JP3477019B2 - Thermoelectric conversion material and method for producing the same - Google Patents

Thermoelectric conversion material and method for producing the same

Info

Publication number
JP3477019B2
JP3477019B2 JP06119997A JP6119997A JP3477019B2 JP 3477019 B2 JP3477019 B2 JP 3477019B2 JP 06119997 A JP06119997 A JP 06119997A JP 6119997 A JP6119997 A JP 6119997A JP 3477019 B2 JP3477019 B2 JP 3477019B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
powder
thermoelectric conversion
substance
thermoelectric
conversion material
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP06119997A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH10256611A (en
Inventor
浩貴 稲垣
誠一 末永
慶三 島村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP06119997A priority Critical patent/JP3477019B2/en
Publication of JPH10256611A publication Critical patent/JPH10256611A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3477019B2 publication Critical patent/JP3477019B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/10Greenhouse gas [GHG] capture, material saving, heat recovery or other energy efficient measures, e.g. motor control, characterised by manufacturing processes, e.g. for rolling metal or metal working

Landscapes

  • Metal Rolling (AREA)
  • Metal Extraction Processes (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、熱電素子の利用さ
れる熱電変換材料に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a thermoelectric conversion material used for a thermoelectric element.

【0002】[0002]

【従来の技術】熱電変換材料の高効率化は、この技術の
実用化が始まったころからの課題であり、近年長い低迷
期を脱して比較的組織だった研究開発が行われるように
なりつつある。このような状況が生まれた原因の一つと
しては、エネルギー・環境問題への関心への高まりがあ
る。熱電発電技術は、特に未利用の熱エネルギーの有効
利用技術として応用することが強く望まれており、ま
た、逆変換である熱電冷却技術は文字通りのフロンフリ
ー冷却・冷凍技術として、電子デバイスの冷却やIC製
造プロセスにおける温度調整システムばかりでなく冷蔵
庫や空調機への応用が期待されている。熱電変換材料の
変換効率は、各々の材料の物性値を反映する熱電性能指
数Zにより決定され、この熱電性能指数は下記数式
(1)で表わされる。
2. Description of the Related Art Improving the efficiency of thermoelectric conversion materials has been an issue since the commercialization of this technology began. In recent years, a relatively organized research and development has come out of the long stagnation period. is there. One of the causes of this situation is the growing interest in energy and environmental issues. It is strongly desired to apply the thermoelectric power generation technology as an effective utilization technology of unused thermal energy, and the thermoelectric cooling technology that is the inverse conversion is literally a CFC-free cooling / freezing technology for cooling electronic devices. It is expected to be applied to refrigerators and air conditioners as well as temperature control systems in IC manufacturing processes. The conversion efficiency of a thermoelectric conversion material is determined by a thermoelectric figure of merit Z that reflects the physical property values of each material, and this thermoelectric figure of merit is represented by the following mathematical expression (1).

【0003】[0003]

【数1】 [Equation 1]

【0004】ここで、αはゼーベック係数、ρは電気抵
抗率、κは熱伝導率、m* は電子または正孔の有効質
量、μは移動度、κL は全熱伝導率の格子振動による熱
伝導成分である。
Where α is the Seebeck coefficient, ρ is the electrical resistivity, κ is the thermal conductivity, m * is the effective mass of electrons or holes, μ is the mobility, and κ L is the lattice vibration of the total thermal conductivity. It is a heat conduction component.

【0005】この熱電性能指数が大きい材料ほど、優れ
た熱電変換効率が得られる。すなわち、熱を通しにく
く、電気をよく通し、熱起電力が大きい材料が高効率材
料となり、このような材料は、熱伝導率が小さく、比抵
抗が小さく、ゼーベック効果が大きいという特性を有す
る材料である。またこのときの発電変換効率η(%)
は、前述の熱電性能指数Zを用いて下記数式(2)で表
わされる。
The higher the thermoelectric figure of merit, the better the thermoelectric conversion efficiency. That is, a material that is hard to conduct heat, conducts electricity well, and has a large thermoelectromotive force becomes a high-efficiency material. Such a material has characteristics of low thermal conductivity, low specific resistance, and large Seebeck effect. Is. The power generation conversion efficiency η (%) at this time
Is expressed by the following mathematical expression (2) using the thermoelectric figure of merit Z described above.

【0006】[0006]

【数2】 [Equation 2]

【0007】ここで、ΔTは高温部と低温部との温度
差、Zは材料の熱電性能指数、Th は高温部の絶対温度
である。上述の数式(1)におけるα、ρ、およびκは
温度に依存して変化することから、Zも温度依存性を有
し、最大値をとる温度も材料によって異なる。したがっ
て、熱電変換材料の高効率化を進めるに当たって使用温
度範囲全般においてZが大きいことが重要であり、さら
にΔTを大きくし得る材料ほど有利となる。
[0007] Here, [Delta] T is the temperature difference between the high temperature portion and the low temperature section, Z is the thermoelectric figure of merit of the material, the T h is the absolute temperature of the high temperature portion. Since α, ρ, and κ in the above mathematical expression (1) change depending on temperature, Z also has temperature dependency, and the temperature at which it takes the maximum value also differs depending on the material. Therefore, in order to improve the efficiency of the thermoelectric conversion material, it is important that Z is large in the entire operating temperature range, and a material that can increase ΔT is more advantageous.

