JP2003095741A - Metal oxide polycrystal, thermoelectric material, thermoelectric element and method for manufacturing the same - Google Patents

Metal oxide polycrystal, thermoelectric material, thermoelectric element and method for manufacturing the same

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JP2003095741A JP2001295207A JP2001295207A JP2003095741A JP 2003095741 A JP2003095741 A JP 2003095741A JP 2001295207 A JP2001295207 A JP 2001295207A JP 2001295207 A JP2001295207 A JP 2001295207A JP 2003095741 A JP2003095741 A JP 2003095741A
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polycrystal
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oxide polycrystal
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a metal oxide polycrystal material having low electric resistance in which the c-axis of the crystal grains is oriented. SOLUTION: In the metal oxide polycrystal material, the c-axis of the metal oxide crystal grains constituting the polycrystal is oriented. The orientation degree of the c-axis by the Lotgering's method ranges from 0.7 to 1. The electric resistivity of the polycrystal at 500 deg.C is <=9 mΩcm.

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、金属酸化物多結晶
体、金属酸化物多結晶体を含む熱電材料、熱電素子およ
び金属酸化物多結晶体の製造方法に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a metal oxide polycrystal, a thermoelectric material containing the metal oxide polycrystal, a thermoelectric element, and a method for producing the metal oxide polycrystal.

【0002】[0002]

【従来の技術】我が国で消費される全一次供給エネルギ
ーの70%近くが、廃熱として捨てられている。この莫大
な廃熱エネルギ−の有効利用は、21世紀における重要
課題の一つである。
2. Description of the Related Art Nearly 70% of all primary energy supplied in Japan is discarded as waste heat. Effective use of this enormous amount of waste heat energy is one of the important issues in the 21st century.

【0003】二酸化炭素、放射性物質などを排出するこ
となく、またタ−ビンなどの可動部を使用することなく
廃熱を電気エネルギーに直接変換することのできる方法
として、熱電発電がある。熱電発電は、一次供給エネル
ギ−の削減に直接貢献するので、その実現が大いに期待
されている技術である。熱電発電の最大の利点の一つと
して、廃熱源のスケ−ルを問わない点を挙げることがで
きる。従って、熱電発電では、ゴミ焼却場、工場、自動
車、ディ−ゼルエンジン、燃料電池からの廃熱;太陽
熱;ガスの触媒燃焼熱などの様々な形態の熱源の利用が
想定される。
There is thermoelectric power generation as a method capable of directly converting waste heat into electric energy without discharging carbon dioxide, radioactive substances and the like and without using moving parts such as a turbine. Since thermoelectric power generation directly contributes to the reduction of primary energy supply, it is a technology that is highly expected to be realized. One of the greatest advantages of thermoelectric power generation is that the scale of the waste heat source does not matter. Therefore, in thermoelectric power generation, it is expected to use various forms of heat sources such as waste heat from waste incineration plants, factories, automobiles, diesel engines, fuel cells; solar heat; catalytic heat of gas combustion.

【0004】熱電発電による廃熱回収を実現するために
最も重要な技術開発課題は、耐熱性に優れた高性能の熱
電材料(熱電変換材料)を開発することである。これま
で、カルコゲナイド化合物または金属間化合物を用いた
熱電発電システムの実用化が検討されている。これらの
材料は、耐熱性が低い、変換効率が低い、有毒性を有す
る、稀少元素を使用するなどの問題点を有するので、広
く応用されるには至っていない。熱電発電の普及を図る
ためには、広い温度範囲において高い変換効率を有し、
安定して稼動させることができる熱電素子が必要であ
る。
The most important technical development task for realizing waste heat recovery by thermoelectric power generation is to develop a high-performance thermoelectric material (thermoelectric conversion material) having excellent heat resistance. Up to now, the practical application of a thermoelectric power generation system using a chalcogenide compound or an intermetallic compound has been studied. Since these materials have problems such as low heat resistance, low conversion efficiency, toxicity, and the use of rare elements, they have not been widely applied. In order to popularize thermoelectric power generation, have high conversion efficiency in a wide temperature range,
There is a need for a thermoelectric element that can be operated stably.

【0005】現在、熱電材料として、熱的・化学的安定
性に優れる酸化物材料が、注目されている。一般に熱電
変換効率の指標として、以下の式で表される性能指数(Z
T)が用いられる。 ZT=TS2/ρκ [式中、Tは絶対温度、Sは熱起電力、ρは電気抵抗率、
κは熱伝導率を示す] 優れた熱電材料とは、熱起電力(ゼーベック係数)が大き
く、電気抵抗率と熱伝導率が小さい物質である。熱電発
電の実用化には、ZTが1を上回る熱電材料が必要とされ
ている。
At present, as thermoelectric materials, oxide materials excellent in thermal and chemical stability are drawing attention. Generally, as a measure of thermoelectric conversion efficiency, the figure of merit (Z
T) is used. ZT = TS 2 / ρκ [where T is absolute temperature, S is thermoelectromotive force, ρ is electrical resistivity,
κ indicates thermal conductivity] An excellent thermoelectric material is a substance having a large thermoelectromotive force (Seebeck coefficient) and a small electrical resistivity and thermal conductivity. Practical use of thermoelectric power generation requires thermoelectric materials having a ZT of more than 1.

【0006】「金属酸化物の電導率は低いので、その熱
電特性は低い」というのが従来の常識であった。近年、
これを覆すような先駆的な研究結果が、国内の研究グル
−プによって発表された。この発表によると、NaCo2O4
および(Ca, Sr, Bi)2Co2O5の単結晶は、1を上回るZTを
有する。特に、(Ca, Sr, Bi)2Co2O5単結晶は、600℃以
上の空気中でZTが1を越えることが報告されており、熱
電発電の実用化へ向けて期待されている。
The conventional wisdom has been that "metal oxides have low electrical conductivity, so their thermoelectric properties are low." recent years,
Pioneering research results that overturn this have been published by domestic research groups. According to this announcement, NaCo 2 O 4
And the single crystals of (Ca, Sr, Bi) 2 Co 2 O 5 have a ZT greater than 1. In particular, the (Ca, Sr, Bi) 2 Co 2 O 5 single crystal has been reported to have a ZT of more than 1 in the air at 600 ° C. or higher, and is expected for practical use of thermoelectric power generation.

【0007】上記酸化物の単結晶の性能指数は、実用化
の目標値をクリアしているが、単結晶のサイズが1mm程
度以下と小さく、単結晶自身を用いて電熱素子とするこ
とができない。
The figure of merit of the above-mentioned oxide single crystal has cleared the target value for practical use, but the size of the single crystal is as small as about 1 mm or less, and the single crystal itself cannot be used as an electric heating element. .

