック係数およびパワーファクターが大
きい。例１〜例７の試料はゼーベック係数がマイナス値
であることからいずれもｎ型である。
比較して、ゼーベック係数およびパワーファクターが大
きい。例１〜例７の試料はゼーベック係数がマイナス値
であることからいずれもｎ型である。
【００４３】特に、例１で得られた試料は金属窒化物と
金属ホウ化物を含有しているため、７００〜８００℃の
高温域におけるパワーファクターが２以上であり、熱電
変換効率が高い。表６（例５）に比べて表４（例３）で
は、パワーファクターが大きくなっているが、これはＺ
ｒＮを加えることで窒素の炭化ケイ素への固溶量が増加
しているためと考えられる。参考のため従来の熱電変換
材料のゼーベック係数を表９に示すが、本熱電変換材料
が従来のケイ化ゲルマニウムなみのパワーファクターを
有することがわかる。
金属ホウ化物を含有しているため、７００〜８００℃の
高温域におけるパワーファクターが２以上であり、熱電
変換効率が高い。表６（例５）に比べて表４（例３）で
は、パワーファクターが大きくなっているが、これはＺ
ｒＮを加えることで窒素の炭化ケイ素への固溶量が増加
しているためと考えられる。参考のため従来の熱電変換
材料のゼーベック係数を表９に示すが、本熱電変換材料
が従来のケイ化ゲルマニウムなみのパワーファクターを
有することがわかる。
【００４４】
【表９】
【００４５】
【発明の効果】本熱電変換材料は、常温はもとより高温
でも高いパワーファクターを有し熱電変換効率が高い。
さらに、主として炭化ケイ素からなるため耐熱性にも優
れる。したがって、本発明により、廃熱から電気エネル
ギーを取り出して発電するなど、熱エネルギーから電気
エネルギーを取り出す用途での実用的なｎ型熱電変換材
料を提供できる。
でも高いパワーファクターを有し熱電変換効率が高い。
さらに、主として炭化ケイ素からなるため耐熱性にも優
れる。したがって、本発明により、廃熱から電気エネル
ギーを取り出して発電するなど、熱エネルギーから電気
エネルギーを取り出す用途での実用的なｎ型熱電変換材
料を提供できる。
Claims (8)
- 【請求項１】β型炭化ケイ素８０〜９９質量％と金属窒
化物１〜１０質量％とを含むｎ型熱電変換材料であっ
て、熱電変換材料中に窒素元素を０．５〜５質量％含む
ｎ型熱電変換材料。 - 【請求項２】金属窒化物が周期表の第３〜７族の金属元
素の窒化物である請求項１記載のｎ型熱電変換材料。 - 【請求項３】熱電変換材料中に周期表の第３〜７族の金
属元素のホウ化物を含む請求項１または２記載のｎ型熱
電変換材料。 - 【請求項４】熱電変換材料中に前記ホウ化物を１〜５質
量％含む請求項３記載のｎ型熱電変換材料。 - 【請求項５】β型炭化ケイ素８０〜９９質量％と金属窒
化物１〜１０質量％とを含む成形原料を成形した後、窒
素ガス雰囲気下１８００〜２３００℃で焼結するｎ型熱
電変換材料の製造方法。 - 【請求項６】前記成形原料中に金属ホウ化物を１〜５質
量％含む請求項５記載のｎ型熱電変換材料の製造方法。 - 【請求項７】前記成形原料中に窒素含有有機物を１〜８
質量％含む請求項５または６記載のｎ型熱電変換材料の
製造方法。 - 【請求項８】窒素含有有機物が、融点２００℃以上で１
分子中に窒素原子を３個以上含む有機物である請求項７
記載のｎ型熱電変換材料の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000082775A JP2001274464A (ja) | 2000-03-23 | 2000-03-23 | ｎ型熱電変換材料およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000082775A JP2001274464A (ja) | 2000-03-23 | 2000-03-23 | ｎ型熱電変換材料およびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001274464A true JP2001274464A (ja) | 2001-10-05 |
Family
ID=18599529
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000082775A Pending JP2001274464A (ja) | 2000-03-23 | 2000-03-23 | ｎ型熱電変換材料およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001274464A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008016474A (ja) * | 2006-07-03 | 2008-01-24 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 優れた熱電変換性能を有する金属酸窒化物熱電変換材料 |
| WO2022059593A1 (ja) * | 2020-09-16 | 2022-03-24 | 三菱マテリアル株式会社 | 熱電変換材料、熱電変換素子、ペルチェ素子、および、熱電変換モジュール、ペルチェモジュール |
-
2000
- 2000-03-23 JP JP2000082775A patent/JP2001274464A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008016474A (ja) * | 2006-07-03 | 2008-01-24 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 優れた熱電変換性能を有する金属酸窒化物熱電変換材料 |
| WO2022059593A1 (ja) * | 2020-09-16 | 2022-03-24 | 三菱マテリアル株式会社 | 熱電変換材料、熱電変換素子、ペルチェ素子、および、熱電変換モジュール、ペルチェモジュール |
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