【0008】従来から知られている熱電変換材料として
は、Bi2 Te3 化合物、PbTe化合物、Si−Ge
化合物、Fe−Si化合物等が挙げられるが、熱電特性
の指標となる無次元性能指数ZTが1に極めて近い材料
は、Bi2 Te3 化合物のみであり、他の材料はそれ以
下の性能しか有していない。このBi2 Te3 化合物
は、優れた性能を示すものの、高温においては不安定に
なりやすい。このため、573K以下の温度範囲で使用
されるのが通例となっており、発電用としてよりも電子
冷却用として用いられてきた。
[0008] As the thermoelectric conversion materials known in the art, Bi 2 Te 3 compounds, PbTe compounds, Si-Ge
Compounds, Fe-Si compounds and the like can be mentioned, but the material having a dimensionless figure of merit ZT, which is an index of thermoelectric characteristics, extremely close to 1 is only the Bi 2 Te 3 compound, and other materials have performances lower than that. I haven't. Although this Bi 2 Te 3 compound exhibits excellent performance, it tends to become unstable at high temperatures. Therefore, it is usually used in a temperature range of 573 K or lower, and has been used for electronic cooling rather than for power generation.

【0009】熱電変換材料がガスタービン等の廃熱利用
発電等に実際に使用されるためには、1000K付近ま
での耐熱性が要求される。従来から知られている材料の
うちでは、Fe−Si化合物がこの温度域でも比較的安
定で良好な性能を示すが、それでも878KでZT=
0.2程度であり、得られる電力はごくわずかである。
したがって、より多くの電力を得るためには、室温から
1000K程度の比較的高温までの広い温度範囲におい
て、優れた性能を示す発電用熱電変換材料が必要であ
り、そのような材料の開発が望まれている。
In order for the thermoelectric conversion material to be actually used for power generation using waste heat of a gas turbine or the like, heat resistance up to around 1000 K is required. Among the conventionally known materials, the Fe-Si compound shows relatively stable and good performance even in this temperature range, but still ZT = 878K.
It is about 0.2 and the obtained electric power is very small.
Therefore, in order to obtain more electric power, a thermoelectric conversion material for power generation that exhibits excellent performance in a wide temperature range from room temperature to a relatively high temperature of about 1000 K is required, and the development of such a material is desired. It is rare.

【0010】最近、スクッテルダイト構造をもつXY3
化合物(XはCo,Rh,Ir、YはP,As,Sb)
が、新しい熱電変換材料として注目されている。XY3
化合物の中でもCoSb3 ,RhSb3 およびIrSb
3 アンチモナイドは、特有のバンド構造とキャリア輸送
特性を有する半導体であり、優れた熱電特性を備えてい
る。このCoSb3 系化合物において、現在最も優れた
熱電特性を示す物質はCoSb3 にTe,AsおよびI
rをわずかに添加した下記式で表わされる化合物であ
る。
Recently, XY 3 having a skutterudite structure
Compound (X is Co, Rh, Ir, Y is P, As, Sb)
However, it is attracting attention as a new thermoelectric conversion material. XY 3
Among the compounds, CoSb 3 , RhSb 3 and IrSb
3 Antimonide is a semiconductor with a unique band structure and carrier transport properties, and has excellent thermoelectric properties. Of these CoSb 3 -based compounds, the most excellent thermoelectric properties at present are CoSb 3 containing Te, As and I.
It is a compound represented by the following formula with slight addition of r.

【0011】 Co0.97Ir0.03Sb2.81Te0.04As0.15 この化合物の場合でも、700KにおいてZT=0.6
であり、Bi2 Te3化合物の特性には及ばない。この
CoSb3 系化合物にBi2 Te3 化合物に匹敵する特
性を付与することが可能となれば、Bi2 Te3 化合物
に比べ高温安定性に優れたCoSb3 系化合物が、これ
までにない発電用熱電変換材料として実用化されること
が予想され、工業的価値は大きい。したがって、より熱
電特性の優れたCoSb3 系化合物の開発が望まれて
いる。
Co 0.97 Ir 0.03 Sb 2.81 Te 0.04 As 0.15 Even with this compound, ZT = 0.6 at 700K.
Therefore, it does not reach the characteristics of the Bi 2 Te 3 compound. If it is possible to impart properties comparable to the CoSb 3 based compound Bi 2 Te 3 compound, CoSb 3 based compound having excellent high-temperature stability compared to the Bi 2 Te 3 compounds, for power generation unprecedented It is expected to be put to practical use as a thermoelectric conversion material, and has great industrial value. Therefore, development of CoSb 3 -based compounds having more excellent thermoelectric properties is desired.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】上述したように、Bi
2 Te3 化合物は573K付近で優れた特性を示すもの
の、高温で非常に不安定なことから主に電子冷却用とし
て使用されるにとどまっており、耐熱性が要求される発
電用としては使用できない。一方、Fe−Si化合物等
の優れた耐熱性を示す熱電変換材料も多数発見されてい
るが、いずれの材料においても、その熱電特性はBi2
Te3 化合物に比べて著しく劣るものであり、より多く
の電力を得るためには、低温から比較的高温までの広い
温度範囲において優れた熱電特性を示す熱電変換材料が
必要とされる。
DISCLOSURE OF THE INVENTION Problems to be Solved by the Invention As described above, Bi
2 Te 3 compound shows excellent characteristics near 573 K, but it is mainly used for electronic cooling because it is very unstable at high temperature, and cannot be used for power generation requiring heat resistance. . On the other hand, many thermoelectric conversion materials having excellent heat resistance such as Fe-Si compounds have been discovered, but the thermoelectric properties of all materials are Bi 2
It is significantly inferior to the Te 3 compound, and in order to obtain more electric power, a thermoelectric conversion material exhibiting excellent thermoelectric properties in a wide temperature range from low temperature to relatively high temperature is required.