【0008】電熱素子を得るためには、性能指数の高い
多結晶体を得る必要がある。従来の多結晶体は、金属酸
化物粉末を常圧焼結法または放電プラズマ焼結法などに
より焼結することにより製造している。しかしながら、
抵抗値が低く、性能指数の高い多結晶体は、得られてい
ない。例えば、(Ca, Sr, Bi)2Co2O5の粉末を金型成形し
常圧焼結することにより得られた多結晶焼結体につい
て、熱電特性が測定されているが、その性能指数は、単
結晶に比べ一桁程度低下する。
In order to obtain an electric heating element, it is necessary to obtain a polycrystalline body having a high figure of merit. A conventional polycrystalline body is manufactured by sintering a metal oxide powder by an atmospheric pressure sintering method, a discharge plasma sintering method, or the like. However,
A polycrystalline body having a low resistance value and a high figure of merit has not been obtained. For example, regarding the polycrystal sintered body obtained by molding the powder of (Ca, Sr, Bi) 2 Co 2 O 5 by die molding and sintering under normal pressure, the thermoelectric properties have been measured. Is about an order of magnitude lower than that of a single crystal.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来技術の
問題点を鑑みなされたものであって、主として、結晶粒
のc軸が配向した多結晶体であって、電気抵抗の低い多
結晶体を提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the problems of the prior art, and is mainly a polycrystalline body in which the c-axis of the crystal grains is oriented and has a low electric resistance. Intended to provide the body.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明者は、鋭意研究の
結果、特定の配向を有する金属酸化物多結晶体が、上記
目的を達成できることを見出し、本発明を完成するに至
った。
As a result of earnest research, the present inventor has found that a metal oxide polycrystal having a specific orientation can achieve the above object, and has completed the present invention.

【0011】即ち、本発明は、下記の金属酸化物多結晶
体、熱電材料、熱電素子および製造方法に係るものであ
る。 1.多結晶体を構成する金属酸化物結晶粒のc軸が、配
向した金属酸化物多結晶体であって、Lotgering's法に
よるc軸配向度が、0.7〜1であり、多結晶体の500℃にお
ける電気抵抗率が、9mΩcm以下である金属酸化物多結晶
体。 2.金属酸化物が、以下の化合物1〜4からなる群から
選択される少なくとも1種である上記1に記載の金属酸
化物多結晶体。 化合物1:CaxaAyaCo4O9 [式中、Aは、Bi, GdまたはYを示し、2.4≦xa≦3、0≦ya
≦0.6且つxa+ya=3である]、 化合物2:CaxbBiybBzbCo4O [式中、Bは、Sr、Mg、Gd、Y、KまたはNaを示し、2≦xb
≦3、0≦yb≦0.6、0<zb≦1、且つxb+yb+zb=3である]、 化合物3:CaxcCycCo2O5 [式中、Cは、Bi、Sr、Mg、Gd、Y、KまたはNaを示し、1.
5≦xc≦2、0≦yc≦0.5且つxc+yc=2である] 、および 化合物4:CaxdBiydDzdCo2O5 [式中、Dは、Sr、Gd、Y、KまたはNaを示し、1.4≦xd≦
2、0≦yd≦0.3、0<zd≦0.3且つxd+yd+zd=2である] 3.以下の式で示される性能指数(ZT)が、700℃におい
て0.21以上である上記1または2に記載の金属酸化物多
結晶体。 ZT=TS2/ρκ [式中、Tは絶対温度(K)、Sは熱起電力(VK-1)、ρは電気
抵抗率(Ωm)、κは熱伝導率(Wm-1K-1)を示す] 4.多結晶体の相対密度が、95%以上である上記1〜3
のいずれかに記載の金属酸化物多結晶体。 5.熱起電力が、500℃において、150μVK-1以上である
上記1〜4の何れかに記載の金属酸化物多結晶体。 6.上記1〜5のいずれかに記載の酸化物多結晶体を含
む熱電材料。 7.上記1〜5のいずれかに記載の酸化物多結晶体を含
む熱電素子。 8.金属酸化物粉末を放電プラズマ焼結およびホットプ
レス焼結に供することを特徴とする金属酸化物多結晶体
の製造方法。 9.放電プラズマ焼結が、圧力が、20〜60MPa、昇温速
度が、10〜200℃/分、保持温度が、750〜1000℃、電流
が、400〜800A、処理時間が、1〜30分間であり、且つ、
酸化雰囲気下において行われることを特徴とする上記8
に記載の金属酸化物多結晶体の製造方法。 10.ホットプレス焼結が、圧力が、5〜15MPa、昇
温速度が、2〜5℃/分、保持温度が、850〜1000℃、処理
時間が、30分間〜10時間であり、且つ、酸化雰囲気下に
おいて行われることを特徴とする上記8または9に記載
の金属酸化物多結晶体の製造方法。
That is, the present invention relates to the following metal oxide polycrystal, thermoelectric material, thermoelectric element, and manufacturing method. 1. The c-axis of the metal oxide crystal grains forming the polycrystal is an oriented metal oxide polycrystal, and the c-axis orientation degree by Lotgering's method is 0.7 to 1, and the polycrystal at 500 ° C. A metal oxide polycrystalline body having an electrical resistivity of 9 mΩcm or less. 2. 2. The metal oxide polycrystal as described in 1 above, wherein the metal oxide is at least one selected from the group consisting of the following compounds 1 to 4. Compound 1: Ca xa A ya Co 4 O 9 [wherein A represents Bi, Gd or Y, and 2.4 ≦ xa ≦ 3, 0 ≦ ya
≦ 0.6 and xa + ya = 3], Compound 2: Ca xb Bi yb B zb Co 4 O [wherein B represents Sr, Mg, Gd, Y, K or Na, and 2 ≦ xb
≦ 3, 0 ≦ yb ≦ 0.6, 0 <zb ≦ 1, and xb + yb + zb = 3], Compound 3: Ca xc C yc Co 2 O 5 [wherein C is Bi, Sr, Mg] , Gd, Y, K or Na, 1.
5 ≦ xc ≦ 2, 0 ≦ yc ≦ 0.5 and xc + yc = 2], and Compound 4: Ca xd Bi yd D zd Co 2 O 5 [wherein D is Sr, Gd, Y, K or Indicates Na, 1.4 ≦ xd ≦
2, 0 ≦ yd ≦ 0.3, 0 <zd ≦ 0.3 and xd + yd + zd = 2] 3. 3. The metal oxide polycrystal as described in 1 or 2 above, wherein the figure of merit (ZT) represented by the following formula is 0.21 or more at 700 ° C. ZT = TS 2 / ρκ [where T is absolute temperature (K), S is thermoelectromotive force (VK -1 ), ρ is electrical resistivity (Ωm), κ is thermal conductivity (Wm -1 K -1) )] 4. 1 to 3 above, in which the relative density of the polycrystal is 95% or more.
6. The metal oxide polycrystal as described in any one of 1. 5. 5. The metal oxide polycrystalline body as described in any one of 1 to 4, which has a thermoelectromotive force of 150 μVK −1 or more at 500 ° C. 6. A thermoelectric material containing the oxide polycrystal according to any one of 1 to 5 above. 7. A thermoelectric element containing the oxide polycrystal according to any one of 1 to 5 above. 8. A method for producing a metal oxide polycrystalline body, which comprises subjecting a metal oxide powder to spark plasma sintering and hot press sintering. 9. Spark plasma sintering, pressure is 20 ~ 60MPa, temperature rising rate is 10 ~ 200 ℃ / min, holding temperature is 750 ~ 1000 ℃, current is 400 ~ 800A, processing time is 1 ~ 30 minutes. Yes, and
8. The above-mentioned 8 characterized by being performed in an oxidizing atmosphere
7. The method for producing a metal oxide polycrystalline body according to. 10. The hot press sintering has a pressure of 5 to 15 MPa, a temperature rising rate of 2 to 5 ° C / min, a holding temperature of 850 to 1000 ° C, a treatment time of 30 minutes to 10 hours, and an oxidizing atmosphere. The method for producing a metal oxide polycrystal as described in 8 or 9 above, which is carried out below.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】本発明は、多結晶体を構成する結
晶粒のc軸が、配向した金属酸化物多結晶体に係る。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present invention relates to a metal oxide polycrystal in which the c-axes of the crystal grains constituting the polycrystal are oriented.

