JP2019121628A - 熱電変換材料、熱電変換モジュール、および熱電変換材料の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
発明者等は、本実施の形態の熱電変換材料として、主相と粒界相からなり、主相はFe2TiSi系フルホイスラ合金であり、粒界相はFe2TiSi系フルホイスラ合金に難固溶性の金属合金Nからなり、粒界相の体積比率が2〜10%となることを特徴とする熱電変換材料を採用した。ここで、主相とは相比率が最も高い相のことをいい、多くの場合当該材料の特性に最も大きな影響を与える基軸材料である。また、金属合金Nは本明細書中では便宜上「金属合金N」と表記しているが、金属Nとも表記しても良く、単一金属であることを妨げるものではない。また半金属等を添加することを妨げるものではない。ここで金属合金Nは具体的にはCuなどのFe2TiSi系フルホイスラ合金に難固溶性の元素からなる合金である。
これまで述べた実施例について、それを得る望ましい手法について述べる。例えば、アモルファス化されたFe2TiSi系フルホイスラ合金と金属合金Nの原料粉末を熱処理することにより、結晶粒の平均粒径が1μm未満の微細な結晶粒からなる熱電変換材料を製造することができる。また、アモルファス化されたFe2TiSi系フルホイスラ合金と金属合金Nの原料粉末を製造する方法として、メカニカルアロイングや、原料を溶解した後に超急冷する方法等を用いることができる。
図3および図4により、本実施の形態の熱電変換材料を用いた熱電変換モジュールについて説明する。図3は、上部基板を取り付ける前の状態を示し、図4は、上部基板を取り付けた後の状態を示す。
11 p型熱電変換部
12 n型熱電変換部
13、13a、13b、13c 電極
14 上部基板
15 下部基板
Claims (12)
- 主相と粒界相からなり、
前記主相はFe2TiSi系フルホイスラ合金であり、
前記粒界相はFe2TiSiに難固溶性の金属Nを含み、
前記粒界相の体積比率が2〜10%であることを特徴とする熱電変換材料。 - 前記金属Nは、Cu,Ag,Au,La,Bi,Nbの中の少なくとも一つの元素を含む合金であることを特徴とする、
請求項1記載の熱電変換材料。 - 前記粒界相の厚みが少なくとも一部において1〜10nmである、
請求項1または2に記載の熱電変換材料。 - 前記粒界相の体積比率が3〜9%である、
請求項1乃至3のうちのいずれかに記載の熱電変換材料。 - 前記粒界相の体積比率が4〜9%である、
請求項1乃至3のうちのいずれかに記載の熱電変換材料。 - 前記Fe2TiSi系フルホイスラ合金が、Fe,Ti,V,Si,Alを含み、
TiがVより多く含有され、
SiがAlより多く含有される、
請求項1乃至5のうちのいずれかに記載の熱電変換材料。 - 前記Fe2TiSi系フルホイスラ合金は、Feの含有量が25at%を超え、Tiの含有量が12.5at%を超え、Siの含有量が12.5at%を超える、
請求項1乃至6のうちのいずれかに記載の熱電変換材料。 - 前記Fe2TiSi系フルホイスラ合金に、炭素(C)、酸素(O)および窒素(N)から選択される少なくとも一つの元素が固溶しており、その含有量が1000ppm以下である、
請求項1乃至7のうちのいずれかに記載の熱電変換材料。 - 熱電変換部と、
前記熱電変換部に電気的および熱的に接触する第1電極および第2電極を備え、
前記熱電変換部の少なくとも一部は熱電変換材料により形成され、
前記熱電変換材料は、
主相と粒界相からなり、
前記主相はFe2TiSi系フルホイスラ合金であり、
前記粒界相はFe2TiSiに難固溶性の金属Nを含み、
前記粒界相の体積比率が2〜10%である、
熱電変換モジュール。 - 熱電変換材料の製造方法であって、
アモルファス化されたFe2TiSi系フルホイスラ合金の原料粉末と、金属Nを含む原料粉末を準備する仕込み工程、
前記原料粉末を熱処理する熱処理工程、
前記熱処理後に生成物を冷却する冷却工程を含み、
前記Fe2TiSi系フルホイスラ合金からなる熱電変換材料の主相の間に、前記金属Nを析出させて粒界相を形成し、該粒界相の体積比率を2〜10%とすることを特徴とする熱電変換材料の製造方法。 - 前記熱処理工程において、前記原料粉末の熱処理温度を550〜700℃とし、熱処理時間を3分以上10時間以下とする、
請求項10記載の熱電変換材料の製造方法。 - 前記熱処理工程において、前記原料粉末に40MPa〜5GPaの圧力下で焼結し、該焼結の際、550〜700℃の範囲の目標温度まで昇温した後、前記目標温度で3〜180分間保持する、
請求項10または11に記載の熱電変換材料の製造方法。
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