【0013】最近、CoSb3 系化合物が有望な物質と
して興味が持たれているが、熱電特性は700Kにおい
てZT=0.6にすぎず、依然としてBi2 Te3 化合
物よりも小さく、ZT=1を目指した更なる改良が必要
である。特に、CoSb3 系化合物は、熱電性能指数Z
をつかさどる3つのファクターの1つである熱伝導率が
Bi2 Te3 化合物に比べて著しく大きいことから、熱
伝導率を低下させることが重要な課題となっている。
Recently, CoSb 3 compounds have been attracting attention as promising substances, but their thermoelectric properties are only ZT = 0.6 at 700 K, which is still smaller than that of Bi 2 Te 3 compounds, and ZT = 1. Further improvements aimed at are necessary. In particular, CoSb 3 compounds have a thermoelectric figure of merit Z
Since the thermal conductivity, which is one of the three factors that control the thermal conductivity, is significantly higher than that of the Bi 2 Te 3 compound, it is an important issue to reduce the thermal conductivity.

【0014】本発明は、このような問題を解決するため
になされたものであり、100Kから1000K程度の
非常に広い温度域で優れた熱電特性を示す熱電変換材料
を提供することを目的とする。また、本発明は、優れた
熱電特性を有する熱電変換材料を製造し得る製造方法を
提供することを目的とする。
The present invention has been made in order to solve such a problem, and an object thereof is to provide a thermoelectric conversion material exhibiting excellent thermoelectric properties in a very wide temperature range of about 100K to 1000K. . Another object of the present invention is to provide a manufacturing method capable of manufacturing a thermoelectric conversion material having excellent thermoelectric properties.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、Co,Rh,およびIrからなる群から
選択された少なくとも1種の第1の元素と、P,As,
およびSbからなる群から選択された少なくとも1種の
第2の元素と、B,C,N,およびOからなる群から選
択された少なくとも1種の軽元素とを含有し、前記軽元
素の含有量は0.001at%以上であることを特徴と
する熱電変換材料を提供する。
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides at least one first element selected from the group consisting of Co, Rh, and Ir, and P, As,
And at least one second element selected from the group consisting of Sb, and at least one light element selected from the group consisting of B, C, N, and O, and containing said light element Provided is a thermoelectric conversion material, characterized in that the amount is 0.001 at% or more.

【0016】また、本発明は、Co,RhおよびIrか
らなる群から選択された少なくとも1種類の第1の元素
により構成された管状部材中に、P,AsおよびSbか
らなる群から選択された少なくとも1種類の第2の元素
から構成される物質を充填して棒状部材を得る工程、前
記棒状部材を線引き加工して針金状部材を得る工程、お
よび前記針金状部材に熱処理を施す工程を具備する熱電
変換材料の製造方法を提供する。
Further, the present invention is selected from the group consisting of P, As and Sb in the tubular member composed of at least one kind of first element selected from the group consisting of Co, Rh and Ir. The method comprises the steps of filling a substance composed of at least one kind of second element to obtain a rod-shaped member, drawing the rod-shaped member to obtain a wire-shaped member, and subjecting the wire-shaped member to heat treatment. A method for producing a thermoelectric conversion material is provided.

【0017】さらに本発明は、Co、RhおよびIrか
らなる群から選択された少なくとも1種類の第1の元素
で形成された薄膜と、P、AsおよびSbから選ばれる
少なくとも1種類の第2の元素で形成された薄膜とを積
層し、前記第1の元素で形成された薄膜が表面となる積
層体を得る工程、前記積層体に圧延加工を施す工程、お
よび前記圧延加工後の積層体に熱処理を施す工程を具備
する熱電変換材料の製造方法を提供する。
Furthermore, the present invention provides a thin film formed of at least one first element selected from the group consisting of Co, Rh and Ir, and at least one second thin film selected from P, As and Sb. A step of laminating a thin film formed of an element to obtain a laminated body having the thin film formed of the first element as a surface, a step of rolling the laminated body, and a laminated body after the rolling. Provided is a method for producing a thermoelectric conversion material, which comprises a step of performing heat treatment.

【0018】以下、本発明を詳細に説明する。本発明の
熱電変換材料は、基本的にはスクッテルダイト構造から
なり、この構造中に特定の元素が添加されたものであ
る。
The present invention will be described in detail below. The thermoelectric conversion material of the present invention basically has a skutterudite structure, and a specific element is added to this structure.

【0019】ここで、CoSb3 相を例に挙げてこのス
クッテルダイト構造について説明する。CoSb3
は、1043K以下において安定であり、CoSb2
とSb相とを含む包晶反応によって形成され、図1に示
すようなCoAs3 相に代表されるIm3型の結晶構造
を有している。図示するように、この構造は、単位格子
内に8個のCo原子と24個のSb原子との計32個の
原子を含む立方格子である。
Here, the skutterudite structure will be described by taking the CoSb 3 phase as an example. The CoSb 3 phase is stable below 1043 K, is formed by a peritectic reaction containing the CoSb 2 phase and the Sb phase, and has an Im3 type crystal structure represented by the CoAs 3 phase as shown in FIG. There is. As shown, this structure is a cubic lattice containing a total of 32 atoms of 8 Co atoms and 24 Sb atoms in a unit cell.

【0020】このとき、Sb原子は特異な結晶状態にあ
り、4個のSb原子から形成されるアンチモンリングを
単位格子中に6個形成する。単位格子は8個の小格子で
形成されているので、6個の小格子のみにアンチモンリ
ングが形成されると、単位格子中にアンチモンリングの
存在しない2個のボイドが含まれることになる。
At this time, the Sb atom is in a unique crystal state, and six antimony rings formed from four Sb atoms are formed in the unit cell. Since the unit lattice is formed by eight small lattices, when the antimony ring is formed only in the six small lattices, the unit lattice contains two voids in which the antimony ring does not exist.

【0021】本発明の熱電変換材料は、このような構造
をとる化合物にB,C,NおよびOから選ばれる少なく
とも1種類の元素を添加したものである。ここで用いら
れるB,C,NおよびOのような軽元素は、一般的に侵
入型元素として知られ、化合物中の格子の隙間を埋める
ように位置する。CoSb3 相においても例外ではな
く、これらの軽元素は格子の隙間を埋めるように侵入す
る。
The thermoelectric conversion material of the present invention is obtained by adding at least one element selected from B, C, N and O to a compound having such a structure. Light elements such as B, C, N and O used herein are generally known as interstitial elements and are located to fill the lattice gaps in the compound. Even in the CoSb 3 phase, these light elements infiltrate so as to fill the gaps in the lattice.

【0022】したがって、スクッテルダイト構造特有の
アンチモンリングの存在しない2個のボイドにもこれら
の元素は侵入し、ボイドの存在しない密な構造が作られ
る。このような構造では、ボイド中に充填された軽元素
の存在が、フォノン散乱を抑制して熱伝導率を大幅に減
少させる。それに加えて、本来のこの構造が有している
移動度が大きいという利点を利用することから、性能指
数を大幅に向上させることができる。
Therefore, these elements also invade two voids in which the antimony ring peculiar to the skutterudite structure does not exist, and a dense structure without voids is formed. In such a structure, the presence of light elements filled in the voids suppresses phonon scattering and significantly reduces thermal conductivity. In addition, the performance index can be significantly improved by taking advantage of the high mobility that the original structure has.

【0023】なお、本発明の熱電変換材料の基本となる
スクッテルダイト構造においては、Co,RhおよびI
rから選ばれた少なくとも1種の元素と、P,Asおよ
びSbから選ばれた少なくとも1種の元素との比は、
1:2.5〜1:3.5程度であることが好ましく、
1:3の場合には最も優れた熱電特性が得られる。
In the skutterudite structure which is the basis of the thermoelectric conversion material of the present invention, Co, Rh and I are used.
The ratio of at least one element selected from r and at least one element selected from P, As and Sb is
It is preferably about 1: 2.5 to 1: 3.5,
In the case of 1: 3, the most excellent thermoelectric property can be obtained.

【0024】ここに添加されるB,C,NおよびO等の
軽元素は、物質中に侵入型で固溶するため、本来の結晶
構造を変化させることはない。したがって、Co,Rh
およびIrから選ばれる少なくとも1種類の元素とP,
AsおよびSbから選ばれる少なくとも1種類の元素の
比を上述した範囲に維持しつつ、B,C,NおよびO等
の軽元素を所定量以上添加することによって、極めて良
好な熱電特性を示す物質が得られる。
The light elements such as B, C, N, and O added here form an interstitial solid solution in the substance and therefore do not change the original crystal structure. Therefore, Co, Rh
And at least one element selected from Ir and P,
A substance showing extremely good thermoelectric characteristics by adding a predetermined amount or more of light elements such as B, C, N and O while maintaining the ratio of at least one element selected from As and Sb within the above range. Is obtained.

【0025】本発明の熱電変換材料は、Co,Rhおよ
びIrから選ばれる少なくとも1種類の元素とP,As
およびSbから選ばれる少なくとも1種類の元素とを用
いて、例えば焼結法,アーク溶解法あるいは傾斜凝固法
によって形成することができる。なお、予備熱処理を加
えて固相反応させた粉末に高温焼結法を用いるのが簡便
で適当な手法である。
The thermoelectric conversion material of the present invention contains at least one element selected from Co, Rh and Ir and P and As.
And at least one element selected from Sb can be used, for example, by a sintering method, an arc melting method, or a gradient solidification method. It is a simple and appropriate method to use the high temperature sintering method for the powder which has been subjected to the preliminary heat treatment and has been subjected to the solid phase reaction.

【0026】本発明においては、高純度な原料を用いる
ほど良好な特性を示す熱電変換材料が得られるが、基本
的に99.9%以上の純度を有していれば、99.99
99%以上原料を用いて作製したB,C,NおよびO無
添加物質より優れた特性が得られる。
In the present invention, the higher the purity of the raw material is, the better the thermoelectric conversion material can be obtained. However, if it has a purity of 99.9% or more, it is 99.99.
The characteristics superior to those of the B, C, N and O-free substances produced using 99% or more of the raw materials can be obtained.

【0027】本発明の熱電変換材料は、例えば以下のよ
うにして製造することができる。すなわち、まず、上述
したような配合比となるように所定量秤量した各粉末
を、Vミキサーあるいは瑪瑙乳鉢中の手混合により十分
攪拌する。添加する軽元素としてBまたはCを用いる場
合には、その粉末を所定量加えて先に配合した材料とと
もに十分に攪拌して混合粉末を得る。なお、NやOは、
無添加物質を製造した後、その雰囲気中で熱処理を施す
ことによって材料中に添加することができる。
The thermoelectric conversion material of the present invention can be manufactured, for example, as follows. That is, first, each powder, which is weighed in a predetermined amount so as to have the above-mentioned mixing ratio, is sufficiently stirred by hand mixing in a V mixer or an agate mortar. When B or C is used as the light element to be added, a predetermined amount of the powder is added and sufficiently stirred with the materials previously mixed to obtain a mixed powder. In addition, N and O are
After the additive-free substance is produced, it can be added to the material by heat treatment in the atmosphere.

【0028】上述のようにして得られた混合粉末をアル
ミナ管に充填し、さらに石英管中に真空封入する。この
際の真空度は、原料粉の過度の酸化等を抑制するために
1×10-3Pa以上とすることが好ましい。
An alumina tube is filled with the mixed powder obtained as described above, and the quartz tube is vacuum-sealed. At this time, the degree of vacuum is preferably 1 × 10 −3 Pa or more in order to suppress excessive oxidation of the raw material powder.

【0029】次いで、封入した石英管をその物質の融点
以下の温度で熱処理することにより固相反応させる。こ
の熱処理の条件としては、500〜1150K、0.1
〜100時間程度であればよく、通常873Kで24時
間程度で十分である。
Next, the enclosed quartz tube is heat-treated at a temperature not higher than the melting point of the substance to cause a solid phase reaction. The condition of this heat treatment is 500 to 1150K, 0.1
It may be about 100 hours, and usually 873K for about 24 hours is sufficient.

【0030】固相反応して凝集した反応物を瑪瑙乳鉢で
粉砕し、再度粉末状にした後、ホットプレスによりその
物質の融点以下の温度で焼結する。このときの焼結条件
としては、プレス圧力0.1〜300MPa、500〜
1150K、0.1〜10時間程度であればよく、例え
ば、40MPa,873Kで1時間の処理を行なえば、
理論密度の99%以上の密度を有する物質が得られる。
また、このときの雰囲気は真空中以外に、Ar雰囲気中
で行っても良い。
The reaction product aggregated by the solid phase reaction is crushed in an agate mortar, powdered again, and then sintered by hot pressing at a temperature below the melting point of the substance. The sintering conditions at this time are as follows: press pressure 0.1 to 300 MPa, 500 to
It may be 1150 K for about 0.1 to 10 hours, and for example, if treatment is performed at 40 MPa and 873 K for 1 hour,
A substance having a density of 99% or more of the theoretical density is obtained.
Further, the atmosphere at this time may be an Ar atmosphere instead of a vacuum.

【0031】軽元素としてNやOを用いる場合には、上
述の工程で無添加物質を作製した後に、窒素分圧あるい
は酸素分圧10Pa以下の雰囲気中で、例えば500〜
1150K程度の熱処理を施すことにより0.001a
t%以上の含有量でこれらの元素を含む熱電変換材料が
得られる。
When N or O is used as the light element, after the additive-free material is produced in the above-mentioned step, the nitrogen content or the oxygen content is, for example, 500 to
0.001a by heat treatment at about 1150K
A thermoelectric conversion material containing these elements at a content of t% or more can be obtained.

【0032】なお、本発明の目的を達成するためには、
B、C、NおよびO等の軽元素は、0.001at%以
上の割合で添加することが必要であるが、CoSb3
等が本来有している特性を損なわないために、それらの
含有量は最大でも60at%以下に抑えることが望まれ
る。
In order to achieve the object of the present invention,
Light elements such as B, C, N and O must be added in a proportion of 0.001 at% or more, but their contents are not impaired because the characteristics originally possessed by the CoSb 3 phase etc. are not impaired. Is desired to be at most 60 at% or less.

【0033】このようにして製造された本発明の熱電変
換材料は、B,C,NおよびO等を添加しない従来の材
料に比べ著しく優れた熱電特性を示す。なお、Co,R
hおよびIrから選択された少なくとも1種の元素と、
P,AsおよびSbから選択された少なくとも1種の元
素とのみを用いて、これらからなる混合物をアーク溶解
法等の通常の方法により熱電変換材料を製造した場合に
は、目的組成の材料を得ることが困難である。これは、
P,AsおよびSb等の蒸気圧が高いことに起因して、
加熱中にその一部が蒸発するためである。
The thermoelectric conversion material of the present invention produced in this manner exhibits remarkably excellent thermoelectric characteristics as compared with the conventional materials to which B, C, N and O are not added. In addition, Co, R
at least one element selected from h and Ir;
When a thermoelectric conversion material is produced by a usual method such as an arc melting method using at least one element selected from P, As and Sb and a mixture of these elements, a material having a target composition is obtained. Is difficult. this is,
Due to the high vapor pressure of P, As and Sb,
This is because part of it evaporates during heating.

【0034】本発明の方法を用いれば、P,Asおよび
Sb等の高蒸気圧物質の蒸発を防いで正確に目的組成と
することができ、B,C,N,およびO等の軽元素を添
加せずとも熱電特性の良好な熱電変換材料が得られる。
By using the method of the present invention, it is possible to prevent evaporation of high vapor pressure substances such as P, As and Sb and to accurately obtain a target composition, and to reduce light elements such as B, C, N and O. A thermoelectric conversion material having excellent thermoelectric properties can be obtained without adding it.

【0035】以下に、本発明の熱電変換材料の製造方法
を詳細に説明する。本発明の第1の製造方法は、Co,
RhおよびIr等の低蒸気圧物質で形成された管状部材
を用い、この中にP,AsおよびSb等の高蒸気圧物質
を充填し、線引き加工した後、熱処理を施すものであ
る。
The method for producing the thermoelectric conversion material of the present invention will be described in detail below. The first manufacturing method of the present invention is
A tubular member formed of a low vapor pressure substance such as Rh and Ir is used, and a high vapor pressure substance such as P, As and Sb is filled in the tubular member, drawn, and then heat treated.

【0036】図2ないし図4を参照して、第1の製造方
法を説明する。まず、図2に示すように、低蒸気圧物質
で形成された管状部材1中に、高蒸気圧物質2を目的と
する物質の原子当量比に合わせて充填して棒状部材3を
得る。この際、上述したように低蒸気圧物質と高蒸気圧
物質との比が1:2.5〜1:3.5となるように管状
部材の寸法等を設定することが好ましい。すなわち、管
状部材1の外径および内径は、目的とする組成に応じて
決定することができる。
The first manufacturing method will be described with reference to FIGS. First, as shown in FIG. 2, a rod-shaped member 3 is obtained by filling a tubular member 1 formed of a low vapor pressure substance with a high vapor pressure substance 2 in accordance with an atomic equivalent ratio of a target substance. At this time, as described above, it is preferable to set the dimensions and the like of the tubular member so that the ratio of the low vapor pressure substance to the high vapor pressure substance is 1: 2.5 to 1: 3.5. That is, the outer diameter and the inner diameter of the tubular member 1 can be determined according to the intended composition.

【0037】また、使用する管状部材1は、例えばC
o,RhまたはIrの1種類の元素から形成されていて
も、2種類以上の元素から構成される合金であってもよ
い。同様に、管状部材2内に充填される高蒸気圧物質2
としても、P,As,Sbを単独であるいは2種類以上
の元素を用いることができる。高蒸気圧物質2は任意の
状態とすることができるが、棒状あるいは粉末状である
と取り扱いが容易となるので作業性が向上する。
The tubular member 1 used is, for example, C
It may be formed of one element of o, Rh or Ir, or may be an alloy composed of two or more elements. Similarly, the high vapor pressure substance 2 filled in the tubular member 2
Also, P, As, and Sb can be used alone or two or more kinds of elements can be used. The high vapor pressure substance 2 can be in any state, but if it is in the shape of a rod or a powder, it is easy to handle and the workability is improved.

【0038】管状部材1およびその内部に充填する物質
2の少なくとも一方として合金を用いれば、3元系以上
の多元系物質からなる熱電変換材料も、同様の手法で作
製することができる。
If an alloy is used as at least one of the tubular member 1 and the substance 2 to be filled in the tubular member 1, a thermoelectric conversion material composed of a ternary or higher multi-component substance can be produced by the same method.

【0039】次いで、管状部材1中に高蒸気圧物質2を
充填してなる棒状部材3に線引き加工を施すことによっ
て、図3に示すような細い針金状部材4を形成する。こ
の針金状部材4の太さは、加工後の熱処理時間を短くす
るためには、細い方が好ましく、具体的には、500μ
m以下程度であることが望まれる。これは、針金の太さ
が細いほど反応に必要な元素拡散距離が短くなり、短時
間の熱処理で目的とする物質が製造できるためである。
Then, the rod-shaped member 3 obtained by filling the high-vapor-pressure substance 2 in the tubular member 1 is subjected to wire drawing to form a thin wire-shaped member 4 as shown in FIG. The thickness of the wire-shaped member 4 is preferably as thin as possible in order to shorten the heat treatment time after processing, specifically, 500 μm.
It is desired that it is about m or less. This is because the thinner the wire, the shorter the element diffusion distance required for the reaction, and the desired substance can be produced by a short-time heat treatment.

【0040】線引き加工した針金状部材4は、適切な温
度で熱処理を行なうことにより、図4に示すような針金
状物質5が得られる。熱処理の条件は、例えば、500
〜1150K、0.1〜3.6ks程度とすることがで
きる。
The wire-shaped member 4 which has been subjected to wire drawing is heat-treated at an appropriate temperature to obtain a wire-shaped substance 5 as shown in FIG. The condition of the heat treatment is, for example, 500
It can be set to about 1150K and 0.1 to 3.6ks.

【0041】本発明の第1の方法では、高蒸気圧物質2
は低蒸気圧物質からなる管状部材1中に充填されている
ので外の雰囲気に直接曝されることがなく、高蒸気圧物
質の蒸発を防止することができる。すなわち、得られた
物質の組成は、最初に混合した原料の組成比からほとん
どずれることがなく、その物質の持つ特性が損なわれる
ことはない。
In the first method of the present invention, the high vapor pressure substance 2
Since it is filled in the tubular member 1 made of a low vapor pressure substance, it is not directly exposed to the outside atmosphere, and the evaporation of the high vapor pressure substance can be prevented. That is, the composition of the obtained substance does not substantially deviate from the composition ratio of the raw materials mixed first, and the characteristics of the substance are not impaired.

【0042】また、上述の工程で得られた針金状物質5
を適当な長さに切断し、図5に示すように複数本束ね合
わせ、500〜1150K程度の熱処理を施すことによ
って図6に示すようなバルク状の材料7を作製すること
ができる。この際、密度の高いバルク材を得るために、
1〜300MPa程度の圧力をかけて熱処理を施すこと
が望まれる。
The wire-like substance 5 obtained in the above process
Is cut into an appropriate length, a plurality of them are bundled as shown in FIG. 5, and a heat treatment of about 500 to 1150 K is performed, whereby a bulk material 7 as shown in FIG. 6 can be manufactured. At this time, in order to obtain a bulk material with high density,
It is desired that the heat treatment is performed by applying a pressure of about 1 to 300 MPa.

【0043】次に、本発明の第2の製造方法を説明す
る。本発明の第2の製造方法は、低蒸気圧物質で形成さ
れた薄膜間に、高蒸気圧物質で形成された薄膜を挟み込
み、圧延加工した後、熱処理を施す方法である。
Next, the second manufacturing method of the present invention will be described. A second manufacturing method of the present invention is a method in which a thin film formed of a high vapor pressure substance is sandwiched between thin films formed of a low vapor pressure substance, rolled, and then heat treated.

【0044】図7ないし図9を参照して、第2の製造方
法を説明する。まず、図7に示すように、低蒸気圧物質
で形成された薄膜10間に高蒸気圧物質から形成された
薄膜11を目的の物質の重量比に合わせて挟み込んで積
層体12を得る。
The second manufacturing method will be described with reference to FIGS. First, as shown in FIG. 7, a laminate 12 is obtained by sandwiching a thin film 11 formed of a high vapor pressure substance between thin films 10 formed of a low vapor pressure substance according to a weight ratio of a target substance.

【0045】低蒸気圧物質で形成された薄膜10は、例
えばCo,RhまたはIrの1種類の元素で形成されて
いても、2種類以上の元素から構成される合金であって
もよい。同様に、高蒸気圧物質から形成された薄膜11
としても、P,As,Sbを単独で含むもの、または2
種類以上の元素から構成される合金を使用することがで
きる。すなわち、低蒸気圧元素で形成された薄膜10お
よび高蒸気圧元素で形成された薄膜11の少なくとも一
方として合金を用いれば、3元系以上の多元系からなる
熱電変換材料を製造することができる。
The thin film 10 formed of a low vapor pressure substance may be formed of one kind of element such as Co, Rh or Ir, or may be an alloy composed of two or more kinds of elements. Similarly, a thin film 11 formed of a high vapor pressure material
Also, P, As, Sb alone, or 2
Alloys composed of more than one type of element can be used. That is, if an alloy is used as at least one of the thin film 10 formed of a low vapor pressure element and the thin film 11 formed of a high vapor pressure element, a thermoelectric conversion material composed of a ternary or higher multi-component system can be manufactured. .

【0046】得られる材料の組成比は、薄膜10および
11の厚さを変化させることにより調整することができ
るが、上述したように、低蒸気圧物質と高蒸気圧物質と
の比が1:2.5〜1:3.5となるようにそれぞれの
薄膜の膜厚を設定することが好ましい。
The composition ratio of the obtained material can be adjusted by changing the thickness of the thin films 10 and 11, but as described above, the ratio of the low vapor pressure substance to the high vapor pressure substance is 1 :. It is preferable to set the film thickness of each thin film so as to be 2.5 to 1: 3.5.

【0047】高蒸気圧物質で形成された薄膜11を低蒸
気圧物質で形成された薄膜10で挟み込んだ部材12
を、圧延加工することにより膜間の密着性を高めた部材
13に熱処理を施して、図9に示すような圧延された板
状部材14を作製する。このとき、圧延加工して得られ
る部材13の厚さは、加工後の熱処理時間を考慮すると
薄い方が好ましく、例えば、500μm以下程度である
ことが好ましい。これは、薄膜の厚さが薄いほど反応す
るために必要な元素拡散距離が短くなるので、短時間の
熱処理で目的とする物質が製造できるためである。
A member 12 in which a thin film 11 formed of a high vapor pressure substance is sandwiched between thin films 10 formed of a low vapor pressure substance.
Is subjected to a heat treatment on the member 13 whose adhesion between the films has been improved by rolling to produce a rolled plate-shaped member 14 as shown in FIG. At this time, the thickness of the member 13 obtained by rolling is preferably thin in consideration of the heat treatment time after processing, and is preferably about 500 μm or less, for example. This is because the thinner the thickness of the thin film, the shorter the element diffusion distance required for the reaction, so that the target substance can be produced by a short heat treatment.

【0048】あるいは、圧延加工を施す代わりに、低蒸
気圧物質からなる薄膜10で高蒸気圧物質からなる薄膜
11を挟み込んだ積層体12に0.1〜300MPa程
度の圧力をかけながら500〜1150K、0.1〜
3.6ks程度の熱処理を施しても良い。圧延加工を施
した場合も、圧延加工後の部材13に対し同様の条件で
熱処理を施すと、より欠陥の少ない良好な物質が得られ
る。
Alternatively, instead of carrying out rolling, a laminated body 12 in which a thin film 11 made of a high vapor pressure substance is sandwiched by a thin film 10 made of a low vapor pressure substance is applied at a pressure of about 0.1 to 300 MPa while 500 to 1150K. , 0.1
You may perform heat processing of about 3.6 ks. Even when the rolling process is performed, a good substance with fewer defects can be obtained by subjecting the member 13 after the rolling process to the heat treatment under the same conditions.