【0013】本発明の多結晶体のLotgering's法によるC
軸配向度(F値)は、通常0.7〜1程度である。なお、C軸配
向度は、以下の式で定義される。
C according to the Lotgering's method of the polycrystalline body of the present invention
The degree of axial orientation (F value) is usually about 0.7 to 1. The C-axis orientation degree is defined by the following formula.

【0014】[0014]

【式1】 [Formula 1]

【0015】本発明の多結晶体の電気抵抗率は、特に制
限されないが、500℃において、通常約9mΩcm以下、好
ましくは約8.5mΩcm以下、より好ましくは2〜8.5 mΩcm
程度である。本発明の多結晶体の電気抵抗率は、金属酸
化粉末を常圧において焼結することにより得られた多結
晶体に比して、通常1/2〜1/4程度、好ましくは1/3〜1/4
程度となる。
The electrical resistivity of the polycrystalline body of the present invention is not particularly limited, but is usually about 9 mΩcm or less, preferably about 8.5 mΩcm or less, more preferably 2 to 8.5 mΩcm at 500 ° C.
It is a degree. The electrical resistivity of the polycrystalline body of the present invention is usually 1/2 to 1/4, preferably 1/3, as compared with the polycrystalline body obtained by sintering the metal oxide powder at atmospheric pressure. ~ 1/4
It will be about.

【0016】本発明における金属酸化物として、以下に
示す化合物1〜4などの複合金属酸化物を例示すること
ができる。
Examples of the metal oxide in the present invention include compound metal oxides such as compounds 1 to 4 shown below.

【0017】化合物1:CaxaAyaCo4O9 [式中、Aは、Bi, GdまたはYを示し、2.4≦xa≦3、0≦ya
≦0.6且つxa+ya=3である] 化合物1において、Aは、Bi, GdまたはYを示す。Aとし
ては、BiまたはGdが好ましく、Biがより好ましい。xa
は、通常2.4〜3程度、好ましくは2.5〜2.9程度、より好
ましくは2.6〜2.8程度である。yaは、通常0〜0.6程度、
好ましくは0.1〜0.5程度、より好ましくは0.2〜0.4程度
である。
Compound 1: Ca xa A ya Co 4 O 9 [wherein A represents Bi, Gd or Y, and 2.4≤xa≤3, 0≤ya
≦ 0.6 and xa + ya = 3] In compound 1, A represents Bi, Gd or Y. As A, Bi or Gd is preferable, and Bi is more preferable. xa
Is usually about 2.4 to 3, preferably about 2.5 to 2.9, and more preferably about 2.6 to 2.8. ya is usually about 0 to 0.6,
It is preferably about 0.1 to 0.5, more preferably about 0.2 to 0.4.

【0018】化合物2:CaxbBiybBzbCo4O9 [式中、Bは、Sr、Mg、Gd、Y、KまたはNaを示し、2≦xb
≦3、0≦yb≦0.6、0<zb≦1且つxb+yb+zb=3である] 化合物2において、Bは、Sr、Mg、Gd、Y、KまたはNaを
示す。Bとしては、Sr、KまたはNaが好ましく、Srまたは
Naがより好ましい。xbは、通常2〜3程度、好ましくは2.
2〜2.8程度、より好ましくは2.3〜2.7程度である。yb
は、通常0〜0.6程度、好ましくは0.1〜0.5程度、より好
ましくは0.15〜0.4程度である。zbは、通常0〜1程度(但
し、zb≠0)、好ましくは0.1〜0.5程度、より好ましくは
0.15〜0.35程度である。
Compound 2: Ca xb Bi yb B zb Co 4 O 9 [wherein B represents Sr, Mg, Gd, Y, K or Na, and 2 ≦ xb
≦ 3, 0 ≦ yb ≦ 0.6, 0 <zb ≦ 1 and xb + yb + zb = 3] In Compound 2, B represents Sr, Mg, Gd, Y, K or Na. B is preferably Sr, K or Na, and Sr or
Na is more preferred. xb is usually about 2-3, preferably 2.
It is about 2 to 2.8, and more preferably about 2.3 to 2.7. yb
Is usually about 0 to 0.6, preferably about 0.1 to 0.5, and more preferably about 0.15 to 0.4. zb is usually about 0 to 1 (however, zb ≠ 0), preferably about 0.1 to 0.5, and more preferably
It is about 0.15 to 0.35.

【0019】化合物3:CaxcCycCo2O5 [式中、Cは、Bi、Sr、Mg、Gd、Y、KまたはNaを示し、1.
5≦xc≦2、0≦yc≦0.5且つxc+yc=2である] 化合物3において、Cは、Bi、Sr、Mg、Gd、Y、KまたはN
aを示す。Cとしては、Bi、GdまたはYが好ましく、Biま
たはGdがより好ましい。xcは、通常1.5〜2程度、好まし
くは1.55〜1.9程度、より好ましくは1.55〜1.8程度であ
る。ycは、通常0〜0.5程度、好ましくは0.1〜0.45程
度、より好ましくは0.2〜0.45程度である。
Compound 3: Ca xc C yc Co 2 O 5 [wherein C represents Bi, Sr, Mg, Gd, Y, K or Na, and 1.
5 ≦ xc ≦ 2, 0 ≦ yc ≦ 0.5 and xc + yc = 2] In Compound 3, C is Bi, Sr, Mg, Gd, Y, K or N.
Indicates a. As C, Bi, Gd or Y is preferable, and Bi or Gd is more preferable. xc is usually about 1.5 to 2, preferably about 1.55 to 1.9, and more preferably about 1.55 to 1.8. yc is usually about 0 to 0.5, preferably about 0.1 to 0.45, and more preferably about 0.2 to 0.45.

