JP2003306380A - Method for producing composite oxide sintered body - Google Patents

Method for producing composite oxide sintered body

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JP2003306380A
JP2003306380A JP2002112841A JP2002112841A JP2003306380A JP 2003306380 A JP2003306380 A JP 2003306380A JP 2002112841 A JP2002112841 A JP 2002112841A JP 2002112841 A JP2002112841 A JP 2002112841A JP 2003306380 A JP2003306380 A JP 2003306380A
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a polycrystalline sintered body of a Co-based composite oxide having excellent thermoelectric conversion performance. <P>SOLUTION: The method for producing a composite oxide sintered body comprises using plate-like crystals of a composite oxide represented by the formula: Ca<SB>2.2-3.6</SB>Na<SB>0-0.8</SB>Sr<SB>0-0.8</SB>Bi<SB>0-0.8</SB>Co<SB>4</SB>O<SB>8.8-9.2</SB>as a raw material, molding the plate-like crystals with the crystal planes being arranged in the same direction, and then sintering the obtained moldings under uniaxial compression. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

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、優れた熱電変換性
能を有する複合酸化物焼結体及びその製造方法に関す
る。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a complex oxide sintered body having excellent thermoelectric conversion performance and a method for producing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】我が国では、一次供給エネルギーからの
有効なエネルギーの得率は30%程度しかなく、約70
%ものエネルギ−を最終的には熱として大気中に廃棄し
ている。また、工場やごみ焼却場などにおいて燃焼によ
り生ずる熱の大半も他のエネルギーに変換されることな
く大気中に廃棄されている。このように、我々人類は非
常に多くの熱エネルギーを無駄に廃棄しており、化石エ
ネルギーの燃焼等の行為から僅かなエネルギーしか獲得
していない。
2. Description of the Related Art In Japan, the effective energy yield from the primary energy supply is only about 30%, which is about 70%.
Eventually, as much as% of the energy is wasted as heat into the atmosphere. In addition, most of the heat generated by combustion in factories, refuse incinerators, etc. is discarded into the atmosphere without being converted into other energy. In this way, we humans waste a great deal of heat energy in vain, and obtain only a small amount of energy from the act of burning fossil energy.

【0003】エネルギーの得率を向上させるためには、
大気中に廃棄されている熱エネルギーを利用できるよう
することが有効である。そのためには熱エネルギーを直
接電気エネルギーに変換する熱電変換は有効な手段であ
る。この熱電変換とは、ゼーベック効果を利用したもの
であり、熱電変換材料の両端で温度差をつけることで電
位差を生じさせて発電を行うエネルギー変換法である。
このような熱電変換を利用した熱電発電では、熱電変換
材料の一端を廃熱により生じた高温部に配置し、もう一
端を大気中(室温)に配置して、それぞれの両端に導線
を接続するだけで電気が得られ、一般の発電に必要なモ
ーターやタービン等の可動装置は全く必要ない。このた
めコストも安く、燃焼等によるガスの排出も無く、熱電
変換材料が劣化するまで継続的に発電を行うことができ
る。
In order to improve the energy yield,
It is effective to make use of the thermal energy that is discarded in the atmosphere. To that end, thermoelectric conversion, which directly converts thermal energy into electric energy, is an effective means. This thermoelectric conversion utilizes the Seebeck effect, and is an energy conversion method that generates a potential difference by generating a temperature difference between both ends of the thermoelectric conversion material to generate electricity.
In thermoelectric power generation using such thermoelectric conversion, one end of the thermoelectric conversion material is placed in a high temperature part generated by waste heat, the other end is placed in the atmosphere (room temperature), and conductors are connected to both ends of each. Electricity can be obtained only by itself, and no moving device such as a motor or turbine required for general power generation is required. Therefore, the cost is low, gas is not emitted due to combustion, etc., and power can be continuously generated until the thermoelectric conversion material deteriorates.

【0004】このように、熱電発電は今後心配されるエ
ネルギー問題の解決の一端を担う技術として期待されて
いるが、熱電発電を実現するためには、高い熱電変換効
率を有し、耐熱性、化学的耐久性等に優れた熱電変換材
料を大量に供給することが必要となる。
As described above, thermoelectric power generation is expected as a technology that plays a part in solving energy problems that are a concern in the future, but in order to realize thermoelectric power generation, it has high thermoelectric conversion efficiency, heat resistance, and heat resistance. It is necessary to supply a large amount of thermoelectric conversion material excellent in chemical durability and the like.

【0005】現在、高い熱電変換効率を有する物質とし
ては、金属間化合物が知られている。しかしながら、金
属間化合物の熱電変換効率は最大で10%程度であり、
しかも、空気中では500K程度以下の温度でしか利用
できない。また、金属間化合物の種類によっては毒性元
素や希少元素を構成元素とするものもある。
At present, intermetallic compounds are known as substances having high thermoelectric conversion efficiency. However, the thermoelectric conversion efficiency of the intermetallic compound is about 10% at maximum,
Moreover, it can only be used in air at temperatures below about 500K. Further, depending on the type of intermetallic compound, there are some that use toxic elements or rare elements as constituent elements.

【0006】このため、廃熱を利用する熱電発電は、未
だ実用化には至っていない。よって、毒性が少なく存在
量の多い元素により構成され、耐熱性、化学的耐久性等
に優れ、しかも高い熱電変換効率を有する材料の開発が
期待されている。
Therefore, thermoelectric power generation using waste heat has not yet been put to practical use. Therefore, it is expected to develop a material which is composed of elements having low toxicity and high abundance, is excellent in heat resistance, chemical durability, etc. and has high thermoelectric conversion efficiency.

【0007】近年、耐久性に優れ、高い熱電変換効率を
有する材料として、Ca、Sr、Bi、Na等を含有す
るCo系複合酸化物が報告されており、その実用化が有
望視されている。しかしながら、これらの複合酸化物
は、単結晶では高性能を示すものの、焼結体のような多
結晶体では、1/3程度以下まで性能が低下してしま
う。この様な多結晶体における性能の低下の主な原因
は、電気抵抗が単結晶よりも高くなることによるものと
考えられる。
In recent years, a Co-based composite oxide containing Ca, Sr, Bi, Na and the like has been reported as a material having excellent durability and high thermoelectric conversion efficiency, and its practical application is considered promising. . However, although these composite oxides show high performance as a single crystal, in a polycrystalline body such as a sintered body, the performance deteriorates to about 1/3 or less. It is considered that the main cause of the deterioration in the performance of such a polycrystalline body is that the electric resistance becomes higher than that of the single crystal.

【0008】上記したCo系複合酸化物を熱電変換材料
として実際に応用する場合には、任意の形状で大型の材
料を容易に製造できることから、焼結体の利用が望まれ
る。このため、Co系複合酸化物の焼結体における熱電
変換性能の向上が望まれている。
When the above Co-based composite oxide is actually applied as a thermoelectric conversion material, it is desirable to use a sintered body because a large-sized material having an arbitrary shape can be easily produced. Therefore, it is desired to improve the thermoelectric conversion performance in the sintered body of the Co-based composite oxide.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記した従
来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、優れた熱
電変換性能を有するCo系複合酸化物の焼結体を提供す
ることを主な目的とするものである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art, and it is an object of the present invention to provide a sintered body of a Co-based complex oxide having excellent thermoelectric conversion performance. It is the main purpose.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記した課
題を達成すべく鋭意研究を重ねてきた。その結果、多結
晶焼結体の電気抵抗を低減するためには、各結晶の結晶
軸の向きを揃えることが有効であることを見出した。そ
して、Co系複合酸化物板状結晶のよく成長した結晶面
の向きを揃えた後、結晶面に対して垂直方向に加圧して
焼結する方法によれば、結晶粒の方位が非常によく揃っ
た高密度の焼結体を得ることができ、得られた焼結体
は、優れた熱電変換性能を有するものとなることを見出
し、ここに本発明を完成するに至った。
Means for Solving the Problems The present inventor has conducted extensive studies to achieve the above objects. As a result, they have found that it is effective to align the crystal axes of the crystals in order to reduce the electric resistance of the polycrystalline sintered body. Then, according to the method of aligning the crystal planes of the Co-based complex oxide plate crystals that have grown well and then sintering by pressing in the direction perpendicular to the crystal planes, the orientation of the crystal grains is very good. It was found that a uniform high-density sintered body can be obtained, and the obtained sintered body has excellent thermoelectric conversion performance, and the present invention has been completed here.

【0011】即ち、本発明は、以下の複合酸化物焼結
体、その製造方法、及び該焼結体を用いた熱電材料を提
供するものである。 1. 一般式:Ca2.2〜3.6Na0〜0.8Sr0〜0.8Bi
0〜0.8Co48.8〜9.2で表される複合酸化物の板状結
晶を原料として用い、該板状結晶の結晶面の方向を揃え
て成形した後、得られた成形体を一軸加圧下に焼結させ
ることを特徴とする複合酸化物焼結体の製造方法。 2. 複合酸化物の板状結晶が、下記(1)〜(3)の
条件を満足するものである上記項1に記載の複合酸化物
焼結体の製造方法: (1)相対する成長した二面を有する板状構造の結晶で
あり、(2)成長した面における最長辺の長さが100
μm以上、最短辺の長さが10μm以上であって、最長
辺の長さ/最短辺の長さが100以下であり、(3)相
対する成長した二面間の厚さが50μm以下であって、
成長した面の最短辺の長さ/厚さが5以上である。 3. 板状結晶の結晶面の方向を揃える方法が、下記
(1)〜(3)のいずれかの方法である上記項1又は2
に記載の複合酸化物焼結体の製造方法: (1)板状結晶を含むスラリーを濾過する方法、(2)
板状結晶を含むスラリーをドクターブレード法によって
薄膜化する方法、(3)板状結晶を含むスラリーを磁場
中で乾燥させる方法。 4. 一軸加圧下に焼結させる方法が、板状結晶の成長
した面に垂直方向に加圧した状態で焼結させる方法であ
る上記項1〜3のいずれかに記載の方法。 5. 一般式:Ca2.2〜3.6Na0〜0.8Sr0〜0.8Bi
0〜0.8Co48.8〜9.2で表される複合酸化物の焼結体
であって、絶対温度300〜973Kにおいて100μ
V/K以上のゼーベック係数を有することを特徴とする
複合酸化物焼結体。 6. 一般式:Ca2.2〜3.6Na0〜0.8Sr0〜0.8Bi
0〜0.8Co48.8〜9.2で表される複合酸化物の焼結体
であって、絶対温度300〜973Kにおいて10mΩ
cm以下の電気抵抗率を有することを特徴とする複合酸
化物焼結体。 7. 一般式:Ca2.2〜3.6Na0〜0.8Sr0〜0.8Bi
0〜0.8Co48.8〜9.2で表される複合酸化物の焼結体
であって、絶対温度300〜973Kにおいて3W/m
K以下の熱伝導度を有することを特徴とする複合酸化物
焼結体。 8. 一般式:Ca2.2〜3.6Na0〜0.8Sr0〜0.8Bi
0〜0.8Co48.8〜9.2で表される複合酸化物の焼結体
であって、絶対温度300〜973Kにおいて下記特性
を有することを特徴とする複合酸化物焼結体: (1)ゼーベック係数が100μV/K以上、(2)電
気抵抗率が10mΩcm以下、(3)熱伝導度が3W/
mK以下。 9. 上記項5〜8のいずれかに記載された複合酸化物
焼結体からなるp型熱電変換材料。 10. 上記項9に記載されたp型熱電変換材料を含む
熱電変換モジュール。
That is, the present invention provides the following composite oxide sintered body, a method for producing the same, and a thermoelectric material using the sintered body. 1. General formula: Ca 2.2 to 3.6 Na 0 to 0.8 Sr 0 to 0.8 Bi
0 to 0.8 Co 4 O 8.8 to 9.2 is used as a raw material, and plate-shaped crystals of the complex oxide are used as a raw material. A method for producing a complex oxide sintered body, comprising: 2. The method for producing a complex oxide sintered body according to the above item 1, wherein the plate-like crystal of the complex oxide satisfies the following conditions (1) to (3): (1) Opposite grown two faces (2) The longest side of the grown surface has a length of 100.
μm or more, the length of the shortest side is 10 μm or more, the length of the longest side / the length of the shortest side is 100 or less, and (3) the thickness between two opposed grown surfaces is 50 μm or less. hand,
The length / thickness of the shortest side of the grown surface is 5 or more. 3. Item 1 or 2 above, wherein the method of aligning the crystal plane directions of the plate-like crystals is any one of the following (1) to (3):
A method for producing the composite oxide sintered body according to: (1) a method for filtering a slurry containing plate crystals, (2)
A method of thinning a slurry containing plate crystals by a doctor blade method, and (3) a method of drying a slurry containing plate crystals in a magnetic field. 4. Item 4. The method according to any one of Items 1 to 3, wherein the method of sintering under uniaxial pressure is a method of sintering in a state in which pressure is applied in a direction perpendicular to the growth surface of the plate crystal. 5. General formula: Ca 2.2 to 3.6 Na 0 to 0.8 Sr 0 to 0.8 Bi
A sintered body of a composite oxide represented by 0 to 0.8 Co 4 O 8.8 to 9.2, and 100 μ at an absolute temperature of 300 to 973K.
A composite oxide sintered body having a Seebeck coefficient of V / K or more. 6. General formula: Ca 2.2 to 3.6 Na 0 to 0.8 Sr 0 to 0.8 Bi
0-0.8 Co 4 O 8.8-9.2 Sintered body of complex oxide represented by 10 mΩ at an absolute temperature of 300-973K
A composite oxide sintered body having an electric resistivity of not more than cm. 7. General formula: Ca 2.2 to 3.6 Na 0 to 0.8 Sr 0 to 0.8 Bi
0-0.8 Co 4 O 8.8-9.2 Sintered body of complex oxide represented by 3 W / m at an absolute temperature of 300-973K
A composite oxide sintered body having a thermal conductivity of K or less. 8. General formula: Ca 2.2 to 3.6 Na 0 to 0.8 Sr 0 to 0.8 Bi
A composite oxide sintered body represented by 0 to 0.8 Co 4 O 8.8 to 9.2 , which has the following characteristics at an absolute temperature of 300 to 973 K: (1) Seebeck Coefficient is 100 μV / K or more, (2) Electric resistivity is 10 mΩcm or less, (3) Thermal conductivity is 3 W /
mK or less. 9. A p-type thermoelectric conversion material comprising the composite oxide sintered body according to any one of items 5 to 8 above. 10. A thermoelectric conversion module comprising the p-type thermoelectric conversion material according to item 9.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】本発明の複合酸化物焼結体の製造
方法では、原料としては、一般式:Ca2.2 〜3.6Na
0〜0.8Sr0〜0.8Bi0〜0.8Co48.8〜9.2で表され
る複合酸化物の板状結晶を用いる。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION In the method for producing a complex oxide sintered body of the present invention, the raw material is represented by the general formula: Ca 2.2 to 3.6 Na.
A plate crystal of a complex oxide represented by 0 to 0.8 Sr 0 to 0.8 Bi 0 to 0.8 Co 4 O 8.8 to 9.2 is used.

