JP2018508982A - 高効率のP型FeNbHfSb熱電材料及び製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
zT=(α2σT/κ)
αは材料の熱電係数であり、σは電導率であり、Tは絶対温度であり、κは熱伝導率である。
本発明は、一種の新型で高効率のP型FeNbHfSb熱電材料及び製造方法を提供する。同P型FeNbHfSb熱電材料の最高zT値は1200Kにおいて約1.45である。
(1)組成がFeNb1−xHfxSbとなる化学分量比率により、原料である鉄、ニオブ、ハフニウムおよびアンチモンを採取し、アルゴンガスの保護下で、懸濁溶錬法で製錬すること;
(2)ステップ(1)で製錬される鋳塊を粒状につぶし、焼結を経て、P型FeNbHfSb熱電材料を作ること。
本発明は一種の高効率のP型FeNbHfSb熱電材料であり、その最大zT値は1200Kのときに1.45に達し、現在のP型ハーフホイスラー体系で得られる最高の性能である。
本発明で製造したP型FeNbHfSb熱電材料の材料成分に含まれる元素は、地殻での貯蔵量が豊富なため、生産コストが割と安い。
本発明のP型FeNbHfSb熱電材料では、高温安定性が良く、製造工程が簡単であり、生産周期が短く、生産効率が高い。
以下にて実施例を合わせて本発明を詳細に説明する。
原料を化学分量比率FeNb0.86Hf0.14Sbにより採取した後、Arガスで保護しているパイプ中に置き、高周波溶錬(プラス高周波電磁界懸濁溶錬)方法を3回繰り返し、鋳塊を得た。機械ボール磨きの方法でサブミクロンサイズの粒を得(粒の直径は約200nm〜2.0μmである)、そして放電プラズマ焼結法で850℃、65MPaで10分間焼結し、最終的なサンプルを得た。
原料を化学分量比率FeNb0.88Hf0.12Sbにより採取した後、Arガスで保護しているパイプ中に置き、高周波溶錬法を3回繰り返して、鋳塊を得た。機械ボール磨きの方法でサブミクロンサイズの粒を得(粒の直径は約200nm〜2.0μmである)、そして放電プラズマ焼結法で850℃、65MPaで10分間焼結し、最終的なサンプルを得た。
原料を化学分量比率FeNb0.8Hf0.2Sbにより採取した後、Arガスで保護しているパイプ中に置き、高周波溶錬法で3回繰り返して、鋳塊を得た。機械ボール磨きの方法でサブミクロンサイズの粒を得(粒の直径は約200nm〜2.0μmである)、そして放電プラズマ焼結法で850℃、65MPaで10分間焼結し、最終的なサンプルを得た。
原料を化学分量比率FeNb0.84Hf0.16Sbにより採取した後、Arガスで保護しているパイプ中に置き、高周波溶錬法で3回繰り返して、鋳塊を得た。機械ボール磨きの方法でサブミクロンサイズの粒を得(粒の直径は約200nm〜2.0μmである)、そして放電プラズマ焼結法で850℃、65MPaで10分間焼結し、最終的なサンプルを得た。
原料を化学分量比率FeNb0.9Hf0.1Sbにより採取した後、Arガスで保護しているパイプ中に置き、高周波溶錬法で3回繰り返して、鋳塊を得た。機械ボール磨きの方法でサブミクロンサイズの粒を得(粒の直径は約200nm〜2.0μmである)、そして放電プラズマ焼結法で850℃、65MPaで10分間焼結し、最終的なサンプルを得た。
原料を化学分量比率FeNb0.92Hf0.08Sbにより採取した後、Arガスで保護しているパイプ中に置き、高周波溶錬法で3回繰り返して、鋳塊を得た。機械ボール磨きの方法でサブミクロンサイズの粒を得(粒の直径は約200nm〜2.0μmである)、そして放電プラズマ焼結法で850℃、65MPaで10分間焼結し、最終的なサンプルを得た。
原料を化学分量比率FeNb0.94Hf0.06Sbにより採取した後、Arガスで保護しているパイプ中に置き、高周波溶錬法で3回繰り返して、鋳塊を得た。機械ボール磨きの方法でサブミクロンサイズの粒を得(粒の直径は約200nm〜2.0μmである)、そして放電プラズマ焼結法で850℃、65MPaで10分間焼結し、最終的なサンプルを得た。
実施例1−7で作られたサンプルについて、異なる温度で熱電性能を検測した。図3はFeNb1−xHfxSbサンプルの温度変化熱電性能図である。図2(a)−図2(d)から、サンプルの熱伝達率及びゼーベック係数がxの増大に伴い持続的に下がり、電導率がxの増大に伴い増大することがわかる。zT=(α2σT/κ)を計算し、サンプルの最終zT値を得たところ、あらゆるサンプルのzT値が温度の上昇により増大すると分かった(図3の通り)。最も選定されているサンプルx=0.12とx=0.14は1200Kにおいて最高のzT=1.45となる。分析によれば、同サンプルで最高のzTとなった原因は、1200Kにおける最も低い熱伝達率(図2a)及び最も高いパワー因子(図2d)である。
Claims (9)
- 一種の高効率のP型FeNbHfSb熱電材料であり、原料の組成がFeNb1−xHfxSbであり、その中で、x=0.06〜0.2であり、xは原子のパーセンテージを表すことを特徴とする、熱電材料。
- 請求項1に記載の高効率のP型FeNbHfSb熱電材料であり、x=0.1〜0.16であることを特徴とする、熱電材料。
- 請求項2に記載の高効率のP型FeNbHfSb熱電材料であり、x=0.12〜0.14であることを特徴とする、熱電材料。
- 請求項3に記載の高効率のP型FeNbHfSb熱電材料であり、x=0.12、または、x=0.14であることを特徴とする、熱電材料。
- 請求項1〜4のいずれか一項に記載の高効率のP型FeNbHfSb熱電材料の製造方法であり、下記のステップ:
(1)組成がFeNb1−xHfxSbとなる化学分量比率により、原料である鉄、ニオブ、ハフニウムおよびアンチモンを採取し、アルゴンガスの保護下で、懸濁溶錬法で製錬すること;
(2)ステップ(1)で製錬される鋳塊を粒状につぶし、焼結を経て、P型FeNbHfSb熱電材料を作ること、
を有することを特徴とする、方法。 - 請求項5に記載の高効率のP型FeNbHfSb熱電材料の製造方法であり、ステップ(1)において、原料の懸濁溶錬法での2−5回の溶錬を経て鋳塊を得ることを特徴とする、方法。
- 請求項5に記載の高効率のP型FeNbHfSb熱電材料の製造方法であり、ステップ(2)において、鋳塊を粒状につぶす場合、粒の直径が200nm〜10.0μmであることを特徴とする、方法。
- 請求項5〜7に任意な請求項に記載の高効率のP型FeNbHfSb熱電材料の製造方法であり、ステップ(2)において、放電プラズマ焼結法で焼結し、焼結条件は:焼結温度800−900℃、焼結圧力が60−70MPa、焼結時間10−15分間であることを特徴とする、方法。
- 請求項8に記載の高効率のP型FeNbHfSb熱電材料の製造方法であり、ステップ(2)において、焼結条件は:焼結温度850℃、焼結圧力65MPa、焼結時間10分間であることを特徴とする、方法。
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