【0020】化合物4:CaxdBiydDzdCo2O5 [式中、Dは、Sr、Gd、Y、KまたはNaを示し、1.4≦xd≦
2、0≦yd≦0.3、0<zd≦0.3且つxd+yd+zd=2である] 化合物4おいて、Dは、Sr、Gd、Y、KまたはNaを示す。D
としては、Sr、KまたはNaが好ましく、SrまたはNaがよ
り好ましい。xdは、通常1.4〜2程度、好ましくは1.4〜
1.8程度、より好ましくは1.5〜1.6程度である。ydは、
通常0〜0.3程度、好ましくは0.2〜0.3程度である。zd
は、通常0〜0.3程度(但し、zd≠0)、好ましくは0.2〜0.
3程度である。
Compound 4: Ca xd Bi yd D zd Co 2 O 5 [wherein D represents Sr, Gd, Y, K or Na, and 1.4 ≦ xd ≦
2, 0 ≦ yd ≦ 0.3, 0 <zd ≦ 0.3 and xd + yd + zd = 2] In Compound 4, D represents Sr, Gd, Y, K or Na. D
Is preferably Sr, K or Na, and more preferably Sr or Na. xd is usually about 1.4 to 2, preferably 1.4 to
It is about 1.8, more preferably about 1.5 to 1.6. yd is
It is usually about 0 to 0.3, preferably about 0.2 to 0.3. zd
Is usually about 0 to 0.3 (however, zd ≠ 0), preferably 0.2 to 0.
It is about 3.

【0021】化合物1〜4で示される複合酸化物のなか
では、化合物1で示される複合酸化物が好ましい。化合
物1のなかでは、CaxaBiyaCo4O9[式中、2.4≦xa≦3、0
≦ya≦0.6且つxa+ya=3]が好ましく、CaxaBiyaCo4O9[式
中、2.5≦xa≦2.7、0.3≦ya≦0.5且つxa+ya=3]がより好
ましく、Ca2.6Bi0.4Co4O9が特に好ましい。
Among the complex oxides represented by the compounds 1 to 4, the complex oxide represented by the compound 1 is preferable. Among Compound 1, Ca xa Bi ya Co 4 O 9 [in the formula, 2.4 ≦ xa ≦ 3, 0
≦ ya ≦ 0.6 and xa + ya = 3] are preferable, Ca xa Bi ya Co 4 O 9 [wherein 2.5 ≦ xa ≦ 2.7, 0.3 ≦ ya ≦ 0.5 and xa + ya = 3] are more preferable, and Ca 2.6 Bi 0.4 Co 4 O 9 is particularly preferred.

【0022】本発明の多結晶体を構成する金属酸化物結
晶粒の大きさは、特に制限されないが、電子顕微鏡観察
による測定値として、通常1〜200μm程度、好ましくは3
0〜100μm程度である。
The size of the metal oxide crystal grains constituting the polycrystalline body of the present invention is not particularly limited, but it is usually about 1 to 200 μm, preferably 3 as a measured value by electron microscope observation.
It is about 0 to 100 μm.

【0023】本発明の多結晶体の相対密度は、特に制限
されないが、通常約95%以上、好ましくは約98%以上で
ある。本発明の多結晶体の密度は、金属酸化粉末を常圧
において焼結することにより得られた多結晶体に比し
て、通常15〜30%程度、好ましくは20〜30%程度高い。
相対密度とは、理想密度に対する試料の実測密度の比
(%)を意味する。
The relative density of the polycrystalline body of the present invention is not particularly limited, but is usually about 95% or more, preferably about 98% or more. The density of the polycrystal of the present invention is usually about 15 to 30%, preferably about 20 to 30% higher than that of the polycrystal obtained by sintering the metal oxide powder under normal pressure.
Relative density is the ratio of the measured density of the sample to the ideal density.
Means (%).

【0024】本発明の多結晶体の熱起電力は、特に制限
されないが、500℃において、通常約150μVK-1以上、好
ましくは約170μVK-1以上、より好ましくは170〜300μV
K-1程度である。
The thermoelectromotive force of the polycrystalline body of the present invention is not particularly limited, but is usually about 150 μVK −1 or more, preferably about 170 μVK −1 or more, more preferably 170 to 300 μV at 500 ° C.
It is about K -1 .

【0025】本発明の多結晶体の性能指数(ZT)は、700
℃において、通常約0.21以上、好ましくは0.21〜0.3程
度、より好ましくは0.24〜0.3程度である。なお、性能
指数は、以下の式で示される。
The figure of merit (ZT) of the polycrystalline body of the present invention is 700
At 0 ° C., it is usually about 0.21 or more, preferably about 0.21 to 0.3, more preferably about 0.24 to 0.3. The performance index is represented by the following formula.

【0026】ZT=TS2/ρκ [式中、Tは絶対温度(K)、Sは熱起電力(VK-1)、ρは電気
抵抗率(Ωm)、κは熱伝導率(Wm-1K-1)を示す] 多結晶体を構成する金属酸化物結晶粒の結晶構造として
は、層状構造が好ましい。例えば、Ca2Co2O5の単結晶
は、CoO68面体ユニットが稜共有したCoO2層と3層岩塩
型構造を持つCa2CoO3層が交互に積層した構造を有す
る。(Ca, Sr, Bi)2Co 2O5単結晶は、Ca2Co2O5と同様の結
晶構造において、Caの一部がSr及びBiで置換された結晶
構造を有する。
ZT = TS2/ ρκ [Where T is absolute temperature (K), S is thermoelectromotive force (VK-1), Ρ is electricity
Resistivity (Ωm), κ is thermal conductivity (Wm-1K-1)] As the crystal structure of the metal oxide crystal grains constituting the polycrystalline body
Is preferably a layered structure. For example, Ca2Co2OFiveSingle crystal
Is CoO6CoO shared by the octahedral unit2Layer and 3 layer rock salt
Ca with type structure2CoO3Has a structure in which layers are stacked alternately
It (Ca, Sr, Bi)2Co 2OFiveSingle crystal is Ca2Co2OFiveSimilar to
In the crystal structure, a part of Ca is replaced by Sr and Bi
Have a structure.

【0027】本発明の酸化物多結晶体は、例えば、金属
酸化物粉末を放電プラズマ焼結(spark plasma sinterin
g)およびホットプレス(hot press)焼結に供する方法な
どにより得ることができる。放電プラズマ焼結とホット
プレス焼結に供する順序は、特に制限されない。
The oxide polycrystal of the present invention is obtained by, for example, spark plasma sintering of metal oxide powder.
g) and hot press sintering and the like. The order of subjecting the spark plasma sintering to the hot press sintering is not particularly limited.

【0028】原料である金属酸化物粉末の粒径は、特に
制限されないが、電子顕微鏡観察による測定値として、
通常0.5〜10μm程度、好ましくは1〜5μm程度である。
The particle diameter of the metal oxide powder as a raw material is not particularly limited, but as a measurement value by observation with an electron microscope,
It is usually about 0.5 to 10 μm, preferably about 1 to 5 μm.