【0013】上記一般式で表される複合酸化物は、Co
の周囲を六個の酸素が八面体配位した単位格子が、その
一辺を共有するように層状に広がったCoO2層と、岩
塩(NaCl)構造を有するMO−CoO−MO(Mは、
Ca、Sr、Bi及びNaの少なくとも一種である)の
順で積み重なった層とが、c軸方向に交互に積層した構
造を有するものである。この様な構造を有する複合酸化
物の板状結晶を原料として使用し、後述する方法によっ
て焼結体を製造することによって、結晶粒の結晶面の方
向が揃った優れた熱電変換性能を有する焼結体を得るこ
とができる。
The complex oxide represented by the above general formula is Co
A unit cell in which six oxygens are octahedrally coordinated around is a CoO 2 layer spread in layers so that one side thereof is shared, and MO-CoO-MO (M is a salt having a salt) structure.
And at least one of Ca, Sr, Bi, and Na) are stacked in this order to have a structure in which they are alternately laminated in the c-axis direction. By using a plate-shaped crystal of a complex oxide having such a structure as a raw material and producing a sintered body by the method described below, a sintered body having excellent thermoelectric conversion performance in which the directions of crystal planes of crystal grains are aligned is obtained. You can get a unity.

【0014】上記複合酸化物の板状結晶の形状について
は、特に限定的ではないが、下記(1)〜(3)の条件
を満足することが好ましい。尚、複合酸化物の板状結晶
は、単結晶であることが好ましい。 (1)相対する成長した二面を有する板状構造の結晶で
あり、(2)成長した面における最長辺の長さが100
μm以上、最短辺の長さが10μm以上であって、最長
辺の長さ/最短辺の長さが100以下であり、(3)相
対する成長した二面間の厚さが50μm以下であって、
成長した面の最短辺の長さ/厚さが5以上である。
The shape of the plate-like crystal of the complex oxide is not particularly limited, but it is preferable that the following conditions (1) to (3) are satisfied. The plate crystal of the composite oxide is preferably a single crystal. (1) A plate-shaped crystal having two opposite grown faces, and (2) the longest side length of the grown face is 100.
μm or more, the length of the shortest side is 10 μm or more, the length of the longest side / the length of the shortest side is 100 or less, and (3) the thickness between two opposed grown surfaces is 50 μm or less. hand,
The length / thickness of the shortest side of the grown surface is 5 or more.

【0015】尚、複合酸化物の板状結晶の形状について
は、顕微鏡観察によって任意に選択した100個の結晶
について測定した平均値が上記範囲内にあればよいが、
測定した100個の結晶の内で、70%以上の結晶が上
記範囲内にあることが好ましく、90%以上の結晶が上
記範囲内にあることがより好ましく、全ての結晶が上記
範囲内にあることが最も好ましい。
Regarding the shape of the plate-like crystal of the composite oxide, the average value measured for 100 crystals arbitrarily selected by microscopic observation may be within the above range.
Of the 100 crystals measured, 70% or more of the crystals are preferably in the above range, 90% or more of the crystals are more preferably in the above range, and all the crystals are in the above range. Is most preferred.

【0016】原料として用いる複合酸化物の板状結晶の
結晶構造の一例を示す走査型電子顕微鏡写真を図1に示
す。この電子顕微鏡写真から、板状結晶はよく成長した
面、即ちab面を有するものであることが判る。
A scanning electron micrograph showing an example of the crystal structure of a plate-like crystal of a complex oxide used as a raw material is shown in FIG. From this electron micrograph, it can be seen that the plate crystal has a well-grown surface, that is, an ab surface.

【0017】複合酸化物の板状結晶を製造する方法とし
ては、上記した条件を満足する複合酸化物の板状結晶を
製造できる方法であれば各種方法を採用できる。例え
ば、固相反応法、ゾル・ゲル法、水熱合成法等も利用で
きるが、特に、フラックス法、ゾーンメルト法、引き上
げ法、ガラス前駆体を経由するガラスアニール法等の単
結晶製造法を好適に利用できる。
As the method for producing the plate-like crystal of the complex oxide, various methods can be adopted as long as it is a method capable of producing the plate-like crystal of the complex oxide satisfying the above-mentioned conditions. For example, solid-phase reaction method, sol-gel method, hydrothermal synthesis method and the like can be used, but particularly, single crystal production methods such as a flux method, a zone melt method, a pulling method, and a glass annealing method via a glass precursor are used. It can be used suitably.

【0018】これらの各方法の具体的な条件について
は、目的とする組成の複合酸化物が形成されるように適
宜決めればよい。
The specific conditions of each of these methods may be appropriately determined so that a complex oxide having a desired composition is formed.

【0019】例えば、ガラス前駆体を経由するガラスア
ニール法について簡単に説明すると、まず、原料物質を
溶融し、急冷して固化させる。この際の溶融条件は、原
料物質を均一に溶融できる条件であれば良いが、溶融容
器からの汚染や原料成分の蒸発を防止するためには、例
えば、アルミナ製ルツボを用いる場合には、1200〜
1400℃程度に加熱して溶融することが好ましい。加
熱時間については特に限定はなく、原料物質が均一に溶
融するまで加熱すればよく、通常、30分〜1時間程度
の加熱時間とすれば良い。加熱手段については、特に限
定されず、電気加熱炉、ガス加熱炉等の任意の手段を採
用することができる。溶融の際の雰囲気は、例えば空気
中や300ml/分程度以下の酸素気流中等の酸素含有
雰囲気とすればよいが、原料物質が十分量の酸素を含む
場合には、不活性雰囲気で溶融しても良い。
For example, a glass annealing method via a glass precursor will be briefly described. First, a raw material is melted and rapidly cooled to be solidified. The melting condition at this time may be any condition that can uniformly melt the raw material, but in order to prevent contamination from the melting container and evaporation of the raw material components, for example, when a crucible made of alumina is used, 1200 ~
It is preferable to heat it to about 1400 ° C. to melt it. The heating time is not particularly limited, and heating may be performed until the raw material substance is uniformly melted, and the heating time is usually about 30 minutes to 1 hour. The heating means is not particularly limited, and any means such as an electric heating furnace and a gas heating furnace can be adopted. The atmosphere at the time of melting may be an oxygen-containing atmosphere such as air or an oxygen stream of about 300 ml / min or less. However, when the raw material contains a sufficient amount of oxygen, it is melted in an inert atmosphere. Is also good.

【0020】急冷条件については特に限定的ではない
が、形成される固化物の少なくとも表面部分がガラス状
の非晶質層となる条件で急冷すればよい。例えば、溶融
物を金属板上に流し出し、上方から圧縮する等の手段に
より急冷すればよい。冷却速度は、通常、500℃/秒
程度以上とすることが好ましく、103℃/秒以上とす
ることがより好ましい。
The quenching conditions are not particularly limited, but the quenching may be carried out under the condition that at least the surface portion of the solidified material formed becomes a glassy amorphous layer. For example, the melt may be poured onto a metal plate and rapidly cooled by means such as compression from above. Usually, the cooling rate is preferably about 500 ° C./sec or more, more preferably 10 3 ° C./sec or more.

【0021】次いで、急冷により形成された固化物を酸
素含有雰囲気中で熱処理することによって、該固化物の
表面から複合酸化物が単結晶として成長する。
Next, the solidified product formed by quenching is heat-treated in an oxygen-containing atmosphere, so that the composite oxide grows as a single crystal from the surface of the solidified product.

【0022】熱処理温度は、880〜930℃程度とす
ればよく、空気中や酸素気流中等の酸素含有雰囲気中で
加熱すればよい。酸素気流中で加熱する場合には、例え
ば、300ml/分程度以下の流量の酸素気流中で加熱
すればよい。熱処理時間については、特に限定はなく、
目的とする単結晶の成長の程度に応じて決めればよい
が、通常、60〜1000時間程度の加熱時間とすれば
よい。
The heat treatment temperature may be set to about 880 to 930 ° C., and the heat treatment may be performed in an oxygen-containing atmosphere such as in air or in an oxygen stream. When heating in an oxygen stream, for example, the heating may be performed in an oxygen stream having a flow rate of about 300 ml / min or less. The heat treatment time is not particularly limited,
The heating time may be determined according to the desired degree of growth of the single crystal, but the heating time is usually about 60 to 1000 hours.

