JP2665014B2 - 熱電変換素子材料の製造方法 - Google Patents
熱電変換素子材料の製造方法Info
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- JP2665014B2 JP2665014B2 JP2041837A JP4183790A JP2665014B2 JP 2665014 B2 JP2665014 B2 JP 2665014B2 JP 2041837 A JP2041837 A JP 2041837A JP 4183790 A JP4183790 A JP 4183790A JP 2665014 B2 JP2665014 B2 JP 2665014B2
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は熱電変換素子材料の製造方法に関する。
［従来の技術］ 近年、熱電変換素子材料は熱を電気に直接変換するこ
とが必要とされる分野において各種検討されている。か
かる熱電変換素子材料は、従来、以下のような方法によ
り製造されている。
とが必要とされる分野において各種検討されている。か
かる熱電変換素子材料は、従来、以下のような方法によ
り製造されている。
まず、二種以上の金属原料を溶融し合金化してインゴ
ットを作製する。つづいて、前記インゴットを粉砕して
合金粉末とする。次いで、前記合金粉末を加圧成形した
後、熱処理を施して熱電変換素子材料を製造する。
ットを作製する。つづいて、前記インゴットを粉砕して
合金粉末とする。次いで、前記合金粉末を加圧成形した
後、熱処理を施して熱電変換素子材料を製造する。
［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、従来の金属原料を溶融し合金化する工
程を有する製造方法は、得られる熱電変換素子材料の熱
電変換性能が不十分であるという問題がある。また、融
点が大きく違う二種以上の金属原料を用いる場合には、
目的の組成比を有する熱電変換素子材料を製造すること
が困難となるという問題があった。
程を有する製造方法は、得られる熱電変換素子材料の熱
電変換性能が不十分であるという問題がある。また、融
点が大きく違う二種以上の金属原料を用いる場合には、
目的の組成比を有する熱電変換素子材料を製造すること
が困難となるという問題があった。
本発明は、従来の課題を解決するためになされたもの
で、熱電変換性能に優れた熱電変換素子材料を容易に製
造し得る方法を提供しようとするものである。
で、熱電変換性能に優れた熱電変換素子材料を容易に製
造し得る方法を提供しようとするものである。
［課題を解決するための手段］ 本発明は、二種以上の金属原料を粉砕機に入れた後、
該粉砕機内を真空にするか又は不活性ガスで置換する工
程と、前記金属原料をその結晶化温度未満に保持しなが
ら粉砕混合して合金粉末を得る工程と、前記合金粉末を
加圧成形した後、該合金粉末の結晶化温度未満で熱処理
する工程とを具備することを特徴とする熱電変換素子材
料の製造方法である。
該粉砕機内を真空にするか又は不活性ガスで置換する工
程と、前記金属原料をその結晶化温度未満に保持しなが
ら粉砕混合して合金粉末を得る工程と、前記合金粉末を
加圧成形した後、該合金粉末の結晶化温度未満で熱処理
する工程とを具備することを特徴とする熱電変換素子材
料の製造方法である。
前記粉砕混合工程では、メカニカルアロイング（MA）
を行なう観点から、３時間以上の時間をかけて粉砕混合
するのが望ましい。
を行なう観点から、３時間以上の時間をかけて粉砕混合
するのが望ましい。
［作用］ 熱電変換素子材料の熱電変換性能指数Ｚは、次式で表
わされる。
わされる。
Ｚ＝α２・σ/k ただし、式中、αは熱起電力であり、σは電気伝導率
であり、ｋは熱伝導率である。
であり、ｋは熱伝導率である。
前記式より熱電変換素子材料は、熱起電力や電気伝導
率を大きくするか或いは熱伝導率を小さくすることによ
って熱電変換性能を向上できる。
率を大きくするか或いは熱伝導率を小さくすることによ
って熱電変換性能を向上できる。
ところで、前記熱電変換素子材料はアモルファス構造
になると結晶構造のときよりも熱伝導率が減少し、熱電
変換性能は向上する。しかしながら、前述した従来の製
造方法は、金属原料を溶融するために結晶化し易く、ア
モルファス構造を有する熱電変換素子材料を得ることが
困難である。その結果、得られる熱電変換素子材料は熱
電変換性能が不十分であった。
になると結晶構造のときよりも熱伝導率が減少し、熱電
変換性能は向上する。しかしながら、前述した従来の製
造方法は、金属原料を溶融するために結晶化し易く、ア
モルファス構造を有する熱電変換素子材料を得ることが
困難である。その結果、得られる熱電変換素子材料は熱
電変換性能が不十分であった。
本発明によれば、二種以上の金属原料が投入された粉
砕機を真空又は不活性ガス雰囲気にし、特定の温度下で
粉砕，混合することによって、金属原料と該金属原料以
外の物質との反応を阻止した状態にて該金属間でメカニ
カルアロイング（MA）が進行し、原子構造に歪みがある
アモルファス構造を有する合金粉末が得られる。こうし
た工程の後に前記合金粉末を加圧成形し、該合金粉末の
結晶化温度未満で熱処理することによってアモルファス
構造を有する熱電変換素子材料を製造できる。従って、
かかる熱電変換素子材料は前記式との関係で熱電変換性
能が向上する。
砕機を真空又は不活性ガス雰囲気にし、特定の温度下で
粉砕，混合することによって、金属原料と該金属原料以
外の物質との反応を阻止した状態にて該金属間でメカニ
カルアロイング（MA）が進行し、原子構造に歪みがある
アモルファス構造を有する合金粉末が得られる。こうし
た工程の後に前記合金粉末を加圧成形し、該合金粉末の
結晶化温度未満で熱処理することによってアモルファス
構造を有する熱電変換素子材料を製造できる。従って、
かかる熱電変換素子材料は前記式との関係で熱電変換性
能が向上する。
また、本発明の製造方法は金属原料を溶融せずに合金
化しているため、融点が大きく違う二種以上の物質を金
属原料にする場合でも目的とする組成で容易に合金化し
て製造することができる。
化しているため、融点が大きく違う二種以上の物質を金
属原料にする場合でも目的とする組成で容易に合金化し
て製造することができる。
更に、本発明の製造方法は従来法の金属原料を溶融す
る工程がなくて製造工程を簡略化できるため、低コスト
で製造することができる。
る工程がなくて製造工程を簡略化できるため、低コスト
で製造することができる。
［実施例］ 以下、本発明の実施例を詳細に説明する。
実施例１ まず、鉄（Fe）と一酸化ケイ素（SiO）とをモル比で
1:2となるように秤量して金属原料とし、該金属原料を
ボールミル容器に入れた。つづいて、ボールミル容器内
を真空ポンプの作動により１×10-6Torrに減圧した後、
アルゴンガスと少量の水素ガスとで置換することによ
り、ボールミル容器内を不活性雰囲気にすると共に酸化
した金属原料を還元した。ひきつづき、ボールミルを３
時間運転後に１時間停止するという操作を30時間以上繰
り返し、前記金属原料をその結晶化温度未満に保持しな
がら粉砕混合してFe（SiO）２粉末を作製した。次い
で、前記Fe（SiO）２粉末にポリビニルアルコール１重
量％をバインダとして加えて1.5ton/cm2で加圧成形した
後、真空炉でFe（SiO）２の結晶化温度未満の温度であ
る970℃、３時間の熱処理、例えば焼結を行い、組成がF
e（SiO）２である熱電変換素子材料を製造した。
1:2となるように秤量して金属原料とし、該金属原料を
ボールミル容器に入れた。つづいて、ボールミル容器内
を真空ポンプの作動により１×10-6Torrに減圧した後、
アルゴンガスと少量の水素ガスとで置換することによ
り、ボールミル容器内を不活性雰囲気にすると共に酸化
した金属原料を還元した。ひきつづき、ボールミルを３
時間運転後に１時間停止するという操作を30時間以上繰
り返し、前記金属原料をその結晶化温度未満に保持しな
がら粉砕混合してFe（SiO）２粉末を作製した。次い
で、前記Fe（SiO）２粉末にポリビニルアルコール１重
量％をバインダとして加えて1.5ton/cm2で加圧成形した
後、真空炉でFe（SiO）２の結晶化温度未満の温度であ
る970℃、３時間の熱処理、例えば焼結を行い、組成がF
e（SiO）２である熱電変換素子材料を製造した。