【0029】原料となる金属酸化物粉末の調製方法は、
特に制限されず、固相法などの公知の方法により得るこ
とができる。金属酸化物粉末は、例えば、焼成により酸
化物を形成し得る原料物質を焼成することにより調製す
ることができる。金属酸化物粉末の原料物質として、例
えば、金属単体、金属化合物(炭酸塩、硝酸塩、水酸化
物など)などを例示することができる。金属酸化物粉末
は、2種以上の金属元素を含んでいてもよい。2種以上
の金属元素を含む金属酸化物粉末は、例えば、2種以上
の金属単体、金属化合物(炭酸塩、硝酸塩、水酸化物な
ど)、金属酸化物を焼成することにより調製することが
できる。
The method for preparing the metal oxide powder as a raw material is
It is not particularly limited and can be obtained by a known method such as a solid phase method. The metal oxide powder can be prepared, for example, by firing a raw material capable of forming an oxide by firing. Examples of the raw material for the metal oxide powder include simple metals, metal compounds (carbonates, nitrates, hydroxides, etc.) and the like. The metal oxide powder may contain two or more kinds of metal elements. The metal oxide powder containing two or more kinds of metal elements can be prepared, for example, by firing two or more kinds of metal simple substances, metal compounds (carbonate, nitrate, hydroxide, etc.), and metal oxides. .

【0030】金属酸化物粉末を調製するための焼成温
度、焼成時間などの焼成条件は、使用する原料物質の種
類、組成比などにより適宜設定することができる。焼成
温度は、通常800〜950℃程度、好ましくは850〜900℃程
度である。焼成時間は、5〜20時間程度、好ましくは10
〜15時間程度である。焼成雰囲気は、特に制限されず、
大気中、酸素雰囲気などの酸化雰囲気下などを例示する
ことができる。焼成手段は、特に限定されず、電気加熱
炉、ガス加熱炉、光加熱炉など任意の手段を採用し得
る。反応を完結させるために、必要に応じて、上記焼成
物を粉砕し、さらに同様の条件にて焼成することを繰り
返してもよい。このようにして得られた焼成物を粉砕す
る方法などにより、金属酸化物粉体を得ることができ
る。
The firing conditions such as the firing temperature and the firing time for preparing the metal oxide powder can be appropriately set depending on the type of raw material used, the composition ratio and the like. The firing temperature is usually about 800 to 950 ° C, preferably about 850 to 900 ° C. The firing time is about 5 to 20 hours, preferably 10
~ 15 hours. The firing atmosphere is not particularly limited,
Examples thereof include the atmosphere and an oxidizing atmosphere such as an oxygen atmosphere. The firing means is not particularly limited, and any means such as an electric heating furnace, a gas heating furnace, and a light heating furnace can be adopted. In order to complete the reaction, the above calcined product may be pulverized and further calcined under the same conditions, if necessary. The metal oxide powder can be obtained by, for example, a method of pulverizing the fired product thus obtained.

【0031】本発明では、金属酸化物粉末または金属酸
化物粉末をホットプレス焼結することにより得られた焼
結体を放電プラズマ焼結する。例えば、原料である金属
酸化物粉末または上記焼結体を型(例えば、カーボン製
など)に入れ、一軸加圧下、パルス直流電圧を印加する
ことで、加熱焼結する。
In the present invention, the metal oxide powder or the sintered body obtained by subjecting the metal oxide powder to hot press sintering is subjected to spark plasma sintering. For example, the metal oxide powder as a raw material or the above-mentioned sintered body is put into a mold (for example, made of carbon, etc.) and heated and sintered by applying a pulsed DC voltage under uniaxial pressure.

【0032】放電プラズマ焼結における処理条件は、使
用する型のサイズ、金属酸化物粉末の組成などにより適
宜設定することができる。圧力は、通常20〜60MPa程
度、好ましくは40〜60MPa程度である。昇温速度は、通
常10〜200℃/分程度、好ましくは50〜150℃/分程度であ
る。保持温度は、通常700〜1100℃程度、好ましくは750
〜1000℃程度である。電流は、通常350〜800A程度、好
ましくは400〜600A程度である。処理時間(所定の温度を
保持する時間)は、通常1〜30分間程度、好ましくは2〜1
5分程度である。パルス電流を印加する場合、ピーク電
流は、通常400〜800A程度、好ましくは500〜600A程度で
ある。パルス幅は、通常2〜3ミリ秒程度、好ましくは2.
4〜2.6ミリ秒程度である。焼成雰囲気は、特に制限され
ず、大気中などの酸化雰囲気下、真空雰囲気下などを例
示することができる。得られた焼結体の表面に、カーボ
ン製型などに由来する炭素などが付着している場合など
には、必要に応じて、焼結体表面を研磨し、これを取り
除いてもよい。
The processing conditions in the spark plasma sintering can be appropriately set depending on the size of the mold used, the composition of the metal oxide powder, and the like. The pressure is usually about 20 to 60 MPa, preferably about 40 to 60 MPa. The rate of temperature increase is usually about 10 to 200 ° C / min, preferably about 50 to 150 ° C / min. The holding temperature is usually about 700 to 1100 ° C, preferably 750
It is about 1000 ℃. The current is usually about 350 to 800A, preferably about 400 to 600A. Treatment time (time to maintain a predetermined temperature) is usually about 1 to 30 minutes, preferably 2 to 1
It takes about 5 minutes. When a pulse current is applied, the peak current is usually about 400 to 800A, preferably about 500 to 600A. The pulse width is usually about 2-3 milliseconds, preferably 2.
It is about 4 to 2.6 milliseconds. The firing atmosphere is not particularly limited, and examples thereof include an oxidizing atmosphere such as the air and a vacuum atmosphere. When carbon or the like derived from a carbon mold is attached to the surface of the obtained sintered body, the surface of the sintered body may be polished and removed as necessary.

【0033】本発明においては、金属酸化物粉末または
金属酸化物粉末を放電プラズマ焼結することにより得ら
れた焼結体をホットプレス焼結する。例えば、原料であ
る金属酸化物粉末または放電プラズマ焼結により得られ
た焼結体を型(例えばアルミナなどのセラミック製、金
属製、カーボン製)に入れ、これを一軸加圧下、加熱焼
成する。
In the present invention, the metal oxide powder or the sintered body obtained by subjecting the metal oxide powder to the spark plasma sintering is hot-press sintered. For example, a metal oxide powder as a raw material or a sintered body obtained by spark plasma sintering is put in a mold (for example, made of ceramic such as alumina, made of metal, made of carbon) and heated and baked under uniaxial pressure.

【0034】ホットプレス焼結における処理条件は、原
料である金属酸化物粉末の組成などに応じて適宜設定す
ることができる。圧力は、通常5〜15MPa程度、好ましく
は8〜12MPa程度である。昇温速度は、通常2〜10℃/分程
度、好ましくは3〜5℃/分程度である。保持温度は、通
常850〜1100℃程度、好ましくは900〜1000℃程度であ
る。処理時間(所定の温度を保持する時間)は、通常30分
間〜10時間程度、好ましくは1〜8時間程度である。焼成
雰囲気は、特に制限されず、大気中、酸素雰囲気などの
酸化雰囲気下などを例示することができる。
The processing conditions in hot press sintering can be appropriately set according to the composition of the metal oxide powder as a raw material. The pressure is usually about 5 to 15 MPa, preferably about 8 to 12 MPa. The rate of temperature increase is usually about 2 to 10 ° C / min, preferably about 3 to 5 ° C / min. The holding temperature is usually about 850 to 1100 ° C, preferably about 900 to 1000 ° C. The treatment time (the time to maintain the predetermined temperature) is usually about 30 minutes to 10 hours, preferably about 1 to 8 hours. The firing atmosphere is not particularly limited, and examples thereof include the atmosphere and an oxidizing atmosphere such as an oxygen atmosphere.