【0023】原料物質の混合割合は、目的とする複合酸
化物の組成に応じて決めることができる。具体的には、
上記固化物の表面の非晶質層部分から複合酸化物単結晶
が形成される際に、該非晶質部分の溶融物の組成を液相
組成として、これと相平衡にある固相の組成の酸化物単
結晶が成長するので、互いに平衡状態にある融液相と固
相(単結晶)の組成の関係によって、出発原料の組成を
決めることができる。
The mixing ratio of the raw material can be determined according to the composition of the target composite oxide. In particular,
When a complex oxide single crystal is formed from the amorphous layer portion on the surface of the solidified material, the composition of the melt of the amorphous portion is taken as the liquid phase composition, and the composition of the solid phase in phase equilibrium with this Since the oxide single crystal grows, the composition of the starting material can be determined by the relationship between the composition of the melt phase and the solid phase (single crystal) in equilibrium with each other.

【0024】また、フラックス法で板状結晶を製造する
場合には、例えば、NaCl、CaCl2、SrCl2
の各種塩化物等をフラックス成分として用い、溶融した
フラックス成分中に原料物質が溶解するように加熱し、
その後徐冷することによって、溶融塩中で目的とする複
合酸化物の板状結晶を成長させることができる。
When the plate crystal is produced by the flux method, for example, various chlorides such as NaCl, CaCl 2 and SrCl 2 are used as the flux component, and the raw material is dissolved in the melted flux component. So that
Then, by gradually cooling, plate crystals of the target complex oxide can be grown in the molten salt.

【0025】板状結晶を製造する際に用いる原料物質
は、製造方法に応じて適宜選すればよく、例えば、金属
単体、酸化物、各種化合物(炭酸塩等)等を用いること
ができる。このような原料物質の具体例としては、Ca
源として、酸化カルシウム(CaO)、塩化カルシウム
(CaCl2)、炭酸カルシウム(CaCO3)、硝酸カ
ルシウム(Ca(NO32)、水酸化カルシウム(Ca
(OH)2)、アルコキシド化合物(ジメトキシカルシ
ウム(Ca(OCH32)、ジエトキシカルシウム(C
a(OC252)、ジプロポキシカルシウム(Ca
(OC372)等)等を挙げることができ、Sr源と
して、酸化ストロンチウム(SrO)、過酸化ストロン
チウム(SrO2)、炭酸ストロンチウム(SrC
3)、硝酸ストロンチウム(Sr(NO32)、水酸
化ストロンチウム(Sr(OH)2)、アルコキシド化
合物(ジメトキシストロンチウム(Sr(OC
32)、ジエトキシストロンチウム(Sr(OC
252)、ジプロポキシストロンチウム(Sr(OC3
72)等)等を挙げることができ、Bi源として、酸
化ビスマス(Bi2 3)、硝酸ビスマス(Bi(N
33)、塩化ビスマス(BiCl3)、水酸化ビスマ
ス(Bi(OH)3)、アルコキシド化合物(Bi(O
CH33、Bi(OC253、Bi(OC373等)
等を挙げることができ、Na源として、酸化ナトリウム
(Na2O)、硝酸ナトリウム(NaNO3)、塩化ナト
リウム(NaCl)、水酸化ナトリウム(NaOH)、
アルコキシド化合物(NaOCH3、NaOC25、N
aOC37等)等を挙げることができ、Co源として、
酸化コバルト(CoO、Co23,Co34)、塩化コ
バルト(CoCl2)、炭酸コバルト(CoCO3)、硝
酸コバルト(Co(NO32)、水酸化コバルト(Co
(OH)2)、アルコキシド化合物(ジプロポキシコバ
ルト(Co(OC372)等)等を挙げることができ
る。上記した化合物の他に、目的とする複合酸化物の構
成元素を二種以上含む化合物を使用してもよい。
Raw material used for producing plate crystals
May be appropriately selected according to the manufacturing method.
Use simple substances, oxides, various compounds (carbonates, etc.)
You can Specific examples of such a raw material include Ca
As a source, calcium oxide (CaO), calcium chloride
(CaCl2), Calcium carbonate (CaCO3), Nitric acid
Lucium (Ca (NO3)2), Calcium hydroxide (Ca
(OH)2), Alkoxide compounds (dimethoxycalci)
Umm (Ca (OCH3)2), Diethoxy calcium (C
a (OC2HFive)2), Dipropoxy calcium (Ca
(OC3H7)2) Etc.) and the like, and Sr source
Strontium oxide (SrO), strontium peroxide
Tium (SrO2), Strontium carbonate (SrC
O3), Strontium nitrate (Sr (NO3)2), Hydroxy
Strontium oxide (Sr (OH)2), Alkoxide
Compound (dimethoxystrontium (Sr (OC
H3)2), Diethoxystrontium (Sr (OC
2HFive)2), Dipropoxystrontium (Sr (OC3
H7)2) Etc.) and the like, and as the Bi source, acid
Bismuth chloride (Bi2O 3), Bismuth nitrate (Bi (N
O3)3), Bismuth chloride (BiCl3), Bisma hydroxide
Su (Bi (OH)3), An alkoxide compound (Bi (O
CH3)3, Bi (OC2HFive)3, Bi (OC3H7)3etc)
Etc., and as the Na source, sodium oxide
(Na2O), sodium nitrate (NaNO3), Nato chloride
Ium (NaCl), sodium hydroxide (NaOH),
Alkoxide compound (NaOCH3, NaOC2HFive, N
aOC3H7Etc.) and the like, and as a Co source,
Cobalt oxide (CoO, Co2O3, Co3OFour), Chloride
Baltic (CoCl2), Cobalt carbonate (CoCO3), Glass
Cobalt acid (Co (NO3)2), Cobalt hydroxide (Co
(OH)2), Alkoxide compounds (dipropoxycoba
Routt (Co (OC3H7)2) Etc.) etc.
It In addition to the above compounds, the structure of the target complex oxide
You may use the compound which contains two or more types of element.

【0026】本発明方法では、上記した複合酸化物の板
状結晶の結晶面の方向を揃えて成形した後、得られた成
形体を一軸加圧下に焼結させることによって、目的とす
る複合酸化物焼結体を製造する。
In the method of the present invention, the above-mentioned compound oxide is molded by aligning the crystal planes of the plate-like crystals of the above-mentioned compound oxide, and then sintering the obtained molded product under uniaxial pressure to obtain the desired compound oxide. A sintered compact is manufactured.

【0027】板状結晶の結晶面の方向を揃える方法につ
いては、特に限定的ではないが、例えば、(1)該板状
結晶を含むスラリーを濾過する方法(濾過法)、(2)
該板状結晶を含むスラリーをドクターブレード法によっ
て薄膜化する方法(ドクターブレード法)、(3)該板
状結晶を含むスラリーを磁場中で乾燥させる方法(磁場
中配向法)、等を適用できる。これらの方法によれば、
板状結晶のよく成長した面が一定方向にほぼ平行に揃っ
た成形体を得ることができる。
The method of aligning the crystal plane directions of the plate crystals is not particularly limited, but for example, (1) a method of filtering a slurry containing the plate crystals (filtration method), (2)
A method of thinning the slurry containing the plate crystals by a doctor blade method (doctor blade method), (3) a method of drying the slurry containing the plate crystals in a magnetic field (alignment method in a magnetic field), and the like can be applied. . According to these methods,
It is possible to obtain a molded product in which the well-grown faces of the plate-like crystals are aligned substantially parallel to a certain direction.

【0028】以下、上記(1)〜(3)の各方法につい
て、より詳細に説明する。 (1)濾過法:上記した複合酸化物の板状結晶を含むス
ラリーを調製した後、これを濾過することによって、板
状結晶のよく成長した面を濾紙又はフィルター面に平行
に配向させることができる。この際、吸引濾過法などを
適宜適用できる。
Hereinafter, each of the above methods (1) to (3) will be described in more detail. (1) Filtration method: After preparing a slurry containing plate crystals of the complex oxide described above, by filtering this slurry, the well-grown surface of the plate crystals can be oriented parallel to the filter paper or filter surface. it can. At this time, a suction filtration method or the like can be appropriately applied.

【0029】スラリーを形成するための溶媒の種類につ
いては特に限定的ではなく、原料とする板状結晶を均一
に分散させることが可能なものであれば良く、例えば、
水や各種有機溶媒を使用できる。スラリー中の複合酸化
物の濃度についても特に限定的ではなく、均一なスラリ
ーが形成可能であって、適度な濾過速度を有するスラリ
ーが形成されるように適宜決めればよい。
The type of solvent for forming the slurry is not particularly limited as long as it can uniformly disperse the plate-like crystal as a raw material, and for example,
Water and various organic solvents can be used. The concentration of the composite oxide in the slurry is not particularly limited, and may be appropriately determined so that a uniform slurry can be formed and a slurry having an appropriate filtration rate is formed.

【0030】スラリー中には、更に、必要に応じて、粘
性調整剤や分散剤等を添加しても良い。 (2)ドクターブレード法:ドクターブレード法は、薄
膜形成方法として公知の方法であり、例えば、上記した
複合酸化物の板状結晶を含むスラリーをキャリアーテー
プなどの基材上に注ぎ、ドクターブレードと呼ばれるナ
イフ刃物の隙間、即ち、スリット間を通過させることで
薄膜化して、板状結晶を配向させる方法である。
If necessary, a viscosity adjusting agent, a dispersant or the like may be added to the slurry. (2) Doctor blade method: The doctor blade method is a known method as a thin film forming method. For example, a slurry containing plate crystals of the above complex oxide is poured onto a base material such as a carrier tape to form a doctor blade. This is a method of orienting a plate crystal by forming a thin film by passing through a gap called a knife blade, that is, between slits.

【0031】ドクターブレード法の具体的な条件につい
ては、公知の条件を適宜適用すればよい。 (3)磁場中配向法:上記した複合酸化物の板状結晶を
含むスラリーを調製した後、該スラリーを磁場中で乾燥
させることによって、板状結晶の結晶軸を一方向に配向
させることができる。この方法は、結晶の磁化の異方性
を利用するものであり、磁場の方向に対して板状結晶の
良く成長した面が垂直となるように板状結晶が配向す
る。
Known conditions may be appropriately applied to specific conditions of the doctor blade method. (3) Magnetic field orientation method: After preparing a slurry containing the above-mentioned composite oxide plate crystals, the slurry can be dried in a magnetic field to orient the crystal axes of the plate crystals in one direction. it can. This method utilizes the anisotropy of the magnetization of the crystal, and the plate crystal is oriented so that the well-grown surface of the plate crystal is perpendicular to the direction of the magnetic field.

【0032】スラリーの調製方法や使用できる溶媒の種
類等については、特に限定的ではなく、上記した濾過法
と同様に、上記板状結晶が均一に分散したスラリーが形
成される様に適宜決めればよい。
The method for preparing the slurry and the type of solvent that can be used are not particularly limited, and may be appropriately determined so that a slurry in which the plate crystals are uniformly dispersed is formed as in the above-mentioned filtration method. Good.

【0033】磁場の強さについては、特に限定的ではな
いが、通常、1〜5T(テスラ)程度とすればよい。こ
の様な磁場中でスラリーを乾燥させて溶媒を除去するこ
とによって、板状結晶の結晶面が一定方向に配列した成
形体を得ることができる。本発明方法では、上記した方
法によって板状結晶の結晶面の向きを揃えて成形した
後、得られた成形体を一軸加圧下に焼結させることによ
って、結晶面の方向が非常に良く揃った焼結体を得るこ
とができる。しかも、得られた焼結体は、板状結晶を加
圧下に焼結させて得られるために、非常に高密度の焼結
体となる。
The strength of the magnetic field is not particularly limited, but it is usually about 1 to 5 T (tesla). By drying the slurry in such a magnetic field to remove the solvent, it is possible to obtain a molded product in which the crystal planes of plate-like crystals are arranged in a certain direction. In the method of the present invention, the crystal planes of the plate-like crystals are formed in the same direction by the above-described method, and the obtained formed body is sintered under uniaxial pressure, whereby the crystal planes are aligned in a very good direction. A sintered body can be obtained. Moreover, since the obtained sintered body is obtained by sintering the plate crystals under pressure, it becomes an extremely high density sintered body.

【0034】焼結させる際の加圧方向については、一定
方向に配向した状態の板状結晶の良く成長した面(ab
面)に対して垂直方向、即ち、板状結晶のc軸に平行方
向とする。
Regarding the pressing direction during sintering, the well-grown surface (ab) of the plate-like crystals oriented in a fixed direction is used.
The direction perpendicular to the (plane), that is, the direction parallel to the c axis of the plate crystal.

【0035】焼結方法については特に限定はなく、板状
結晶を配向させて得られた成形体を加圧下に焼結させて
緻密な成形体を製造できる方法であればよい。この様な
焼結方法としては、ホットプレス焼結法、加圧下での放
電プラズマ焼結法(SPS法)等を例示できる。
There is no particular limitation on the sintering method, and any method may be used as long as the compact obtained by orienting the plate-like crystals can be sintered under pressure to produce a dense compact. Examples of such a sintering method include a hot press sintering method and a discharge plasma sintering method under pressure (SPS method).

【0036】具体的な焼結条件については特に限定的で
はなく、使用する型のサイズ、成形体を構成する複合酸
化物の組成などに応じて、緻密な焼結体が形成されるよ
うに適宜設定すればよい。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。
The specific sintering conditions are not particularly limited, and are appropriately selected depending on the size of the mold to be used, the composition of the composite oxide constituting the molded body, etc. so that a dense sintered body is formed. Just set it. The firing atmosphere is not particularly limited, and examples thereof include an oxidizing atmosphere such as the air and a vacuum atmosphere.

【0037】焼結条件の具体例としては、ホットプレス
焼結法では、例えば、圧力を10〜20MPa程度、焼
結温度を700〜850℃程度程度として、焼結時間を
5〜40時間程度とすればよい。また、放電プラズマ焼
結法では、例えば、圧力を10〜50MPa程度、焼結
温度を800〜900℃程度程度として、焼結時間を1
0分〜10時間程度とすればよい。
As a specific example of the sintering conditions, in the hot press sintering method, for example, the pressure is about 10 to 20 MPa, the sintering temperature is about 700 to 850 ° C., and the sintering time is about 5 to 40 hours. do it. In the spark plasma sintering method, for example, the pressure is about 10 to 50 MPa, the sintering temperature is about 800 to 900 ° C., and the sintering time is 1
It may be about 0 minutes to 10 hours.

【0038】本発明方法において原料として用いる複合
酸化物は、二種類の異なる副格子がc軸方向に交互積層
した構造を有するため、一般的な製造方法ではab面が
よく成長するものである。この様な原料について、結晶
面の方向を揃えた後、一軸加圧下で焼結させることによ
って、結晶面の方向が非常に良く揃った複合酸化物焼結
体を得ることができる。
Since the composite oxide used as a raw material in the method of the present invention has a structure in which two different types of sublattices are alternately laminated in the c-axis direction, the ab plane grows well in a general manufacturing method. By arranging the crystal planes of these raw materials in the same direction and then sintering them under uniaxial pressure, it is possible to obtain a composite oxide sintered body in which the crystal planes are very well aligned.

