JP3002378B2 - 高特性熱電変換素子用材料の製造方法 - Google Patents
高特性熱電変換素子用材料の製造方法Info
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- Powder Metallurgy (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は高効率熱電変換素子用材
料の製造方法に関する。
料の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】熱電変換材料は熱エネルギーを電気エネ
ルギーに直接変換することができる材料として一般によ
く知られている。中でも鉄シリサイド合金は高温条件に
おいても使用できる材料として注目されている。
ルギーに直接変換することができる材料として一般によ
く知られている。中でも鉄シリサイド合金は高温条件に
おいても使用できる材料として注目されている。
【０００３】通常の鋳造法によって製造された鉄シリサ
イド合金はゼーベック係数で示される熱起電力が400 μ
V/K以下であり、実用化には不十分である。これは合金
の内部偏析による熱起電力の低下が原因であると考えら
れている。従って、熱電変換材料を実用化するために
は、熱起電力をさらに高めることが望まれる。
イド合金はゼーベック係数で示される熱起電力が400 μ
V/K以下であり、実用化には不十分である。これは合金
の内部偏析による熱起電力の低下が原因であると考えら
れている。従って、熱電変換材料を実用化するために
は、熱起電力をさらに高めることが望まれる。
【０００４】そこで、熱電変換効率を向上させるため、
様々な試みがなされている。例えば、プラズマ処理によ
って酸素を均一に添加することを特徴とする熱電変換材
料の製造方法はこれら特性面での欠点を解決し、非常に
大きな熱起電力を有する熱電変換材料の製造に成功して
いる。しかし、この方法は処理能力が小さく、また、プ
ラズマ処理に高エネルギーが必要でコストが高い等の問
題を持っており、必ずしも実用的な製造方法であるとは
いえない。
様々な試みがなされている。例えば、プラズマ処理によ
って酸素を均一に添加することを特徴とする熱電変換材
料の製造方法はこれら特性面での欠点を解決し、非常に
大きな熱起電力を有する熱電変換材料の製造に成功して
いる。しかし、この方法は処理能力が小さく、また、プ
ラズマ処理に高エネルギーが必要でコストが高い等の問
題を持っており、必ずしも実用的な製造方法であるとは
いえない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明の解決しようと
する課題は、熱起電力の増大および熱伝導率の低減によ
って高い熱電特性を有する熱電変換材料を製造するにあ
たり、より簡単でより実用的な製造方法を提供すること
である。
する課題は、熱起電力の増大および熱伝導率の低減によ
って高い熱電特性を有する熱電変換材料を製造するにあ
たり、より簡単でより実用的な製造方法を提供すること
である。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めの手段は、FeSi2 系鉄シリサイド合金粉末を１５％以
上の酸素含有雰囲気中で920K以上1500K 以下の温度に加
熱保持することにより酸素を添加することを特徴とする
高特性熱電変換素子用粉末の製造方法である。
めの手段は、FeSi2 系鉄シリサイド合金粉末を１５％以
上の酸素含有雰囲気中で920K以上1500K 以下の温度に加
熱保持することにより酸素を添加することを特徴とする
高特性熱電変換素子用粉末の製造方法である。
【０００７】また、上記方法において、FeSi2 系鉄シリ
サイド合金粉末としては急冷凝固法により製造したもの
を使用することを特徴とする上記高特性熱電変換素子用
粉末の製造方法である。
サイド合金粉末としては急冷凝固法により製造したもの
を使用することを特徴とする上記高特性熱電変換素子用
粉末の製造方法である。
【０００８】さらに、これらの方法による上記高特性熱
電変換素子用粉末を固化成形し、870K以上1250K 以下の
温度で加熱保持することを特徴とする高い熱起電力を有
する熱電変換素子用材料の製造方法である。
電変換素子用粉末を固化成形し、870K以上1250K 以下の
温度で加熱保持することを特徴とする高い熱起電力を有
する熱電変換素子用材料の製造方法である。
【０００９】
【作用】すなわち、本発明においては、液体急冷法によ
って得た薄帯又は線を粉砕して得たあるいはアトマイズ
法等の急冷凝固法によって直接得た、結晶粒が細かく非
常に内部偏析の少ないFeSi2 系鉄シリサイド合金の粉末
に１５％以上の酸素含有雰囲気中で920K以上1500K 以下
の温度で加熱保持することによって酸素を添加する。
って得た薄帯又は線を粉砕して得たあるいはアトマイズ
法等の急冷凝固法によって直接得た、結晶粒が細かく非
常に内部偏析の少ないFeSi2 系鉄シリサイド合金の粉末
に１５％以上の酸素含有雰囲気中で920K以上1500K 以下
の温度で加熱保持することによって酸素を添加する。
【００１０】このように加熱温度を限定した理由は、92
0K未満の温度では酸素の拡散が進行せず、酸素添加が困
難であり、また、1500K 以上の温度では粉末の溶解また
は焼結による表面積の減少によって十分に酸素を添加で
きないからである。
0K未満の温度では酸素の拡散が進行せず、酸素添加が困
難であり、また、1500K 以上の温度では粉末の溶解また
は焼結による表面積の減少によって十分に酸素を添加で
きないからである。
【００１１】次に上記の酸素を添加した粉末を固化成形
し、870K以上1250Ｋ以下の温度で加熱保持することによ
って主として半導体相（β相）よりなる高性能熱電変換
素子用材料を得ることができる。このように金属相より
なるFeSi2 系鉄シリサイド合金から半導体相を得るため
には、1250K 以下の温度での加熱保持が必要であるが、
870K未満の温度では半導体相を得るために長時間の加熱
保持が必要になり非現実的である。この際、加熱保熱後
の素子中に含まれる半導体相の割合が高い程好ましく、
全てが半導体相に成るのが理想的である。
し、870K以上1250Ｋ以下の温度で加熱保持することによ
って主として半導体相（β相）よりなる高性能熱電変換
素子用材料を得ることができる。このように金属相より
なるFeSi2 系鉄シリサイド合金から半導体相を得るため
には、1250K 以下の温度での加熱保持が必要であるが、
870K未満の温度では半導体相を得るために長時間の加熱
保持が必要になり非現実的である。この際、加熱保熱後
の素子中に含まれる半導体相の割合が高い程好ましく、
全てが半導体相に成るのが理想的である。
【００１２】酸素中での加熱保持に用いる金属粉末の粒
径に制限は無いが、より細かい方が酸素が合金内に進入
し易く、より短時間で酸素の効果を得ることができる。
また固化成形後の素子においてもドーパントの偏析が少
なくなる。雰囲気中の酸素濃度についても特に制限はな
いが、大気中の酸素濃度で効果があるので、これ以下に
するのは非実用的である。また酸素濃度が大きいほどよ
り短時間で効果を得ることができる。
径に制限は無いが、より細かい方が酸素が合金内に進入
し易く、より短時間で酸素の効果を得ることができる。
また固化成形後の素子においてもドーパントの偏析が少
なくなる。雰囲気中の酸素濃度についても特に制限はな
いが、大気中の酸素濃度で効果があるので、これ以下に
するのは非実用的である。また酸素濃度が大きいほどよ
り短時間で効果を得ることができる。
【００１３】本発明に関する熱電素子の製造方法におい
ては急冷凝固法を用いて製造した粉末を加熱保持して酸
素を添加する工程と得られた粉末を焼結し、さらに加熱
保持する工程を有する。
ては急冷凝固法を用いて製造した粉末を加熱保持して酸
素を添加する工程と得られた粉末を焼結し、さらに加熱
保持する工程を有する。
【００１４】
実施例１．単ロール式液体急冷凝固装置を用い、FeSi
2.0 の急冷薄帯を製造する。製造した急冷薄帯は厚さ約
３０μm、幅約２mm、脆いので長さは数１０mmで切れて
いる。これの約５０ｇを乳鉢によって平均粒径１００μ
mになるまで粉砕し、表１の条件下で酸素中加熱保持し
た。得られた粉末を表２の条件でホットプレスし、焼結
体を得た。
2.0 の急冷薄帯を製造する。製造した急冷薄帯は厚さ約
３０μm、幅約２mm、脆いので長さは数１０mmで切れて
いる。これの約５０ｇを乳鉢によって平均粒径１００μ
mになるまで粉砕し、表１の条件下で酸素中加熱保持し
た。得られた粉末を表２の条件でホットプレスし、焼結
体を得た。
【００１５】
【表１】
【００１６】
【表２】
【００１７】得られた焼結体から試験片を切りだし、１
１１３Ｋで５０時間加熱保持した後、３４３Ｋにおいて
熱起電力（ゼーベック係数）を測定した。その結果、５
００μV/Kという非常に大きな熱起電力を示した。
１１３Ｋで５０時間加熱保持した後、３４３Ｋにおいて
熱起電力（ゼーベック係数）を測定した。その結果、５
００μV/Kという非常に大きな熱起電力を示した。
【００１８】実施例２．実施例１と同様の条件で調製し
た粉末を表３の条件下で大気中で加熱保持した。処理し
た粉末を実施例１と同様の条件（表２）でホットプレス
し、焼結体を得た。
た粉末を表３の条件下で大気中で加熱保持した。処理し
た粉末を実施例１と同様の条件（表２）でホットプレス
し、焼結体を得た。
【００１９】得られた焼結体から試験片を切りだし、１
１１３Ｋで５０時間加熱保持した後、３４３Ｋにおいて
熱起電力（ゼーベック係数）を測定した。その結果、５
１０μV/Kという非常に大きな熱起電力を示した。
１１３Ｋで５０時間加熱保持した後、３４３Ｋにおいて
熱起電力（ゼーベック係数）を測定した。その結果、５
１０μV/Kという非常に大きな熱起電力を示した。
【００２０】
【表３】
【００２１】実施例３．実施例１と同組成の材料をガス
アトマイズ法によって粉末化し、分級して粒径１０〜４
０μmの粉末を得た。この粉末を表１の条件下で酸素中
熱処理した。さらに、処理した粉末を実施例１と同等の
表２に示す条件でホットプレスし、焼結体を得た。
アトマイズ法によって粉末化し、分級して粒径１０〜４
０μmの粉末を得た。この粉末を表１の条件下で酸素中
熱処理した。さらに、処理した粉末を実施例１と同等の
表２に示す条件でホットプレスし、焼結体を得た。
【００２２】得られた焼結体から試験片を切りだし、１
１１３Ｋで５０時間加熱保持した後、３４３Ｋにおいて
熱起電力（ゼーベック係数）を測定した。その結果、５
３０μV/Kという非常に大きな熱起電力を示した。
１１３Ｋで５０時間加熱保持した後、３４３Ｋにおいて
熱起電力（ゼーベック係数）を測定した。その結果、５
３０μV/Kという非常に大きな熱起電力を示した。
【００２３】実施例４．実施例１と同様の条件で調整し
た粉末を表４の条件下で加熱保持した。処理した粉末を
実施例１と同様の表２に示す条件ででホットプレスし、
焼結体を得た。
た粉末を表４の条件下で加熱保持した。処理した粉末を
実施例１と同様の表２に示す条件ででホットプレスし、
焼結体を得た。
【００２４】
【表４】
【００２５】得られた焼結体から試験片を切り出し、１
１１３Ｋで５０時間加熱保持した後、３４３Ｋにおいて
熱起電力（ゼーベック係数）を測定した。その結果、５
３０μV/Kという非常に大きな熱起電力を示した。
１１３Ｋで５０時間加熱保持した後、３４３Ｋにおいて
熱起電力（ゼーベック係数）を測定した。その結果、５
３０μV/Kという非常に大きな熱起電力を示した。
【００２６】
【発明の効果】本発明によれば、急冷凝固法によって製
造した薄帯や線を粉砕して得た、又はアトマイズ法によ
り直接得た、内部偏析に少ない粉末を酸素含有雰囲気中
で加熱保持することにより、従来のプラズマ処理によっ
て酸素を添加する方法に比して、処理能力が格段に大き
く、かつはるかに少ないエネルギーで合金粉末中に酸素
を均一に添加できる。その結果、この粉末を固化成形
し、さらに加熱保持することによって、内部偏析による
熱起電力の低下のない非常に大きな熱起電力を有する熱
電変換素子用材料が得られる。
造した薄帯や線を粉砕して得た、又はアトマイズ法によ
り直接得た、内部偏析に少ない粉末を酸素含有雰囲気中
で加熱保持することにより、従来のプラズマ処理によっ
て酸素を添加する方法に比して、処理能力が格段に大き
く、かつはるかに少ないエネルギーで合金粉末中に酸素
を均一に添加できる。その結果、この粉末を固化成形
し、さらに加熱保持することによって、内部偏析による
熱起電力の低下のない非常に大きな熱起電力を有する熱
電変換素子用材料が得られる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田中 義和 兵庫県姫路市飾磨区中島字一文字3007番 地 山陽特殊製鋼株式会社内 (72)発明者 高木 俊宜 大阪府枚方市大字津田4547番地の15 株 式会社イオン工学研究所内 (56)参考文献 特開 平６−81076（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−216401（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B22F 1/00 - 9/08 H01L 35/14
Claims (2)
- 【請求項１】 急冷凝固法により製造したＦｅＳｉ2系
鉄シリサイド合金粉末を１５％以上の酸素含有雰囲気中
で９２０Ｋ以上１５００Ｋ以下の温度で加熱保持するこ
とにより酸素添加することを特徴とする高特性熱電変換
素子用粉末材料の製造方法。 - 【請求項２】 請求項１に記載の方法により製造した高
特性熱電変換素子用粉末材料を固化成形し、さらに８７
０Ｋ以上１２５０Ｋ以下の温度で加熱保持することを特
徴とする高特性熱電変換素子用材料の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6060359A JP3002378B2 (ja) | 1994-03-04 | 1994-03-04 | 高特性熱電変換素子用材料の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6060359A JP3002378B2 (ja) | 1994-03-04 | 1994-03-04 | 高特性熱電変換素子用材料の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07242901A JPH07242901A (ja) | 1995-09-19 |
| JP3002378B2 true JP3002378B2 (ja) | 2000-01-24 |
Family
ID=13139882
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6060359A Expired - Fee Related JP3002378B2 (ja) | 1994-03-04 | 1994-03-04 | 高特性熱電変換素子用材料の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3002378B2 (ja) |
-
1994
- 1994-03-04 JP JP6060359A patent/JP3002378B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07242901A (ja) | 1995-09-19 |
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