【0035】本発明によれば、同様の金属酸化物粉末を
ホットプレス焼結のみに供することにより得られた多結
晶体に比して、30〜50%程度、好ましい条件では40〜50
%程度高い性能指数を有する多結晶体を提供できる。
According to the present invention, the same metal oxide powder is used for hot press sintering only, compared with a polycrystal obtained by about 30 to 50%, preferably 40 to 50% under the preferable conditions.
It is possible to provide a polycrystalline body having a high figure of merit of about%.

【0036】本発明の多結晶体は、高い性能指数を有す
るので、熱電材料として好適である。本発明の多結晶体
は、必要に応じて所望の形状、大きさへの切り出し加
工;電極の取付などを行うことによって、熱電素子とし
て好適に用いることができる。
Since the polycrystalline body of the present invention has a high figure of merit, it is suitable as a thermoelectric material. The polycrystalline body of the present invention can be suitably used as a thermoelectric element by cutting out it into a desired shape and size as necessary, attaching electrodes, and the like.

【0037】[0037]

【発明の効果】本発明によると、高い性能指数を有する
金属多結晶体を得ることができる。
According to the present invention, a metal polycrystal having a high figure of merit can be obtained.

【0038】本発明の方法によれば、多結晶体を構成す
る結晶粒のc軸の配向が、0.7以上である酸化物熱電材
料を製造することができる。
According to the method of the present invention, it is possible to manufacture an oxide thermoelectric material in which the c-axis orientation of the crystal grains forming the polycrystalline body is 0.7 or more.

【0039】本発明により得られる金属酸化物は、多結
晶体であり、所望の大きさのものを得ることができるの
で、電熱素子(電熱発電素子)として、好適に用いること
ができる。
The metal oxide obtained by the present invention is a polycrystal and can be obtained in a desired size, so that it can be suitably used as an electrothermal element (electrothermal power generation element).

【0040】[0040]

【実施例】以下、本発明の実施例を挙げ、本発明をより
具体的に説明する。本発明は、以下の実施例に制限され
るものではない。
EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to Examples of the present invention. The present invention is not limited to the examples below.

【0041】なお、実施例および比較例において使用し
た各原子源は、下記の通りである。 *Bi源 酸化ビスマス(Bi23) *Sr源 炭酸ストロンチウム(SrCO3) *Ca源 炭酸カルシウム(CaCO3) *Co源 酸化コバルト(Co34) *Y源 酸化イットリウム(Y23) *Gd源 酸化ガドリニウム(Gd23) *Mg源 酸化マグネシウム(MgO) *Na源 炭酸ナトリウム(Na2CO3) *K源 炭酸カリウム(K2CO3)
The atom sources used in the examples and comparative examples are as follows. * Bi source of bismuth oxide (Bi 2 O 3) * Sr source of strontium carbonate (SrCO 3) * Ca source of calcium carbonate (CaCO 3) * Co source of cobalt oxide (Co 3 O 4) * Y source of yttrium oxide (Y 2 O 3 ) * Gd source Gadolinium oxide (Gd 2 O 3 ) * Mg source Magnesium oxide (MgO) * Na source Sodium carbonate (Na 2 CO 3 ) * K source Potassium carbonate (K 2 CO 3 )

【0042】実施例1 まず、金属酸化物粉末を固相法により合成した。即ち、
所望の金属比(Ca2.6Bi 0.4Co4O9)となるように各原子源
を秤量し、これを大気中、900℃において、12時間焼成
した。得られた焼成物を粉砕し、これを粉末とした。焼
成と粉砕とを二度繰り返すことにより、Ca2.6Bi0.4Co4O
9粉末を得た。原料粉末の粒径は、電子顕微鏡観察によ
る測定値として、2μmであった。走査型電子顕微鏡観察
の結果、粉末形状は、結晶構造を反映し板状であった。
Example 1 First, a metal oxide powder was synthesized by the solid phase method. That is,
Desired metal ratio (Ca2.6Bi 0.4CoFourO9) So that each atomic source
Was weighed and baked in air at 900 ° C for 12 hours
did. The obtained fired product was crushed to obtain powder. Grilled
By repeating the formation and crushing twice, Ca2.6Bi0.4CoFourO
9A powder was obtained. The particle size of the raw material powder can be determined by observing with an electron microscope.
The measured value was 2 μm. Scanning electron microscope observation
As a result, the powder shape was plate-like, reflecting the crystal structure.

【0043】得られたCa2.6Bi0.4Co4O9粉末(6g)をカー
ボン製金型(内径15mm、外径35mm、高さ50mm)に入れ、5
0MPaの一軸加圧下、パルス直流電圧(電流:500A、ピー
ク電流:500A、パルス幅:2.5ミリ秒)を印加すること
で、放電プラズマ焼結した。昇温速度は100℃/分、保持
温度は800℃、処理時間(保持時間)は5分間程度とし
た。得られた焼結体の表面には炭素が付着していたの
で、これを取り除くために焼結体表面を研磨した。
The obtained Ca 2.6 Bi 0.4 Co 4 O 9 powder (6 g) was placed in a carbon mold (inner diameter 15 mm, outer diameter 35 mm, height 50 mm), and 5
Under uniaxial pressure of 0 MPa, a pulsed DC voltage (current: 500 A, peak current: 500 A, pulse width: 2.5 ms) was applied to perform spark plasma sintering. The temperature rising rate was 100 ° C./min, the holding temperature was 800 ° C., and the processing time (holding time) was about 5 minutes. Since carbon was attached to the surface of the obtained sintered body, the surface of the sintered body was polished to remove it.

【0044】次に、上記放電プラズマ焼結体をさらにホ
ットプレス処理に供した。放電プラズマ焼結体をアルミ
ナ金型(内径20mm、外径50mm、高さ50mm)に入れ、これを
10MPaの一軸加圧下、大気中で焼成した。ホットプレ
ス焼結における昇温速度は4℃/分、保持温度は950℃、
処理時間(保持時間)は2時間とした。
Next, the spark plasma sintered body was further subjected to hot pressing. The spark plasma sintered body was placed in an alumina mold (inner diameter 20 mm, outer diameter 50 mm, height 50 mm), and this was sintered in the atmosphere under uniaxial pressure of 10 MPa. Temperature rising rate in hot press sintering is 4 ℃ / min, holding temperature is 950 ℃,
The processing time (holding time) was 2 hours.