【0039】この様な焼結体は、電気抵抗の低いab面
がすべての結晶粒でほぼ一方位に揃い、しかも高密度化
されていることによって、低い電気抵抗率を示すものと
なっている。このため、本発明方法によれば、熱電変換
材料としての実用的な温度範囲である、少なくとも30
0〜973Kの温度範囲において10mΩcm以下とい
う低い電気抵抗率を示す焼結体を得ることができ、6m
Ωcm以下という非常に低い電気抵抗率を示す焼結体を
得ることもできる。
Such a sintered body exhibits a low electric resistivity because the ab plane having a low electric resistance is aligned in one of all crystal grains and has a high density. . Therefore, according to the method of the present invention, at least 30 which is a practical temperature range as a thermoelectric conversion material.
It is possible to obtain a sintered body having a low electrical resistivity of 10 mΩcm or less in the temperature range of 0 to 973 K and 6 m.
It is also possible to obtain a sintered body having a very low electrical resistivity of Ωcm or less.

【0040】更に、本発明方法によれば、少なくとも3
00〜973Kの温度範囲において、100μV/K以
上という高いゼーベック係数(S)を示す焼結体を得る
ことができる。
Further, according to the method of the present invention, at least 3
In the temperature range of 00 to 973K, a sintered body having a high Seebeck coefficient (S) of 100 μV / K or more can be obtained.

【0041】また、該焼結体は、熱伝導度については低
い値であり、少なくとも300〜973Kの温度範囲に
おいて、3W/mK以下の熱伝導度を示すものとするこ
とができる。
Further, the sintered body has a low value of thermal conductivity and can exhibit a thermal conductivity of 3 W / mK or less in a temperature range of at least 300 to 973K.

【0042】この様に、本発明方法によって得られる焼
結体は、熱電変換材料としての実用的な温度範囲である
少なくとも300〜973Kという温度範囲において、
ゼーベック係数が高く、且つ電気抵抗率と熱伝導度が低
い値を示すものであり、更に、この温度範囲外において
も優れた熱電変換性能を発揮することができる。
As described above, the sintered body obtained by the method of the present invention has a temperature range of at least 300 to 973K which is a practical temperature range as a thermoelectric conversion material.
It has a high Seebeck coefficient and a low electric resistivity and low thermal conductivity, and can exhibit excellent thermoelectric conversion performance even outside this temperature range.

【0043】本発明方法によって得られる複合酸化物焼
結体は、上記した特性を利用して、例えば、従来の金属
間化合物材料では不可能であった、空気中、高温で用い
る熱電変換材料として有効に用いることができる。よっ
て、該複合酸化物焼結体を熱電発電モジュールのp型熱
電変換素子としてシステム中に組み込むことにより、こ
れまで大気中に廃棄されていた熱エネルギーを有効に利
用することが可能になる。また、ペルチェ効果を用いた
熱電モジュールへの応用も可能である。
The composite oxide sintered body obtained by the method of the present invention utilizes the above-mentioned characteristics, for example, as a thermoelectric conversion material used at high temperature in air, which was impossible with conventional intermetallic compound materials. It can be used effectively. Therefore, by incorporating the composite oxide sintered body into the system as a p-type thermoelectric conversion element of a thermoelectric power generation module, it becomes possible to effectively use the thermal energy that has been discarded in the atmosphere so far. Further, application to a thermoelectric module using the Peltier effect is also possible.

【0044】本発明の複合酸化物焼結体からなる熱電変
換材料をp型熱電変換素子として用いた熱電変換モジュ
ールの一例の模式図を図2に示す。該熱電変換モジュー
ルの構造は、公知の熱電変換モジュールと同様であり、
高温部用基板、低温部用基板、p型熱電変換材料、n型
熱電変換材料、電極、導線等により構成される熱電発電
モジュールであり、本発明の複合酸化物焼結体はp型熱
電変換材料として使用されている。
FIG. 2 shows a schematic view of an example of a thermoelectric conversion module using the thermoelectric conversion material comprising the composite oxide sintered body of the present invention as a p-type thermoelectric conversion element. The structure of the thermoelectric conversion module is the same as a known thermoelectric conversion module,
The composite oxide sintered body of the present invention is a p-type thermoelectric conversion module, which is a thermoelectric power generation module including a substrate for a high temperature portion, a substrate for a low temperature portion, a p-type thermoelectric conversion material, an n-type thermoelectric conversion material, an electrode, a lead wire, and the like. Used as a material.

【0045】[0045]

【発明の効果】本発明の複合酸化物焼結体の製造方法に
よれば、高いゼーベック係数を有する複合酸化物を原料
として用いて、結晶粒の配列方向が揃った高密度の多結
晶焼結体を得ることができる。
According to the method for producing a complex oxide sintered body of the present invention, a complex oxide having a high Seebeck coefficient is used as a raw material, and high density polycrystalline sintering in which the crystal grains are arranged in the same direction. You can get the body.

【0046】得られる複合酸化物焼結体は、高い性能指
数(ZT)を有する金属酸化物の多結晶体であり、高性
能の熱電材料として有用性の高いものである。
The obtained composite oxide sintered body is a polycrystal of a metal oxide having a high figure of merit (ZT) and is highly useful as a high performance thermoelectric material.

【0047】特に、本発明方法により得られる複合酸化
物焼結体は、焼結法によって得られる多結晶体であるこ
とから、所望の大きさのものを容易に製造できるので、
熱電変換材料(熱電変換素子)として各種の用途に用いる
ことができる。
In particular, since the composite oxide sintered body obtained by the method of the present invention is a polycrystalline body obtained by a sintering method, it can be easily produced in a desired size.
It can be used for various applications as a thermoelectric conversion material (thermoelectric conversion element).

【0048】[0048]

【実施例】以下、実施例を挙げて本発明を更に詳細に説
明する。
EXAMPLES The present invention will be described in more detail with reference to examples.

【0049】なお、各実施例において、複合酸化物の板
状結晶を製造するために用いた原料物質は、下記の通り
である。 *Ca源:炭酸カルシウム(CaCO3) *Sr源:炭酸ストロンチウム(SrCO3) *Bi源:酸化ビスマス(Bi23) *Na源:炭酸ナトリウム(Na2CO3) *Co源:酸化コバルト(Co34) 実施例1複合酸化物の調製 CaCO3とCo34をCa:Co=1:3の元素比で
混合して板状結晶製造用原料混合粉末を調製し、SrC
2とCaCl2をSr:Ca=5:1の元素比となるよ
うに混合して、フラックス用混合粉末を調製した。これ
らの原料混合粉末とフラックス用混合粉末を重量比で
1:2となるように混合し、900℃まで加熱した後、
600℃まで1℃/時間の冷却速度で徐冷し、更に室温
まで放冷した。その後、水洗によりフラックスを取り除
き、複合酸化物の板状結晶を得た。得られた板状結晶
は、平均組成がCa2.9Co4.09.1であり、平均最長
辺と平均最短辺の長さがそれぞれ1mmと500μm
で、平均厚さが10μmであった。
The raw materials used for producing the plate-like crystals of the composite oxide in each example are as follows. * Ca source: Calcium carbonate (CaCO 3) * Sr source: strontium carbonate (SrCO 3) * Bi source: bismuth oxide (Bi 2 O 3) * Na source: Sodium carbonate (Na 2 CO 3) * Co source: cobalt oxide (Co 3 O 4 ) Example 1 Preparation of Composite Oxide CaCO 3 and Co 3 O 4 were mixed at an element ratio of Ca: Co = 1: 3 to prepare a raw material mixed powder for producing a plate crystal, and SrC was prepared.
l 2 and CaCl 2 were mixed so as to have an element ratio of Sr: Ca = 5: 1 to prepare a mixed powder for flux. After mixing these raw material mixed powders and the mixed powder for flux in a weight ratio of 1: 2 and heating to 900 ° C.,
The mixture was gradually cooled to 600 ° C. at a cooling rate of 1 ° C./hour, and then allowed to cool to room temperature. Then, the flux was removed by washing with water to obtain a plate-shaped crystal of a composite oxide. The obtained plate crystals had an average composition of Ca 2.9 Co 4.0 O 9.1 , and the lengths of the average longest side and the average shortest side were 1 mm and 500 μm, respectively.
The average thickness was 10 μm.

【0050】尚、上記した板状結晶の大きさは、顕微鏡
観察によって測定した100個の結晶についての測定値
の平均値である。
The size of the plate crystal is the average value of the measured values of 100 crystals measured by microscopic observation.

【0051】焼結体の製造 上記した方法で得た板状結晶10gをエタノール200
ml中で混合して均一に分散させた後、得られた分散液
を吸引濾過した。濾過後には、濾紙上では板状結晶のよ
く成長した面(ab面)が濾紙面に平行に配向した状態
であった。
Production of Sintered Body 10 g of the plate crystal obtained by the above-mentioned method was added to ethanol 200
After mixing in ml to disperse uniformly, the resulting dispersion was suction filtered. After filtration, on the filter paper, the well-grown surface of plate crystals (ab surface) was oriented parallel to the filter paper surface.

【0052】この様にして結晶面の方向を揃えた複合酸
化物を一軸加圧下にホットプレス焼結した。加圧方向
は、板状結晶のよく成長した面(ab面)に垂直方向と
し、圧力12MPa、焼結温度820℃、焼結時間20
時間とした。
The composite oxide having the crystal planes aligned in this way was hot-press sintered under uniaxial pressure. The pressing direction was perpendicular to the well-grown surface (ab surface) of the plate-like crystal, pressure 12 MPa, sintering temperature 820 ° C., sintering time 20.
It was time.

【0053】得られた焼結体について、焼結時の加圧軸
に垂直な面のX線回折図を図3に示す。図3では、(0
0l)で指数付けされる回折ピークが強く現れており、
該焼結体の結晶粒のab面が加圧軸に対して垂直に揃っ
ていることが示されている。
FIG. 3 shows an X-ray diffraction diagram of the surface of the obtained sintered body which is perpendicular to the pressure axis during sintering. In FIG. 3, (0
The diffraction peak that is indexed with 0l) appears strongly,
It is shown that the ab planes of the crystal grains of the sintered body are aligned perpendicular to the pressing axis.

【0054】また、実施例1で得られた焼結体につい
て、300〜973Kにおける電気抵抗率の温度依存性
を示すグラフを図4に示す。このグラフから、実施例1
で得られた焼結体は、1mΩcm程度の低い電気抵抗率
であることが判る。尚、後述する全ての実施例におい
て、電気抵抗率は300〜973Kにおいて10mΩc
mを下回る値であった。
FIG. 4 is a graph showing the temperature dependence of the electrical resistivity of the sintered body obtained in Example 1 at 300 to 973K. From this graph, Example 1
It can be seen that the sintered body obtained in 1. has a low electrical resistivity of about 1 mΩcm. In all the examples described below, the electric resistivity is 10 mΩc at 300 to 973K.
It was a value below m.

【0055】更に、300〜973Kにおけるゼーベッ
ク係数の温度依存性を示すグラフを図5に示す。このグ
ラフから、実施例1で得られた焼結体が、300K以上
の温度範囲において、120μV/Kを上回る高いゼー
ベック係数を示すことが判る。尚、後述する全ての実施
例において、ゼーベック係数は300〜973Kにおい
て100μV/Kを上回る値であった。
Further, FIG. 5 is a graph showing the temperature dependence of the Seebeck coefficient at 300 to 973K. From this graph, it can be seen that the sintered body obtained in Example 1 exhibits a high Seebeck coefficient exceeding 120 μV / K in the temperature range of 300 K or higher. In all Examples described below, the Seebeck coefficient was a value exceeding 100 μV / K at 300 to 973K.

【0056】図6には、実施例1の焼結体について、3
73〜973Kにおける熱伝導度の温度依存性をグラフ
として示す。このグラフから、実施例1の焼結体は、
2.3W/mK程度以下という低い熱伝導度であること
が判る。尚、後述する全ての実施例においても、300
〜973Kにおいて熱伝導度は3W/mK以下という低
い値であった。
FIG. 6 shows the sintered body of Example 1 in 3
The temperature dependence of the thermal conductivity at 73 to 973K is shown as a graph. From this graph, the sintered body of Example 1 was
It can be seen that the thermal conductivity is as low as about 2.3 W / mK or less. It should be noted that even in all the examples described later, 300
The heat conductivity was as low as 3 W / mK or less at ˜973 K.

【0057】実施例2〜19 下記表1又は表2に示す平均組成(元素比)を有し、か
つ表1又は表2に示す形状(最長辺、最短辺および厚
さ)の複合酸化物板状結晶を用い、実施例1と同様にし
て濾過法によって該板状結晶の結晶面を揃えた後、一軸
加圧下に焼結させた。
Examples 2 to 19 Composite oxide plates having the average composition (element ratio) shown in Table 1 or 2 below and the shape (longest side, shortest side and thickness) shown in Table 1 or Table 2 Using plate-like crystals, the plate-like crystals were made to have the same crystal plane by the filtration method as in Example 1, and then sintered under uniaxial pressure.

【0058】各表の焼結方法の項に記載したホットプレ
ス法は、表中に記載した圧力、温度及び焼結時間で実施
例1と同様にして焼結させる方法であり、放電プラズマ
法は、表中に記載した圧力、温度及び焼結時間で放電プ
ラズマ法によって焼結させる方法である。これらの何れ
の場合にも、加圧方向は、板状結晶のよく成長した面
(ab面)に垂直方向とした。
The hot pressing method described in the section of the sintering method of each table is a method of sintering in the same manner as in Example 1 at the pressure, temperature and sintering time described in the table, and the discharge plasma method is A method of sintering by the discharge plasma method at the pressure, temperature and sintering time described in the table. In any of these cases, the pressing direction was perpendicular to the well-grown surface (ab surface) of the plate crystal.

【0059】各実施例で得られた各焼結体について、9
73Kにおける熱電変換指数(ZT)を表中に記載す
る。ここでZTは、以下の式によって定義される値であ
り、材料の熱電変換効率を示し、この値が高いほど変換
効率が高くなる。本発明では、全ての実施例において、
ZTは973Kで1.0を上回る値であった。
For each sintered body obtained in each example, 9
The thermoelectric conversion index (ZT) at 73K is shown in the table. Here, ZT is a value defined by the following equation and represents the thermoelectric conversion efficiency of the material. The higher this value, the higher the conversion efficiency. In the present invention, in all the examples,
ZT was a value of more than 1.0 at 973K.

【0060】ZT=S2Tσ/κ S:ゼーベック係数、T:絶対温度、σ:電気伝導度、
κ:熱伝導度
ZT = S 2 Tσ / κ S: Seebeck coefficient, T: absolute temperature, σ: electric conductivity,
κ: Thermal conductivity

【0061】[0061]

【表1】 [Table 1]

【0062】[0062]

【表2】 [Table 2]

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

【図1】原料として用いる複合酸化物の板状結晶の外観
を示す走査型電子顕微鏡写真。
FIG. 1 is a scanning electron micrograph showing the appearance of plate crystals of a complex oxide used as a raw material.