比較例１ まず、鉄（Fe）と一酸化ケイ素（SiO）とをモル比で
1:2となるように秤量して溶融してFe（SiO）２のインゴ
ットを得た。次いで、前記インゴットを粉砕した後、こ
の粉末にポリビニルアルコール１重量％をバインダとし
て加えて加圧成形し、更に熱処理して組成がFe（SiO）
２である熱電変換素子材料を製造した。
1:2となるように秤量して溶融してFe（SiO）２のインゴ
ットを得た。次いで、前記インゴットを粉砕した後、こ
の粉末にポリビニルアルコール１重量％をバインダとし
て加えて加圧成形し、更に熱処理して組成がFe（SiO）
２である熱電変換素子材料を製造した。
実施例１及び比較例１の熱電変換素子材料について、
500Kでの熱電変換性能指数Ｚ［K-1］をそれぞれ求め
た。その結果を下記第１表に示す。
500Kでの熱電変換性能指数Ｚ［K-1］をそれぞれ求め
た。その結果を下記第１表に示す。
第１表より明らかなように実施例１の熱電変換素子材
料は比較例１の熱電変換素子材料と同じ組成であるにも
かかわらず熱電変換性能が優れることがわかる。この原
因は、実施例１の製造方法で得られる熱電変換素子材料
はアモルファス構造を有することによる。
料は比較例１の熱電変換素子材料と同じ組成であるにも
かかわらず熱電変換性能が優れることがわかる。この原
因は、実施例１の製造方法で得られる熱電変換素子材料
はアモルファス構造を有することによる。
実施例２ 第１図は、本実施例２の粉砕混合工程で用いられる装
置を示す。即ち、ボールミル容器１と真空ポンプ２とは
バルブ３を介装して排気管４により配管されている。ボ
ールミル容器１とアルゴンの不活性ガスボンベ５とはバ
ルブ６を介装して導入管７により配管されている。バイ
パス管８は、その一端が前記ボールミル容器１とバルブ
３との間の排気管４に連結され、他端が前記ボールミル
容器１とバルブ６との間の導入管７に連結され、排気管
４側から順にバルブ９、循環ポンプ10、冷却器11、及び
バルブ12が介装されている。
置を示す。即ち、ボールミル容器１と真空ポンプ２とは
バルブ３を介装して排気管４により配管されている。ボ
ールミル容器１とアルゴンの不活性ガスボンベ５とはバ
ルブ６を介装して導入管７により配管されている。バイ
パス管８は、その一端が前記ボールミル容器１とバルブ
３との間の排気管４に連結され、他端が前記ボールミル
容器１とバルブ６との間の導入管７に連結され、排気管
４側から順にバルブ９、循環ポンプ10、冷却器11、及び
バルブ12が介装されている。
次に、前述した第１図に示す装置を用いて実施例１と
同様な金属原料を粉砕混合した工程を説明する。まず、
ボールミル容器１内に金属原料を入れ、バルブ３を開い
て真空ポンプ２の作動によりボールミル容器１内を減圧
した後、バルブ３を閉じバルブ６を開いて不活性ガスボ
ンベ５からボールミル容器１内に不活性ガスを導入し
た。次いで、バルブ６を閉じバルブ9,12を開いて循環ポ
ンプ10及び冷却器11を作動させると共に、ボールミルを
運転してその中の金属原料をその結晶化温度未満に保持
しながら粉砕混合してFe（SiO）２粉末を作製した。こ
の工程後、Fe（SiO）２粉末を用いて実施例１と同様な
処理を施したところ、アモルファス構造を有し、熱電変
換性能の優れた熱電変換素子材料が得られた。
同様な金属原料を粉砕混合した工程を説明する。まず、
ボールミル容器１内に金属原料を入れ、バルブ３を開い
て真空ポンプ２の作動によりボールミル容器１内を減圧
した後、バルブ３を閉じバルブ６を開いて不活性ガスボ
ンベ５からボールミル容器１内に不活性ガスを導入し
た。次いで、バルブ６を閉じバルブ9,12を開いて循環ポ
ンプ10及び冷却器11を作動させると共に、ボールミルを
運転してその中の金属原料をその結晶化温度未満に保持
しながら粉砕混合してFe（SiO）２粉末を作製した。こ
の工程後、Fe（SiO）２粉末を用いて実施例１と同様な
処理を施したところ、アモルファス構造を有し、熱電変
換性能の優れた熱電変換素子材料が得られた。
更に、金属原料を代えた以外は実施例１と同様の方法
で組成がBi2Te3、PbTe、及びSiGeの熱電変換素子材料を
それぞれ製造したところ、いずれも従来法と比べて熱電
変換性能が向上した熱電変換素子材料が得られた。