【0045】得られた試料の700℃における熱電性能指
数は、ZT=0.29であり、後述する放電プラズマ焼結のみ
施した試料(比較例1)またはホットプレス処理のみ施し
た試料(比較例2)に比べ、性能指数は40%程度向上し
た。
The thermoelectric figure of merit at 700 ° C. of the obtained sample was ZT = 0.29, and the sample only subjected to spark plasma sintering described later (Comparative Example 1) or the sample only subjected to hot press treatment (Comparative Example 2). The figure of merit was improved by about 40%.

【0046】実施例2〜6および実施例8〜9 表1に記載の組成となるよう各原子源を秤量し、放電プ
ラズマ焼結の処理条件、ホットプレス焼結の処理条件を
表1に示した条件とした以外は、実施例1の方法に準じ
て、表1に示す様な組成比を持つ多結晶焼結体を製造し
た。得られた各多結晶体の性能指数などの特性を表1に
示す。
Examples 2 to 6 and Examples 8 to 9 Each atomic source was weighed so as to have the composition shown in Table 1, and the processing conditions of spark plasma sintering and hot press sintering are shown in Table 1. A polycrystalline sintered body having a composition ratio as shown in Table 1 was manufactured according to the method of Example 1 except that the above conditions were used. Table 1 shows the characteristics such as the figure of merit of each obtained polycrystal.

【0047】[0047]

【表1】 [Table 1]

【0048】比較例1 ホットプレス焼結を行わない以外は、実施例1と同様に
して多結晶体を製造した。即ち、実施例1と同様にして
得られた金属酸化物粉末を、実施例1と同条件で放電プ
ラズマ焼結のみに供することによって、多結晶体を得
た。得られた多結晶体の性能指数などの特性を表1に示
す。
Comparative Example 1 A polycrystal was produced in the same manner as in Example 1 except that hot press sintering was not performed. That is, a polycrystal was obtained by subjecting the metal oxide powder obtained in the same manner as in Example 1 to spark plasma sintering only under the same conditions as in Example 1. Table 1 shows properties such as a figure of merit of the obtained polycrystal.

【0049】比較例2 放電プラズマ焼結を行わない以外は、実施例1と同様に
して多結晶体を製造した。即ち、実施例1と同様にして
得られた金属酸化物粉末を、実施例1と同条件でホット
プレス焼結のみに供することによって、多結晶体を得
た。得られた多結晶体の性能指数などの特性を表1に示
す。
Comparative Example 2 A polycrystalline body was produced in the same manner as in Example 1 except that spark plasma sintering was not performed. That is, the metal oxide powder obtained in the same manner as in Example 1 was subjected only to hot press sintering under the same conditions as in Example 1 to obtain a polycrystalline body. Table 1 shows properties such as a figure of merit of the obtained polycrystal.

【0050】上記製造プロセスが熱電特性に与える影響
を明らかにするために、一例として、Ca2.6Bi0.4Co4O9
粉末を放電プラズマ焼結した後ホットプレス処理した試
料(SPS-HP:実施例1)の熱電特性を放電プラズマ焼結
のみ施した試料(SPS:比較例1)およびホットプレス
処理のみ施した試料(HP:比較例2)の熱電特性と比較
した。即ちSPS試料とHP試料は、SPS-HP試料と同じ金属
酸化物粉末を用い、それぞれ放電プラズマ焼結あるいは
ホットプレス処理のみにより作製した焼結体試料であ
る。これら試料の電気抵抗率の温度依存性を図1に、熱
起電力の温度依存性を図2に、熱伝導率の温度依存性を
図3に、性能指数(ZT値)の温度依存性を図4に示す。
熱起電力及び熱伝導率は上記3つの試料で大きな差はな
い。しかし電気抵抗率は、SPS-HP試料が最も小さくなっ
ているため、性能指数が向上している(図4)。
In order to clarify the influence of the above manufacturing process on the thermoelectric properties, as an example, Ca 2.6 Bi 0.4 Co 4 O 9
Thermoelectric properties of a sample (SPS-HP: Example 1) hot-pressed after spark-plasma sintering the powder (SPS: Comparative Example 1) only a sample subjected to spark plasma sintering, and a sample only hot-pressed (SPS-HP: Example 1). HP: It was compared with the thermoelectric characteristics of Comparative Example 2). That is, the SPS sample and the HP sample are the sintered body samples prepared by using the same metal oxide powder as the SPS-HP sample and only by the spark plasma sintering or the hot press treatment. The temperature dependence of the electrical resistivity of these samples is shown in Figure 1, the temperature dependence of the thermoelectromotive force in Figure 2, the temperature dependence of the thermal conductivity in Figure 3, and the temperature dependence of the figure of merit (ZT value). As shown in FIG.
The thermoelectromotive force and the thermal conductivity do not differ greatly among the above three samples. However, the electrical resistivity of the SPS-HP sample is the smallest, so the figure of merit is improved (Fig. 4).

【0051】Lotgering's法により評価した各試料のc
軸配向度(F値)は、SPS-HP試料でF=0.71、HP試料でF=0.5
8、SPS試料でF=0であった。
C of each sample evaluated by Lotgering's method
The degree of axial orientation (F value) is F = 0.71 for SPS-HP samples and F = 0.5 for HP samples.
8, F = 0 in SPS sample.

【0052】実施例7 ホットプレス処理をした後に放電プラズマ焼結を行い、
ホットプレスによる処理時間を4時間とした以外は、実
施例1と同様にして多結晶体を製造した。
Example 7 Spark plasma sintering was carried out after hot pressing.
A polycrystalline body was produced in the same manner as in Example 1 except that the treatment time by hot pressing was 4 hours.

【0053】ホットプレス焼結と放電プラズマ焼結とに
供する順序を逆にしただけの試料においても、実施例1
において得られた試料と同程度の熱電特性を示すことを
確認した。放電プラズマ焼結とホットプレス処理の順序
については、熱電特性に大きな影響を与えないことが判
った。
Example 1 was also performed on a sample obtained by simply reversing the order of hot press sintering and spark plasma sintering.
It was confirmed that the sample showed the same thermoelectric properties as the sample obtained in. It was found that the order of spark plasma sintering and hot pressing does not significantly affect the thermoelectric properties.

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

【図1】実施例1および比較例1〜2において得られた
多結晶体の電気抵抗率の温度依存性
FIG. 1 is the temperature dependence of the electrical resistivity of the polycrystalline bodies obtained in Example 1 and Comparative Examples 1 and 2.

【図2】実施例1および比較例1〜2において得られた
多結晶体の熱起電力の温度依存性
FIG. 2 is a temperature dependence of thermoelectromotive force of the polycrystalline bodies obtained in Example 1 and Comparative Examples 1 and 2.

【図3】実施例1および比較例1〜2において得られた
多結晶体の熱伝導率の温度依存性
FIG. 3 is the temperature dependence of the thermal conductivity of the polycrystalline bodies obtained in Example 1 and Comparative Examples 1 and 2.

【図4】実施例1および比較例1〜2において得られた
多結晶体の熱電性能指数(ZT)の温度依存性
FIG. 4 is temperature dependence of thermoelectric figure of merit (ZT) of the polycrystalline bodies obtained in Example 1 and Comparative Examples 1 and 2.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H02N 11/00 C04B 35/00 J Fターム(参考) 4G030 AA03 AA04 AA07 AA08 AA09 AA11 AA12 AA28 AA43 BA01 BA21 CA02 GA23 GA29 4G075 AA23 AA27 BA02 BB10 CA02 CA15 CA47 CA62 DA18 FB04 FC11 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI theme code (reference) H02N 11/00 C04B 35/00 JF term (reference) 4G030 AA03 AA04 AA07 AA08 AA09 AA11 AA12 AA28 AA43 BA01 BA21 CA02 GA23 GA29 4G075 AA23 AA27 BA02 BB10 CA02 CA15 CA47 CA62 DA18 FB04 FC11

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】多結晶体を構成する金属酸化物結晶粒のc
軸が、配向した金属酸化物多結晶体であって、Lotgerin
g's法によるc軸配向度が、0.7〜1であり、多結晶体の50
0℃における電気抵抗率が、9mΩcm以下である金属酸化
物多結晶体。
1. The c of metal oxide crystal grains constituting a polycrystalline body
A metal oxide polycrystal having an oriented axis, the Lotgerin
c-axis orientation degree by g's method is 0.7-1 and
A metal oxide polycrystal having an electrical resistivity at 0 ° C. of 9 mΩcm or less.
【請求項2】金属酸化物が、以下の化合物1〜4からな
る群から選択される少なくとも1種である請求項1に記
載の金属酸化物多結晶体。 化合物1:CaxaAyaCo4O9 [式中、Aは、Bi, GdまたはYを示し、2.4≦xa≦3、0≦ya
≦0.6且つxa+ya=3である]、 化合物2:CaxbBiybBzbCo4O9 [式中、Bは、Sr、Mg、Gd、Y、KまたはNaを示し、2≦xb
≦3、0≦yb≦0.6、0<zb≦1且つxb+yb+zb=3である]、 化合物3:CaxcCycCo2O5 [式中、Cは、Bi、Sr、Mg、Gd、Y、KまたはNaを示し、1.
5≦xc≦2、0≦yc≦0.5且つxc+yc=2である] 、および 化合物4:CaxdBiydDzdCo2O5 [式中、Dは、Sr、Gd、Y、KまたはNaを示し、1.4≦xd≦
2、0≦yd≦0.3、0<zd≦0.3且つxd+yd+zd=2である]
2. The metal oxide polycrystal according to claim 1, wherein the metal oxide is at least one selected from the group consisting of the following compounds 1 to 4. Compound 1: Ca xa A ya Co 4 O 9 [wherein A represents Bi, Gd or Y, and 2.4 ≦ xa ≦ 3, 0 ≦ ya
≦ 0.6 and xa + ya = 3], Compound 2: Ca xb Bi yb B zb Co 4 O 9 [wherein B represents Sr, Mg, Gd, Y, K or Na, and 2 ≦ xb
≦ 3, 0 ≦ yb ≦ 0.6, 0 <zb ≦ 1 and xb + yb + zb = 3], Compound 3: Ca xc C yc Co 2 O 5 [wherein C is Bi, Sr, Mg, Indicates Gd, Y, K or Na, 1.
5 ≦ xc ≦ 2, 0 ≦ yc ≦ 0.5 and xc + yc = 2], and Compound 4: Ca xd Bi yd D zd Co 2 O 5 [wherein D is Sr, Gd, Y, K or Indicates Na, 1.4 ≦ xd ≦
2, 0 ≦ yd ≦ 0.3, 0 <zd ≦ 0.3 and xd + yd + zd = 2]
【請求項3】以下の式で示される性能指数(ZT)が、700
℃において0.21以上である請求項1または2に記載の金
属酸化物多結晶体。 ZT=TS2/ρκ [式中、Tは絶対温度(K)、Sは熱起電力(VK-1)、ρは電気
抵抗率(Ωm)、κは熱伝導率(Wm-1K-1)を示す]
3. A figure of merit (ZT) represented by the following formula is 700
The metal oxide polycrystal according to claim 1 or 2, which has a temperature of 0.21 or more at ° C. ZT = TS 2 / ρκ [where T is absolute temperature (K), S is thermoelectromotive force (VK -1 ), ρ is electrical resistivity (Ωm), κ is thermal conductivity (Wm -1 K -1) )]
【請求項4】多結晶体の相対密度が、95%以上である請
求項1〜3のいずれかに記載の金属酸化物多結晶体。
4. The metal oxide polycrystal as claimed in claim 1, wherein the polycrystal has a relative density of 95% or more.
【請求項5】熱起電力が、500℃において、150μVK-1
上である請求項1〜4の何れかに記載の金属酸化物多結
晶体。
5. The metal oxide polycrystalline body according to claim 1, which has a thermoelectromotive force of 150 μVK −1 or more at 500 ° C.
【請求項6】請求項1〜5のいずれかに記載の酸化物多
結晶体を含む熱電材料。
6. A thermoelectric material containing the oxide polycrystal according to any one of claims 1 to 5.
【請求項7】請求項1〜5のいずれかに記載の酸化物多
結晶体を含む熱電素子。
7. A thermoelectric device containing the oxide polycrystal according to claim 1.
【請求項8】金属酸化物粉末を放電プラズマ焼結および
ホットプレス焼結に供することを特徴とする金属酸化物
多結晶体の製造方法。
8. A method for producing a metal oxide polycrystal, wherein the metal oxide powder is subjected to spark plasma sintering and hot press sintering.
【請求項9】放電プラズマ焼結が、圧力が、20〜60MP
a、昇温速度が、10〜200℃/分、保持温度が、750〜1000
℃、電流が、400〜800A、処理時間が、1〜30分間であ
り、且つ酸化雰囲気下において行われることを特徴とす
る請求項8に記載の金属酸化物多結晶体の製造方法。
9. Spark plasma sintering, the pressure is 20 ~ 60MP
a, temperature rising rate is 10 ~ 200 ℃ / min, holding temperature is 750 ~ 1000
The method for producing a metal oxide polycrystal according to claim 8, wherein the method is carried out in an oxidizing atmosphere at a temperature of 400C for 800 to 800A for a treatment time of 1 to 30 minutes.
【請求項10】ホットプレス焼結が、圧力が、5〜15
MPa、昇温速度が、2〜5℃/分、保持温度が、850〜1000
℃、処理時間が、30分間〜10時間であり、且つ酸化雰囲
気下において行われることを特徴とする請求項8または
9に記載の金属酸化物多結晶体の製造方法。
10. Hot press sintering is performed at a pressure of 5 to 15
MPa, temperature rising rate is 2 to 5 ° C / min, holding temperature is 850 to 1000
The method for producing a metal oxide polycrystal according to claim 8 or 9, wherein the treatment is carried out in an oxidizing atmosphere for 30 minutes to 10 hours at 30 ° C.
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