【図2】本発明の複合酸化物焼結体を熱電変換材料とし
て用いた熱電発電モジュールの模式図。
FIG. 2 is a schematic diagram of a thermoelectric power generation module using the composite oxide sintered body of the present invention as a thermoelectric conversion material.

【図3】実施例1で得られた複合酸化物焼結体のX線回
折図。
FIG. 3 is an X-ray diffraction diagram of the complex oxide sintered body obtained in Example 1.

【図4】実施例1で得られた複合酸化物焼結体の電気抵
抗率の温度依存性を示すグラフ。
FIG. 4 is a graph showing the temperature dependence of the electrical resistivity of the composite oxide sintered body obtained in Example 1.

【図5】実施例1で得られた複合酸化物焼結体のゼーベ
ック係数の温度依存性を示すグラフ。
FIG. 5 is a graph showing the temperature dependence of the Seebeck coefficient of the composite oxide sintered body obtained in Example 1.

【図6】実施例1で得られた複合酸化物焼結体の熱伝導
度の温度依存性を示すグラフ。
FIG. 6 is a graph showing the temperature dependence of the thermal conductivity of the composite oxide sintered body obtained in Example 1.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4G030 AA03 AA08 AA09 AA28 AA43 BA01 CA02 CA04 CA08 GA01 GA19 GA29 4G048 AA04 AA05 AB01 AB06 AC08 AD01 AD06 AE05    ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    F-term (reference) 4G030 AA03 AA08 AA09 AA28 AA43                       BA01 CA02 CA04 CA08 GA01                       GA19 GA29                 4G048 AA04 AA05 AB01 AB06 AC08                       AD01 AD06 AE05

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】一般式:Ca2.2〜3.6Na0〜0.8Sr
0〜0.8Bi0〜0.8Co48 .8〜9.2で表される複合酸化
物の板状結晶を原料として用い、該板状結晶の結晶面の
方向を揃えて成形した後、得られた成形体を一軸加圧下
に焼結させることを特徴とする複合酸化物焼結体の製造
方法。
1. A general formula: Ca 2.2 to 3.6 Na 0 to 0.8 Sr.
Using 0~0.8 Bi 0~0.8 Co 4 O 8 .8~9.2 plate crystals of the complex oxide represented by a raw material, after molding align the direction of crystal plane of the plate-like crystals, obtained A method for producing a composite oxide sintered body, comprising: sintering a molded body under uniaxial pressure.
【請求項2】複合酸化物の板状結晶が、下記(1)〜
(3)の条件を満足するものである請求項1に記載の複
合酸化物焼結体の製造方法: (1)相対する成長した二面を有する板状構造の結晶で
あり、(2)成長した面における最長辺の長さが100
μm以上、最短辺の長さが10μm以上であって、最長
辺の長さ/最短辺の長さが100以下であり、(3)相
対する成長した二面間の厚さが50μm以下であって、
成長した面の最短辺の長さ/厚さが5以上である。
2. A plate-like crystal of a composite oxide, which has the following (1) to
The method for producing a complex oxide sintered body according to claim 1, which satisfies the condition (3): (1) a plate-shaped crystal having opposite two grown faces, and (2) growth. Length of the longest side of the surface is 100
μm or more, the length of the shortest side is 10 μm or more, the length of the longest side / the length of the shortest side is 100 or less, and (3) the thickness between two opposed grown surfaces is 50 μm or less. hand,
The length / thickness of the shortest side of the grown surface is 5 or more.
【請求項3】板状結晶の結晶面の方向を揃える方法が、
下記(1)〜(3)のいずれかの方法である請求項1又
は2に記載の複合酸化物焼結体の製造方法: (1)板状結晶を含むスラリーを濾過する方法、(2)
板状結晶を含むスラリーをドクターブレード法によって
薄膜化する方法、(3)板状結晶を含むスラリーを磁場
中で乾燥させる方法。
3. A method for aligning the directions of crystal planes of a plate crystal is
The method for producing a composite oxide sintered body according to claim 1 or 2, which is any one of the following (1) to (3): (1) A method for filtering a slurry containing plate crystals, (2)
A method of thinning a slurry containing plate crystals by a doctor blade method, and (3) a method of drying a slurry containing plate crystals in a magnetic field.
【請求項4】一軸加圧下に焼結させる方法が、板状結晶
の成長した面に垂直方向に加圧した状態で焼結させる方
法である請求項1〜3のいずれかに記載の方法。
4. The method according to claim 1, wherein the method of sintering under uniaxial pressure is a method of sintering in a state of being pressed in a direction perpendicular to the growth surface of the plate crystal.
【請求項5】一般式:Ca2.2〜3.6Na0〜0.8Sr
0〜0.8Bi0〜0.8Co48 .8〜9.2で表される複合酸化
物の焼結体であって、絶対温度300〜973Kにおい
て100μV/K以上のゼーベック係数を有することを
特徴とする複合酸化物焼結体。
5. A general formula: Ca 2.2 to 3.6 Na 0 to 0.8 Sr.
0-0.8 a sintered body of Bi 0 to 0.8 Co 4 O 8 complex oxide represented by .8~9.2, characterized by having a Seebeck coefficient of more than 100 uV / K in absolute temperature 300~973K Composite oxide sintered body.
【請求項6】一般式:Ca2.2〜3.6Na0〜0.8Sr
0〜0.8Bi0〜0.8Co48 .8〜9.2で表される複合酸化
物の焼結体であって、絶対温度300〜973Kにおい
て10mΩcm以下の電気抵抗率を有することを特徴と
する複合酸化物焼結体。
6. A general formula: Ca 2.2 to 3.6 Na 0 to 0.8 Sr.
0-0.8 a sintered body of Bi 0 to 0.8 Co 4 O 8 complex oxide represented by .8~9.2 composite characterized by having the following electrical resistivity 10mΩcm in absolute temperature 300~973K Oxide sintered body.
【請求項7】一般式:Ca2.2〜3.6Na0〜0.8Sr
0〜0.8Bi0〜0.8Co48 .8〜9.2で表される複合酸化
物の焼結体であって、絶対温度300〜973Kにおい
て3W/mK以下の熱伝導度を有することを特徴とする
複合酸化物焼結体。
7. A general formula: Ca 2.2 to 3.6 Na 0 to 0.8 Sr.
0-0.8 a sintered body of Bi 0 to 0.8 Co 4 O 8 complex oxide represented by .8~9.2, and characterized by the following thermal conductivity of 3W / mK in the absolute temperature 300~973K A complex oxide sintered body.
【請求項8】一般式:Ca2.2〜3.6Na0〜0.8Sr
0〜0.8Bi0〜0.8Co48 .8〜9.2で表される複合酸化
物の焼結体であって、絶対温度300〜973Kにおい
て下記特性を有することを特徴とする複合酸化物焼結
体: (1)ゼーベック係数が100μV/K以上、(2)電
気抵抗率が10mΩcm以下、(3)熱伝導度が3W/
mK以下。
8. A general formula: Ca 2.2 to 3.6 Na 0 to 0.8 Sr.
0-0.8 a sintered body of Bi 0 to 0.8 Co 4 O 8 complex oxide represented by .8~9.2, composite oxide sintered, characterized in that it has the following characteristics in absolute temperature 300~973K Body: (1) Seebeck coefficient of 100 μV / K or more, (2) Electric resistivity of 10 mΩcm or less, (3) Thermal conductivity of 3 W /
mK or less.
【請求項9】請求項5〜8のいずれかに記載された複合
酸化物焼結体からなるp型熱電変換材料。
9. A p-type thermoelectric conversion material comprising the composite oxide sintered body according to claim 5.
【請求項10】請求項9に記載されたp型熱電変換材料
を含む熱電変換モジュール。
10. A thermoelectric conversion module containing the p-type thermoelectric conversion material according to claim 9.
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