で組成がBi2Te3、PbTe、及びSiGeの熱電変換素子材料を
それぞれ製造したところ、いずれも従来法と比べて熱電
変換性能が向上した熱電変換素子材料が得られた。
［発明の効果］ 以上詳述した如く、本発明によれば熱電変換性能に優
れた熱電変換素子材料を容易に製造し得る製造方法を提
供することができる。
れた熱電変換素子材料を容易に製造し得る製造方法を提
供することができる。
第１図は実施例２の粉砕混合工程に用いた装置を示す説
明図である。 １……ボールミル容器、２……真空ポンプ、４……排気
管、５……不活性ガスボンベ、７……導入管、８……バ
イパス管、10……循環ポンプ、11……冷却器。
明図である。 １……ボールミル容器、２……真空ポンプ、４……排気
管、５……不活性ガスボンベ、７……導入管、８……バ
イパス管、10……循環ポンプ、11……冷却器。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−209884（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−75648（ＪＰ，Ａ) 特公 昭38−21434（ＪＰ，Ｂ１)
Claims (1)
- 【請求項１】二種以上の金属原料を粉砕機に入れた後、
該粉砕機内を真空にするか又は不活性ガスで置換する工
程と、前記金属原料をその結晶化温度未満に保持しなが
ら粉砕混合して合金粉末を得る工程と、前記合金粉末を
加圧成形した後、該合金粉末の結晶化温度未満で熱処理
する工程とを具備することを特徴とする熱電変換素子材
料の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2041837A JP2665014B2 (ja) | 1990-02-22 | 1990-02-22 | 熱電変換素子材料の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2041837A JP2665014B2 (ja) | 1990-02-22 | 1990-02-22 | 熱電変換素子材料の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03244167A JPH03244167A (ja) | 1991-10-30 |
| JP2665014B2 true JP2665014B2 (ja) | 1997-10-22 |
Family
ID=12619374
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2041837A Expired - Fee Related JP2665014B2 (ja) | 1990-02-22 | 1990-02-22 | 熱電変換素子材料の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2665014B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100323492B1 (ko) * | 1998-10-09 | 2002-05-13 | 황해웅 | 메카니칼그라인딩법에의한열전재료및그제조방법 |
| JP2006303427A (ja) * | 2005-03-23 | 2006-11-02 | Shimane Univ | 熱電半導体材料の製造方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03209884A (ja) * | 1990-01-12 | 1991-09-12 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | アモルファス熱電材料 |
-
1990
- 1990-02-22 JP JP2041837A patent/JP2665014B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03244167A (ja) | 1991-10-30 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |