JP2721737B2 - 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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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は熱を電気に直接変換する熱電変換素子材料の
製造方法に係り、特に、高いエネルギー変換効率を有す
る化合物熱電変換素子材料の製造方法に関する。
製造方法に係り、特に、高いエネルギー変換効率を有す
る化合物熱電変換素子材料の製造方法に関する。
従来、熱電変換素子材料を製造する場合、該素子材料
となる複数の原料を一緒に溶解し、急冷凝固することで
アモルファス物質を作成し、100μｍ以下の微粒子に粉
砕し、冷間プレスにより加圧成型し、熱処理を行うこと
で熱電変換素子材料を製造している。
となる複数の原料を一緒に溶解し、急冷凝固することで
アモルファス物質を作成し、100μｍ以下の微粒子に粉
砕し、冷間プレスにより加圧成型し、熱処理を行うこと
で熱電変換素子材料を製造している。
熱電変換素子の性能を表す指数は、 αは熱起電力、σは電気伝導率、Ｋは熱伝導率であり、
電気伝導率σ及び熱起電力αを高めるか、熱伝導率Ｋを
下げることが熱電性能を高める方法である。
電気伝導率σ及び熱起電力αを高めるか、熱伝導率Ｋを
下げることが熱電性能を高める方法である。
第２図は、従来の急冷凝固法による原子構造の模式図
を示す。第２図において、１は原子、２は結合の手が切
れたダングリングボンドである。
を示す。第２図において、１は原子、２は結合の手が切
れたダングリングボンドである。
従来法の急冷凝固法では、原子構造にひずみがあるア
モルファス構造をもつ熱電変換物質が得られると同時
に、ところどころに、第２図の２のように結合の手が切
れた部分を生じる。結合の手が切れた部分は、ダングリ
ングボンドと呼ばれている。このダングリングボンドが
多く発生すると電気伝導率σが低下し、熱電変換性能指
数Ｚは低下する。
モルファス構造をもつ熱電変換物質が得られると同時
に、ところどころに、第２図の２のように結合の手が切
れた部分を生じる。結合の手が切れた部分は、ダングリ
ングボンドと呼ばれている。このダングリングボンドが
多く発生すると電気伝導率σが低下し、熱電変換性能指
数Ｚは低下する。
原子構造にひずみのあるアモルファス熱電変換物質
は、格子ひずみにより熱伝導率が減少し、一般に熱伝性
能は向上し、エネルギー変換効率が高くなる。
は、格子ひずみにより熱伝導率が減少し、一般に熱伝性
能は向上し、エネルギー変換効率が高くなる。
本発明は上記技術水準に鑑み、ダングリングボンドを
減少させ、熱電変換性能が増大した熱電変換素子材料の
製造方法を提供しようとするものである。
減少させ、熱電変換性能が増大した熱電変換素子材料の
製造方法を提供しようとするものである。
本発明は熱電変換素子材料の原料を溶解した後、急冷
凝固し、更に該急冷凝固物を粉砕した後、減圧雰囲気中
で該粉末に、反応性ガスと不活性ガスとの混合ガスを放
電させることによって発生するプラズマを照射し、該プ
ラズマ照射粉末を加圧成形した後、該加圧成形物の結晶
化温度以下で熱処理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。
凝固し、更に該急冷凝固物を粉砕した後、減圧雰囲気中
で該粉末に、反応性ガスと不活性ガスとの混合ガスを放
電させることによって発生するプラズマを照射し、該プ
ラズマ照射粉末を加圧成形した後、該加圧成形物の結晶
化温度以下で熱処理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。
すなわち、本発明はBi2Te3,FeSi2,PbTe,SiGeのような
熱電変換素子材料の複数の原料を一緒に溶解した後、急
冷凝固させて薄片にし、ボールミル等適宜の粉砕装置を
用いて100μｍ以下に粉砕し、炭化水素系ガス、水素ガ
ス、酸素ガス等の反応性ガスのいずれかと不活性ガスと
の混合ガスを減圧雰囲気（760Torr以下）中で放電させ
ることにより生成したプラズマを上記薄片に照射するこ
とで原子構造中のダングリングボンドにプラズマ原子を
結合させる。その場合、粉砕した急冷凝固物質に対して
プラズマが有効に照射できるように、粉砕した急冷凝固
物質を撹拌すること及びさらに反応効率を向上させるた
めに粉砕した急冷凝固物質を結晶化温度以下で加熱し、
プラズマ照射するのが特に好ましい。
熱電変換素子材料の複数の原料を一緒に溶解した後、急
冷凝固させて薄片にし、ボールミル等適宜の粉砕装置を
用いて100μｍ以下に粉砕し、炭化水素系ガス、水素ガ
ス、酸素ガス等の反応性ガスのいずれかと不活性ガスと
の混合ガスを減圧雰囲気（760Torr以下）中で放電させ
ることにより生成したプラズマを上記薄片に照射するこ
とで原子構造中のダングリングボンドにプラズマ原子を
結合させる。その場合、粉砕した急冷凝固物質に対して
プラズマが有効に照射できるように、粉砕した急冷凝固
物質を撹拌すること及びさらに反応効率を向上させるた
めに粉砕した急冷凝固物質を結晶化温度以下で加熱し、
プラズマ照射するのが特に好ましい。
プラズマ照射後場合によってはこの粉砕物質に成型の
ためのバインダーを加え、加圧成型する。これを結晶化
温度以下で数時間熱処理を行い焼結を行う。
ためのバインダーを加え、加圧成型する。これを結晶化
温度以下で数時間熱処理を行い焼結を行う。
本発明によるプラズマ処理によって、従来の急冷凝固
法により生成される物質より原子構造中の結合の手が切
れた部分が減少し、電気伝導率αが向上するので性能指
数Ｚは向上し、高いエネルギー変換効率を有する化合物
熱電変換素子材料を製造することができる。
法により生成される物質より原子構造中の結合の手が切
れた部分が減少し、電気伝導率αが向上するので性能指
数Ｚは向上し、高いエネルギー変換効率を有する化合物
熱電変換素子材料を製造することができる。
本発明において、反応性ガスに不活性ガスを混合する
理由は、反応性ガス100％ではプラズマによる反応生成
物が過剰に生成してしまい、熱電変換素子材料の性能を
低下させてしまうので、反応を起こさない不活性ガスに
よって反応性ガスを希釈するのである。
理由は、反応性ガス100％ではプラズマによる反応生成
物が過剰に生成してしまい、熱電変換素子材料の性能を
低下させてしまうので、反応を起こさない不活性ガスに
よって反応性ガスを希釈するのである。
本発明でいう不活性ガスとはHe,Ne,Ar,Kr,Xe,Rnガス
なとをいゝ、これら以外のガス例えばCH4,O2,H2,N2等は
全て反応性ガスである。
なとをいゝ、これら以外のガス例えばCH4,O2,H2,N2等は
全て反応性ガスである。
以下、本発明の一実施例を第１図によって説明する。
第１図において、１は真空容器、２は該容器１内の圧力
を減圧するための真空ポンプ、３はプラズマ発生電源、
４はプラズマ流、５はランプヒータ、６は撹拌機、７は
原料台、８は原料、９はガス供給管、10はモータであ
る。
第１図において、１は真空容器、２は該容器１内の圧力
を減圧するための真空ポンプ、３はプラズマ発生電源、
４はプラズマ流、５はランプヒータ、６は撹拌機、７は
原料台、８は原料、９はガス供給管、10はモータであ
る。
FeSi2熱電変換素子材料を例におって説明すると、先
ずFeとSiを化学量論的に1:2になるように溶解を行い、
この溶融液を急冷してアモルファス状のFeSi2を得る。
このアモルファス状FeSi2をボールミルにより粒径が100
μｍ以下になるまで粉砕する。次にこの粉砕されたアモ
ルファス状FeSi2粉末は上記第１図の真空容器１内の原
料台７の上に原料８としておかれ、原料８はランプヒー
タ５で表面を加熱されながら撹拌棒６によって撹拌され
る。
ずFeとSiを化学量論的に1:2になるように溶解を行い、
この溶融液を急冷してアモルファス状のFeSi2を得る。
このアモルファス状FeSi2をボールミルにより粒径が100
μｍ以下になるまで粉砕する。次にこの粉砕されたアモ
ルファス状FeSi2粉末は上記第１図の真空容器１内の原
料台７の上に原料８としておかれ、原料８はランプヒー
タ５で表面を加熱されながら撹拌棒６によって撹拌され
る。
次に、真空ポンプ２により真空容器１内を10-6Torr以
下に減圧後、ガス供給管９より反応性ガス（CH4,O2,H2,
N2）20％、不活性ガス（Ar）80％の混合ガスを導入し、
真空容器１内を10-4Torr以上（こゝでは20Torr）にす
る。そこでプラズマ発生電源３により放電させプラズマ
流４を発生させる。予め粉砕されたアモルファス状FeSi
2粉末は撹拌機６により撹拌され、このプラズマ流４に
よって３時間以上照射される。この間ランプヒータ５に
よって該粉末の表面は結晶化温度以下の500℃まで加熱
される。
下に減圧後、ガス供給管９より反応性ガス（CH4,O2,H2,
N2）20％、不活性ガス（Ar）80％の混合ガスを導入し、
真空容器１内を10-4Torr以上（こゝでは20Torr）にす
る。そこでプラズマ発生電源３により放電させプラズマ
流４を発生させる。予め粉砕されたアモルファス状FeSi
2粉末は撹拌機６により撹拌され、このプラズマ流４に
よって３時間以上照射される。この間ランプヒータ５に
よって該粉末の表面は結晶化温度以下の500℃まで加熱
される。
このような処理により、第２図に示した原子構造中の
ダングリングボンドにCH4,O2,H2,N2などのプラズマ原子
が結合し、電気伝導率σが大きくなり、熱電変換指数Ｚ
が向上する。
ダングリングボンドにCH4,O2,H2,N2などのプラズマ原子
が結合し、電気伝導率σが大きくなり、熱電変換指数Ｚ
が向上する。
プラズマ照射後のFeSi2粉末には、必要に応じて１重
量％のポリビニルアルコールをバインダとして加え、1.
5トン/cm2で加圧成型する。成型体は真空炉で400℃、３
時間加熱してポリビニルアルコールを除いた後、結晶化
温度以下で焼成する。このようにすることによってFeSi
2熱電変換素子材料を得る。
量％のポリビニルアルコールをバインダとして加え、1.
5トン/cm2で加圧成型する。成型体は真空炉で400℃、３
時間加熱してポリビニルアルコールを除いた後、結晶化
温度以下で焼成する。このようにすることによってFeSi
2熱電変換素子材料を得る。
プラズマ処理を行った場合の300Kにおける電気伝導度
を表１に示す。（反応性ガスとして、CH4,O2,H2,N2のい
ずれか10％と不活性ガスとしてAr90％の混合ガスを用い
た場合） このように本発明によりアモルファス中のダングリン
グボンドの数は減少し、電気伝導度はプラズマ無処理の
ものに比べ明らかに増加し、熱電変換性能は増大し、エ
ネルギー変換効率の高い化合物変換物質を製造すること
が可能になる。
を表１に示す。（反応性ガスとして、CH4,O2,H2,N2のい
ずれか10％と不活性ガスとしてAr90％の混合ガスを用い
た場合） このように本発明によりアモルファス中のダングリン
グボンドの数は減少し、電気伝導度はプラズマ無処理の
ものに比べ明らかに増加し、熱電変換性能は増大し、エ
ネルギー変換効率の高い化合物変換物質を製造すること
が可能になる。
本発明によりエネルギー変換効率の高い熱電変換素子
材料が製造できる。
材料が製造できる。
第１図は本発明の一実施例を実施するに適した装置の概
略図、第２図は急冷凝固法による原子構造の模式図であ
る。
略図、第２図は急冷凝固法による原子構造の模式図であ
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭64−37456（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−2379（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−248678（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】熱電変換素子材料の原料を溶解した後、急
冷凝固し、更に該急冷凝固物を粉砕した後、減圧雰囲気
中で該粉末に、反応性ガスと不活性ガスとの混合ガスを
放電させることによって発生するプラズマを照射し、該
プラズマ照射粉末を加圧成形した後、該加圧成形物の結
晶化温度以下で熱処理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 |
|---|---|---|---|
| JP2157457A JP2721737B2 (ja) | 1990-06-18 | 1990-06-18 | 熱電変換素子材料の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2157457A JP2721737B2 (ja) | 1990-06-18 | 1990-06-18 | 熱電変換素子材料の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0453174A JPH0453174A (ja) | 1992-02-20 |
| JP2721737B2 true JP2721737B2 (ja) | 1998-03-04 |
Family
ID=15650082
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2157457A Expired - Fee Related JP2721737B2 (ja) | 1990-06-18 | 1990-06-18 | 熱電変換素子材料の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2721737B2 (ja) |
-
1990
- 1990-06-18 JP JP2157457A patent/JP2721737B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0453174A (ja) | 1992-02-20 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |