JP3474744B2 - 熱電素子及びその製造方法 - Google Patents
熱電素子及びその製造方法Info
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- JP3474744B2 JP3474744B2 JP29640297A JP29640297A JP3474744B2 JP 3474744 B2 JP3474744 B2 JP 3474744B2 JP 29640297 A JP29640297 A JP 29640297A JP 29640297 A JP29640297 A JP 29640297A JP 3474744 B2 JP3474744 B2 JP 3474744B2
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、熱電モジュールを
構成する熱電素子及びその製造方法に関する。
構成する熱電素子及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】熱電モジュールは、ｐ型熱電素子とｎ型
熱電素子が電極板を介して電気的に直列接続となるよう
に接合されたもので、ｐｎ素子対の接合部間に温度差を
与えると電位差が発生し、また接合部間に電流を流す
と、その電流の向きにより吸熱又は発熱する性質を有す
る。前者の性質はゼーベック効果と呼ばれ、例えばごみ
焼却炉の廃熱による発電の如き熱電発電用に利用されて
おり、後者の性質はペルチェ効果と呼ばれ、例えば半導
体製造プロセスにおける恒温装置、エレクトロニクスデ
バイスの冷却等の熱電冷却に幅広く利用されている。
熱電素子が電極板を介して電気的に直列接続となるよう
に接合されたもので、ｐｎ素子対の接合部間に温度差を
与えると電位差が発生し、また接合部間に電流を流す
と、その電流の向きにより吸熱又は発熱する性質を有す
る。前者の性質はゼーベック効果と呼ばれ、例えばごみ
焼却炉の廃熱による発電の如き熱電発電用に利用されて
おり、後者の性質はペルチェ効果と呼ばれ、例えば半導
体製造プロセスにおける恒温装置、エレクトロニクスデ
バイスの冷却等の熱電冷却に幅広く利用されている。
【０００３】この熱電モジュールの製造工程の簡素化を
図るために、出願人は、予め熱電材料と電極とを一体化
させた熱電素子を以前に提案した（特願平８−６２４２
６）。この電極一体型熱電素子は、ホットプレス装置の
金型の中で、電極板、熱電材料粉末、電極板を順に積層
した後、熱電材料粉末を積層方向に加圧焼結することに
より製造することができる。
図るために、出願人は、予め熱電材料と電極とを一体化
させた熱電素子を以前に提案した（特願平８−６２４２
６）。この電極一体型熱電素子は、ホットプレス装置の
金型の中で、電極板、熱電材料粉末、電極板を順に積層
した後、熱電材料粉末を積層方向に加圧焼結することに
より製造することができる。
【０００４】ところで、Ｔｅを含有する熱電材料と、Ｃ
ｕからなる電極板をホットプレス装置を用いて一体化さ
せる場合、ＣｕとＴｅは親密性が非常に強いことから、
加熱中に、熱電材料のＴｅと電極板のＣｕとが相互に拡
散して共晶を形成することがわかった。熱電材料中の構
成成分と他の材質との間で相互拡散が行われると、得ら
れた熱電素子の純度が低下し、性能に悪影響を及ぼす。
また、Ｂｉを含有するＢｉ−Ｔｅ系熱電材料を用いた場
合、ＴｅとＣｕの相互拡散により共晶が形成される結
果、Ｂｉが遊離してしまう。このＢｉは、他の熱電材料
の構成成分と比べて融点が低いため、遊離したＢｉはホ
ットプレス温度に達する前に溶解して金型の隙間から吹
き出すことがあった。金型の隙間から吹き出したＢｉ
は、パンチ棒に接触すると直ちに冷えて固まってしまう
ため、プレス終了後にパンチ棒が抜け難くなる等、作業
上の不都合がある。
ｕからなる電極板をホットプレス装置を用いて一体化さ
せる場合、ＣｕとＴｅは親密性が非常に強いことから、
加熱中に、熱電材料のＴｅと電極板のＣｕとが相互に拡
散して共晶を形成することがわかった。熱電材料中の構
成成分と他の材質との間で相互拡散が行われると、得ら
れた熱電素子の純度が低下し、性能に悪影響を及ぼす。
また、Ｂｉを含有するＢｉ−Ｔｅ系熱電材料を用いた場
合、ＴｅとＣｕの相互拡散により共晶が形成される結
果、Ｂｉが遊離してしまう。このＢｉは、他の熱電材料
の構成成分と比べて融点が低いため、遊離したＢｉはホ
ットプレス温度に達する前に溶解して金型の隙間から吹
き出すことがあった。金型の隙間から吹き出したＢｉ
は、パンチ棒に接触すると直ちに冷えて固まってしまう
ため、プレス終了後にパンチ棒が抜け難くなる等、作業
上の不都合がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、Ｃｕ
から形成された一対の電極板の間に、少なくともＴｅを
含有する熱電材料が接合された熱電素子に関して、ホッ
トプレス工程中に、電極板に含まれるＣｕと熱電材料に
含まれるＴｅとが相互拡散しないようにすることであ
る。
から形成された一対の電極板の間に、少なくともＴｅを
含有する熱電材料が接合された熱電素子に関して、ホッ
トプレス工程中に、電極板に含まれるＣｕと熱電材料に
含まれるＴｅとが相互拡散しないようにすることであ
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、Ｃｕから形成された一対の電極板と、少
なくともＴｅを含有する熱電材料との間に、ＣｕとＴｅ
との相互拡散を防止するためのバリア層として、Ａｇか
らなる層を形成した熱電素子を提供するものである。本
発明はまた、前記構成の熱電素子を作製するために、金
型の中で、電極板、熱電材料、電極板を順に積層した
後、ホットプレス装置の中で積層方向に加圧焼結して、
電極板と熱電材料とを一体接合する方法において、電極
板を金型の中で積層する前に、電極板の表面にＡｇメッ
キ層を施す工程を含んでおり、電極板と熱電材料との接
合時に、Ａｇメッキ層を電極板のＣｕ成分と熱電材料の
Ｔｅ成分との相互拡散を防ぐバリア層として作用させる
ようにしたものである。
に、本発明は、Ｃｕから形成された一対の電極板と、少
なくともＴｅを含有する熱電材料との間に、ＣｕとＴｅ
との相互拡散を防止するためのバリア層として、Ａｇか
らなる層を形成した熱電素子を提供するものである。本
発明はまた、前記構成の熱電素子を作製するために、金
型の中で、電極板、熱電材料、電極板を順に積層した
後、ホットプレス装置の中で積層方向に加圧焼結して、
電極板と熱電材料とを一体接合する方法において、電極
板を金型の中で積層する前に、電極板の表面にＡｇメッ
キ層を施す工程を含んでおり、電極板と熱電材料との接
合時に、Ａｇメッキ層を電極板のＣｕ成分と熱電材料の
Ｔｅ成分との相互拡散を防ぐバリア層として作用させる
ようにしたものである。
【０００７】
【作用】Ｃｕから形成された電極板と、Ｔｅを含有する
熱電材料との間に、Ａｇ層を設けたことにより、Ａｇ層
がバリアとなって、ＣｕとＴｅの相互拡散は効果的に防
止される。
熱電材料との間に、Ａｇ層を設けたことにより、Ａｇ層
がバリアとなって、ＣｕとＴｅの相互拡散は効果的に防
止される。
【０００８】
【発明の効果】Ａｇからなるバリア層の存在により、熱
電材料中のＴｅと、電極板のＣｕとの間で相互拡散が防
止される結果、熱電材料の純度が確保される。ＴｅとＣ
ｕの相互拡散が防止される結果、Ｂｉを含有するＢｉ−
Ｔｅ系熱電材料を用いた場合でも、熱電材料中の低融点
のＢｉが遊離することはないので、Ｂｉがホットプレス
温度に達する前に溶解して金型の隙間から吹き出すこと
もない。
電材料中のＴｅと、電極板のＣｕとの間で相互拡散が防
止される結果、熱電材料の純度が確保される。ＴｅとＣ
ｕの相互拡散が防止される結果、Ｂｉを含有するＢｉ−
Ｔｅ系熱電材料を用いた場合でも、熱電材料中の低融点
のＢｉが遊離することはないので、Ｂｉがホットプレス
温度に達する前に溶解して金型の隙間から吹き出すこと
もない。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照しながら説明する。図１に、本発明の電
極一体型熱電素子(10)を示しており、該熱電素子は、熱
電材料(16)と一対の電極板(18)(18)の間に、バリア層(1
7)(17)が配備されている。熱電材料(16)は、少なくとも
Ｔｅを含有する熱電材料から形成されており、例えば、
Ｂｉ−Ｔｅの２元合金、Ｂｉ−Ｔｅ−Ｓｂの３元合金な
どを挙げることができる。電極板(18)はＣｕから形成さ
れる。バリア層(17)はＡｇから形成される。この層は、
通常はＡｇメッキによって形成され、厚さは約３〜２０
μｍが適当であり、約５〜１０μｍが望ましい。
て、図面を参照しながら説明する。図１に、本発明の電
極一体型熱電素子(10)を示しており、該熱電素子は、熱
電材料(16)と一対の電極板(18)(18)の間に、バリア層(1
7)(17)が配備されている。熱電材料(16)は、少なくとも
Ｔｅを含有する熱電材料から形成されており、例えば、
Ｂｉ−Ｔｅの２元合金、Ｂｉ−Ｔｅ−Ｓｂの３元合金な
どを挙げることができる。電極板(18)はＣｕから形成さ
れる。バリア層(17)はＡｇから形成される。この層は、
通常はＡｇメッキによって形成され、厚さは約３〜２０
μｍが適当であり、約５〜１０μｍが望ましい。
【００１０】なお、熱電材料(16)とバリア層(17)の間に
は、図２に示されるように、必要に応じて、バリア層を
保護しまた熱電素子特性の劣化を防止するためのＮｉメ
ッキ層(19)を介在させることもできる。Ｎｉメッキ層(1
5)の厚さは約１０〜５０μｍが適当であり、約２０〜４
０μｍが望ましい。
は、図２に示されるように、必要に応じて、バリア層を
保護しまた熱電素子特性の劣化を防止するためのＮｉメ
ッキ層(19)を介在させることもできる。Ｎｉメッキ層(1
5)の厚さは約１０〜５０μｍが適当であり、約２０〜４
０μｍが望ましい。
【００１１】次に、本発明の熱電素子の作製方法を説明
する。図３を参照すると、真空、窒素ガス又は不活性ガ
ス雰囲気のグローブチャンバー(11)の中に、金型(12)が
入れられる。金型(12)は、断面四角形の形状のものを使
用すれば、熱電素子の形成後、より小さな四角形状に切
断する際、無駄になる部分が少なくなり有利である。金
型(12)の中に、電極板(18)を配置し、その上に熱電材料
粉末(16)を詰め込んだ後、電極板(18)を載せる。さら
に、上側の電極板(18)の上にはプレート部材(20)を載置
する。
する。図３を参照すると、真空、窒素ガス又は不活性ガ
ス雰囲気のグローブチャンバー(11)の中に、金型(12)が
入れられる。金型(12)は、断面四角形の形状のものを使
用すれば、熱電素子の形成後、より小さな四角形状に切
断する際、無駄になる部分が少なくなり有利である。金
型(12)の中に、電極板(18)を配置し、その上に熱電材料
粉末(16)を詰め込んだ後、電極板(18)を載せる。さら
に、上側の電極板(18)の上にはプレート部材(20)を載置
する。
【００１２】電極板(18)はＣｕから形成され、表面に予
めＡｇメッキが施してある。なお、Ａｇメッキは、電極
板(18)の表面全体に施すことが望ましい。Ａｇメッキ層
の表面には、Ｎｉメッキをさらに施すこともできる。Ｎ
ｉメッキを施す場合にも、Ａｇ層の表面全体に施すこと
が望ましい。
めＡｇメッキが施してある。なお、Ａｇメッキは、電極
板(18)の表面全体に施すことが望ましい。Ａｇメッキ層
の表面には、Ｎｉメッキをさらに施すこともできる。Ｎ
ｉメッキを施す場合にも、Ａｇ層の表面全体に施すこと
が望ましい。
【００１３】プレート部材(20)は、後の加熱工程と加圧
焼結工程を大気中で行なう場合、空気が熱電材料(16)の
粉末内に進入するのを防止するために配備されるもので
ある。プレート部材(20)は、外径が金型(12)の内側形状
に略対応する寸法に形成されており、金型(12)の内径に
は、潤滑性にすぐれる離型剤(例えば、ＢＮ)が塗布され
ているので、プレート部材(20)は金型(12)の内部を摺動
可能である。
焼結工程を大気中で行なう場合、空気が熱電材料(16)の
粉末内に進入するのを防止するために配備されるもので
ある。プレート部材(20)は、外径が金型(12)の内側形状
に略対応する寸法に形成されており、金型(12)の内径に
は、潤滑性にすぐれる離型剤(例えば、ＢＮ)が塗布され
ているので、プレート部材(20)は金型(12)の内部を摺動
可能である。
【００１４】プレート部材(20)が載置された金型(12)
を、真空、窒素ガス又は不活性ガス雰囲気から大気中に
取り出し、加熱チャンバーの中で３００〜５５０℃の温
度に加熱する。加熱時間は、約１時間程度が適当であ
る。加熱温度は、熱電材料の組成に応じて適宜設定され
る。
を、真空、窒素ガス又は不活性ガス雰囲気から大気中に
取り出し、加熱チャンバーの中で３００〜５５０℃の温
度に加熱する。加熱時間は、約１時間程度が適当であ
る。加熱温度は、熱電材料の組成に応じて適宜設定され
る。
【００１５】加熱完了後、金型ごと、プレス装置の作業
ステーションまで速やかに移動させて、図４に示すよう
に、パンチ(22)を挿入しプレート部材(20)の上から押圧
する。これにより、熱電材料粉末(16)は焼結されると同
時に、上下の電極板(18)(18)と密着する。プレスは、大
気雰囲気下にて圧力１０００kgf/cm2以上の条件で行な
い、プレス時間は約１０分以内が適当である。なお、圧
力は２０００kgf/cm2以上、プレス時間は３分程度がよ
り望ましい。
ステーションまで速やかに移動させて、図４に示すよう
に、パンチ(22)を挿入しプレート部材(20)の上から押圧
する。これにより、熱電材料粉末(16)は焼結されると同
時に、上下の電極板(18)(18)と密着する。プレスは、大
気雰囲気下にて圧力１０００kgf/cm2以上の条件で行な
い、プレス時間は約１０分以内が適当である。なお、圧
力は２０００kgf/cm2以上、プレス時間は３分程度がよ
り望ましい。
【００１６】プレート部材(20)を用いることにより、熱
電材料への酸素の進入は実質的に遮断されるため、全工
程を真空又は不活性ガス雰囲気下で行なった場合と同様
の熱電性能が得られる。
電材料への酸素の進入は実質的に遮断されるため、全工
程を真空又は不活性ガス雰囲気下で行なった場合と同様
の熱電性能が得られる。
【００１７】なお、図５に示す如く、電極板(18)、熱電
材料粉末(16)、電極板(18)を順に積層する工程を複数回
行なうことにより、熱電材料粉末(16)の層を複数形成
し、一回のプレス工程により、一挙に複数の電極一体型
熱電素子を作製することもできる。電極板と電極板の間
には、離型剤を塗布しておくと、加圧焼結後の分離を容
易に行なえる。また、図６に示す如く、電極板(18)、熱
電材料粉末(16)、厚肉の電極板(19)を順に積層した後、
さらに熱電材料粉末(16)と厚肉電極板(19)を積層する工
程を少なくとも１回行なうことによっても、同じ様に複
数の熱電素子を作製できる。なお、最上段の電極板(18)
は最下段の電極板(18)と同じ厚さでよい。この実施例で
は、図７に示す如く、焼結後、熱電材料(16)と熱電材料
(16)の間にある電極板を切断(図中、切断位置を一点鎖
線で示す)する必要がある。
材料粉末(16)、電極板(18)を順に積層する工程を複数回
行なうことにより、熱電材料粉末(16)の層を複数形成
し、一回のプレス工程により、一挙に複数の電極一体型
熱電素子を作製することもできる。電極板と電極板の間
には、離型剤を塗布しておくと、加圧焼結後の分離を容
易に行なえる。また、図６に示す如く、電極板(18)、熱
電材料粉末(16)、厚肉の電極板(19)を順に積層した後、
さらに熱電材料粉末(16)と厚肉電極板(19)を積層する工
程を少なくとも１回行なうことによっても、同じ様に複
数の熱電素子を作製できる。なお、最上段の電極板(18)
は最下段の電極板(18)と同じ厚さでよい。この実施例で
は、図７に示す如く、焼結後、熱電材料(16)と熱電材料
(16)の間にある電極板を切断(図中、切断位置を一点鎖
線で示す)する必要がある。
【００１８】電極板(18)には、図８及び図９に示す如
く、熱電部材(16)と接合する面に予め溝(24)及び／又は
貫通孔(25)を形成することが望ましい。これは、熱電材
料粉末(16)が溝(24)又は貫通孔(25)に充満した状態で加
圧焼結されると、電極板と熱電材料との接触面積が大き
くなって密着状態が向上し、特に電極板の板面方向の密
着強度を高めることができるからである。電極板(18)の
溝(24)は、板面を縦横に延びて交叉するように形成する
ことが望ましく、溝の形状は、例えばＶ字状、矩形、台
形とすることができる。電極板(18)の貫通孔(25)は、最
終的に切断される素子に少なくとも１個ずつ形成するこ
とが望ましく、その孔形状を、例えば、ｐ型熱電材料の
電極は円形、ｎ型熱電材料の電極は四角形のように決め
ておけば、素子の形成後、所定サイズに切断した際に、
ｐ型とｎ型を混同することはない。
く、熱電部材(16)と接合する面に予め溝(24)及び／又は
貫通孔(25)を形成することが望ましい。これは、熱電材
料粉末(16)が溝(24)又は貫通孔(25)に充満した状態で加
圧焼結されると、電極板と熱電材料との接触面積が大き
くなって密着状態が向上し、特に電極板の板面方向の密
着強度を高めることができるからである。電極板(18)の
溝(24)は、板面を縦横に延びて交叉するように形成する
ことが望ましく、溝の形状は、例えばＶ字状、矩形、台
形とすることができる。電極板(18)の貫通孔(25)は、最
終的に切断される素子に少なくとも１個ずつ形成するこ
とが望ましく、その孔形状を、例えば、ｐ型熱電材料の
電極は円形、ｎ型熱電材料の電極は四角形のように決め
ておけば、素子の形成後、所定サイズに切断した際に、
ｐ型とｎ型を混同することはない。
【００１９】次に、Ａｇメッキ層を設けた発明例と、Ａ
ｇメッキ層を設けない比較例を比べることにより、Ａｇ
メッキ層のバリア効果を具体的に明らかにする。発明例 電極板は、４９mm×４９mm×３mmの銅板の片面に約０.
３〜０.４mmの溝が等間隔で縦横に開設されたものを使
用した。電極板は、その表面全体に、厚さ約５μｍのＡ
ｇメッキ層を施した。Ａｇメッキ層の表面全体に、厚さ
約３０μｍのＮｉメッキ層をさらに施した。組成が(Ｂ
ｉ2Ｔｅ3)0.85(Ｂｉ2Ｓｅ3)0.15となるように調製され
たＢｉ−Ｔｅ−Ｓｅの３元合金の熱電材料の粉末を準備
し、Ｎ2雰囲気下のボールミルの中で１６時間、粉砕し
ながら混合した。金型の中に、電極板、熱電材料粉末、
電極板を順に積層し、更にプレート部材を載せた後、５
００℃の温度で１時間加熱した後、プレス機で、圧力２
ton/cm2、３分間の条件で加圧焼結し、大気中で急冷し
て、熱電素子を作製した。
ｇメッキ層を設けない比較例を比べることにより、Ａｇ
メッキ層のバリア効果を具体的に明らかにする。発明例 電極板は、４９mm×４９mm×３mmの銅板の片面に約０.
３〜０.４mmの溝が等間隔で縦横に開設されたものを使
用した。電極板は、その表面全体に、厚さ約５μｍのＡ
ｇメッキ層を施した。Ａｇメッキ層の表面全体に、厚さ
約３０μｍのＮｉメッキ層をさらに施した。組成が(Ｂ
ｉ2Ｔｅ3)0.85(Ｂｉ2Ｓｅ3)0.15となるように調製され
たＢｉ−Ｔｅ−Ｓｅの３元合金の熱電材料の粉末を準備
し、Ｎ2雰囲気下のボールミルの中で１６時間、粉砕し
ながら混合した。金型の中に、電極板、熱電材料粉末、
電極板を順に積層し、更にプレート部材を載せた後、５
００℃の温度で１時間加熱した後、プレス機で、圧力２
ton/cm2、３分間の条件で加圧焼結し、大気中で急冷し
て、熱電素子を作製した。
【００２０】作製された熱電素子の電極板と熱電部材と
の接合部近傍の顕微鏡写真(１００倍)を図１０に示す。
図１０中、(18)は電極板、(17)はＡｇメッキ層、(15)は
Ｎｉメッキ層、(16)は焼結された熱電材料、(30)はＮｉ
メッキ層(15)と熱電材料(16)が反応して形成された反応
層である。
の接合部近傍の顕微鏡写真(１００倍)を図１０に示す。
図１０中、(18)は電極板、(17)はＡｇメッキ層、(15)は
Ｎｉメッキ層、(16)は焼結された熱電材料、(30)はＮｉ
メッキ層(15)と熱電材料(16)が反応して形成された反応
層である。
【００２１】反応層(30)の成分分析結果は、Ｎｉ：４
７.２モル％、Ｂｉ：１２.２モル％、Ｔｅ：４０.０モ
ル％、Ｓｅ：０.６モル％であった。また、熱電材料(1
6)の成分分析結果は、Ｂｉ：４８.８モル％、Ｔｅ：４
９.７モル％、Ｓｅ：１.５モル％であった。図１０の写
真から明らかなように、電極板に含まれるＣｕと、熱電
材料に含まれるＴｅとの間に相互拡散は全く認められな
い。
７.２モル％、Ｂｉ：１２.２モル％、Ｔｅ：４０.０モ
ル％、Ｓｅ：０.６モル％であった。また、熱電材料(1
6)の成分分析結果は、Ｂｉ：４８.８モル％、Ｔｅ：４
９.７モル％、Ｓｅ：１.５モル％であった。図１０の写
真から明らかなように、電極板に含まれるＣｕと、熱電
材料に含まれるＴｅとの間に相互拡散は全く認められな
い。
【００２２】比較例
発明例と同じ電極板を使用し、その表面全体に、厚さ約
３０μｍのＮｉメッキ層を施した。発明例とは、Ａｇメ
ッキ層を施していない点が異なる。発明例と同組成の熱
電材料粉末を使用し、発明例と同じ要領にて、ホットプ
レスを行なった。なお、作製条件は、成形加熱温度が発
明例の５００℃よりも１００℃低い４００℃である点
が、発明例の条件と異なっている。
３０μｍのＮｉメッキ層を施した。発明例とは、Ａｇメ
ッキ層を施していない点が異なる。発明例と同組成の熱
電材料粉末を使用し、発明例と同じ要領にて、ホットプ
レスを行なった。なお、作製条件は、成形加熱温度が発
明例の５００℃よりも１００℃低い４００℃である点
が、発明例の条件と異なっている。
【００２３】作製された熱電素子の電極板と熱電部材と
の接合部近傍の顕微鏡写真(１００倍)を図１１に示す。
図１１中、(18)は電極板、(15)はＮｉメッキ層、(16)は
焼結された熱電材料、(30)はＮｉメッキ層(15)と熱電材
料(16)が反応して形成された反応層、また、符号２と符
号３で表示された領域はＣｕとＴｅとの相互拡散部であ
る。図１１中、符号１乃至符号４で示す位置での成分分
析結果を表１に示す。
の接合部近傍の顕微鏡写真(１００倍)を図１１に示す。
図１１中、(18)は電極板、(15)はＮｉメッキ層、(16)は
焼結された熱電材料、(30)はＮｉメッキ層(15)と熱電材
料(16)が反応して形成された反応層、また、符号２と符
号３で表示された領域はＣｕとＴｅとの相互拡散部であ
る。図１１中、符号１乃至符号４で示す位置での成分分
析結果を表１に示す。
【００２４】◎
【表１】
【００２５】図１１と表１から明らかなように、位置２
と位置３は、本来は熱電材料の組成となるべき領域であ
るが、ＣｕとＴｅとの相互拡散が行なわれた結果、Ｂｉ
の一部が遊離してしまい、熱電材料の当初の化学量論比
でなくなっている。また、Ｃｕの拡散作用により、位置
４でも、少量ではあるがＣｕの含有が認められる。な
お、比較例の成形加熱温度を、発明例よりも１００℃低
い４００℃としたのは、ＣｕとＴｅの相互拡散現象をよ
りわかり易く示すためであり、５００℃の場合には、拡
散がさらに進行し、境界層部分の殆んどが溶出してしま
う。発明例と比較例からみて、Ａｇメッキ層のバリア効
果は明白であろう。
と位置３は、本来は熱電材料の組成となるべき領域であ
るが、ＣｕとＴｅとの相互拡散が行なわれた結果、Ｂｉ
の一部が遊離してしまい、熱電材料の当初の化学量論比
でなくなっている。また、Ｃｕの拡散作用により、位置
４でも、少量ではあるがＣｕの含有が認められる。な
お、比較例の成形加熱温度を、発明例よりも１００℃低
い４００℃としたのは、ＣｕとＴｅの相互拡散現象をよ
りわかり易く示すためであり、５００℃の場合には、拡
散がさらに進行し、境界層部分の殆んどが溶出してしま
う。発明例と比較例からみて、Ａｇメッキ層のバリア効
果は明白であろう。
【図１】本発明の熱電素子の断面図である。
【図２】本発明の熱電素子の他の実施例の断面図であ
る。
る。
【図３】雰囲気制御されたグローブチャンバー中で、金
型内に電極板と熱電素子材料粉末を積層した状態を説明
する断面図である。
型内に電極板と熱電素子材料粉末を積層した状態を説明
する断面図である。
【図４】金型内に積層した電極板と熱電材料粉末を加圧
焼結する状態を説明する断面図である。
焼結する状態を説明する断面図である。
【図５】金型内に電極板、熱電材料粉末、電極板の層を
複数設けた状態を説明する断面図である。
複数設けた状態を説明する断面図である。
【図６】金型内に電極板、熱電材料粉末、電極板の層を
複数設けた状態を示す他の実施例の断面図である。
複数設けた状態を示す他の実施例の断面図である。
【図７】図６に示す方法で作製された熱電素子を示す正
面図である。
面図である。
【図８】溝が開設された電極板を用いて作製した熱電素
子の断面図である。
子の断面図である。
【図９】貫通孔が開設された電極板を用いて作製した熱
電素子の断面図である。
電素子の断面図である。
【図１０】発明例に係る熱電素子の電極板と熱電材料の
接合部近傍の組織を示す図面代用顕微鏡写真である。
接合部近傍の組織を示す図面代用顕微鏡写真である。
【図１１】比較例に係る熱電素子の電極板と熱電材料の
接合部近傍の組織を示す図面代用顕微鏡写真である。
接合部近傍の組織を示す図面代用顕微鏡写真である。
(10) 熱電素子
(15) Ｎｉメッキ層
(16) 熱電材料
(17) Ａｇメッキ層
(18) 電極板
(24) 溝
(25) 貫通孔
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01L 35/16
H01L 35/32
Claims (6)
- 【請求項１】 対向する一対の電極板(18)(18)の間に熱
電材料(16)が接合された熱電素子であって、電極板(18)
はＣｕから形成され、熱電材料(16)は少なくともＴｅを
含有しており、電極板(18)に含まれるＣｕと熱電材料(1
6)に含まれるＴｅとの相互拡散を防止するために、電極
板(18)と熱電材料(16)との間に、Ａｇからなるバリア層
(17)を配備したことを特徴とする熱電素子。 - 【請求項２】 熱電材料(16)とバリア層(17)との間に、
Ｎｉメッキ層(15)が設けられている請求項１に記載の熱
電素子。 - 【請求項３】 電極板(18)は、熱電材料(16)と接触する
側の面に、縦横に延びて交叉する溝(24)を凹設し、該溝
の中に熱電材料(16)が充満している請求項１又は２に記
載の熱電素子。 - 【請求項４】 電極板(18)は、板面を貫通する孔(25)を
有しており、該孔の中に熱電材料(16)が充満している請
求項１又は２に記載の熱電素子。 - 【請求項５】 Ｃｕからなる電極板(18)と、少なくとも
Ｔｅを含有する熱電材料(16)の粉末と、Ｃｕからなる電
極板(18)を、金型(12)の中で順に積層した後、ホットプ
レス装置の中で積層方向に加圧焼結し、電極板(18)(18)
と熱電材料(16)が一体に接合された熱電素子を製造する
方法であって、電極板を金型の中へ積層する前に、電極
板(18)の表面にＡｇメッキ層(17)を施す工程を含んでお
り、電極板と熱電材料の接合時に、Ａｇメッキ層(17)
を、電極板に含まれるＣｕと熱電材料に含まれるＴｅと
の相互拡散を防ぐバリア層として作用させるようにした
ことを特徴とする熱電素子の製造方法。 - 【請求項６】 電極板(18)を金型の中へ積層する前に、
電極板(18)のＡｇメッキ層(17)の表面にＮｉメッキ層(1
5)を施す工程をさらに含んでいる請求項５に記載の熱電
素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29640297A JP3474744B2 (ja) | 1997-10-14 | 1997-10-14 | 熱電素子及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29640297A JP3474744B2 (ja) | 1997-10-14 | 1997-10-14 | 熱電素子及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11121813A JPH11121813A (ja) | 1999-04-30 |
| JP3474744B2 true JP3474744B2 (ja) | 2003-12-08 |
Family
ID=17833091
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29640297A Expired - Fee Related JP3474744B2 (ja) | 1997-10-14 | 1997-10-14 | 熱電素子及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3474744B2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| CN109219893B (zh) * | 2016-06-01 | 2023-06-30 | Lg伊诺特有限公司 | 热电臂及包括该热电臂的热电元件 |
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| CN112670395B (zh) * | 2020-12-27 | 2022-12-16 | 同济大学 | 高转换效率和功率密度的碲化锗基热电单腿器件及其制备 |
-
1997
- 1997-10-14 JP JP29640297A patent/JP3474744B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH11121813A (ja) | 1999-04-30 |
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