【0049】本発明の第2の方法においては、高蒸気圧
物質を含む薄膜は低蒸気圧物質を含む薄膜に挟み込まれ
ているので、表面に露出している高蒸気圧物質の面積は
極めて少なく、熱処理中においても外の雰囲気の影響を
受ける領域はごくわずかである。したがって、熱処理
中、高蒸気圧物質が蒸発することは防止され、原料の組
成比どおりの組成を有する材料を得ることができ、その
物質の持つ特性が損なわれることはない。
In the second method of the present invention, since the thin film containing the high vapor pressure substance is sandwiched between the thin films containing the low vapor pressure substance, the area of the high vapor pressure substance exposed on the surface is extremely small. Even during the heat treatment, the area affected by the outside atmosphere is very small. Therefore, during the heat treatment, evaporation of the high vapor pressure substance is prevented, a material having a composition according to the composition ratio of the raw materials can be obtained, and the characteristics of the substance are not impaired.

【0050】また、図10に示すように積層する薄膜1
0および11の枚数を増やして積層体15を構成し、上
述と同様の条件で熱処理を施せば、図11に示すような
バルク状の材料16を製造することができる。
The thin film 1 to be laminated as shown in FIG.
If the laminated body 15 is formed by increasing the number of sheets of 0 and 11, and heat treatment is performed under the same conditions as described above, the bulk material 16 as shown in FIG. 11 can be manufactured.

【0051】本発明の熱電変換材料は、所定量の軽元素
が配合されているので、広い温度範囲にわたって優れた
熱電特性を付与することができた。また本発明の方法で
は、熱処理中における高蒸気圧物質の蒸発を防止し、原
料組成どおりの材料を製造することができるので、その
物質本来の特性を損なわずに良好な熱電特性を有する熱
電変換材料を製造可能である。
Since the thermoelectric conversion material of the present invention contains a predetermined amount of a light element, excellent thermoelectric properties could be imparted over a wide temperature range. Further, according to the method of the present invention, it is possible to prevent evaporation of a high vapor pressure substance during heat treatment, and to manufacture a material in accordance with the raw material composition, so that thermoelectric conversion having good thermoelectric properties without impairing the original properties of the substance. The material can be manufactured.

【0052】[0052]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例および比較
例を示して、本発明をさらに詳細に説明するが、本発明
はこれらの例に限定されるものではない。 (実施例1)Co粉末およびSb粉末(いずれも純度9
9.9%、粒径325メッシュ以下)と、純度99%、
粒径325メッシュ以下のB粉末とを、原子当量比でC
o:Sb:B=1:3:1の割合となるように混合し
た。得られた混合物をVミキサーを用いて十分攪拌した
後、混合粉末をアルミナ管に収容し、さらに石英管中に
真空封入した。この際、真空度は1×10-6Paであっ
た。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present invention is described in more detail below by showing Examples and Comparative Examples of the present invention, but the present invention is not limited to these Examples. (Example 1) Co powder and Sb powder (purity 9
9.9%, particle size 325 mesh or less) and purity 99%,
B powder having a particle size of 325 mesh or less is mixed with C in an atomic equivalent ratio.
The mixture was mixed at a ratio of o: Sb: B = 1: 3: 1. The obtained mixture was sufficiently stirred using a V mixer, then the mixed powder was placed in an alumina tube and further vacuum-sealed in a quartz tube. At this time, the degree of vacuum was 1 × 10 −6 Pa.

【0053】次いで、封入した石英管を873Kで24
時間予備熱処理することにより固相反応させた。固相反
応により凝集した反応物を瑪瑙乳鉢を用いて粉砕して再
度粉末状にした後、ホットプレスによりその物質の融点
以下の温度で焼結した。このときの焼結条件は、1×1
-6Paの真空中でプレス圧力40MPa、873K、
1時間とした。作製した試料の密度を測定したところ、
理論密度の99%以上であった。
Then, the enclosed quartz tube was placed at 873K for 24 hours.
A solid phase reaction was carried out by pre-heat treatment for an hour. The reaction product agglomerated by the solid phase reaction was pulverized using an agate mortar to re-powder, and then sintered by hot pressing at a temperature below the melting point of the substance. The sintering conditions at this time are 1 × 1
Press pressure 40 MPa, 873K, in a vacuum of 0 -6 Pa,
It was one hour. When the density of the prepared sample was measured,
It was 99% or more of the theoretical density.

【0054】この焼結体を断面積2cm2 ,高さ1c
mの円柱状に加工した後、低温側を40Kに固定し高温
側を徐々に加熱することにより温度差を与え、開放端電
圧と内部抵抗を測定した。測定した値からその物質のゼ
ーベック係数αおよび比抵抗ρを測定したところ次のと
おりであった。
This sintered body had a cross-sectional area of 2 cm 2 and a height of 1 c.
After being processed into a cylindrical shape of m, the low temperature side was fixed at 40 K and the high temperature side was gradually heated to give a temperature difference, and the open circuit voltage and the internal resistance were measured. The Seebeck coefficient α and the specific resistance ρ of the substance were measured from the measured values and were as follows.

【0055】 次いで、レーザーフラッシュ法により熱伝導率κを測定
した結果、350Kにおいてκ=8.0[W/mK]、
700Kにおいてκ=3.9[W/mK]であった。
[0055] Then, the thermal conductivity κ was measured by the laser flash method. As a result, κ = 8.0 [W / mK] at 350K,
At 700 K, κ = 3.9 [W / mK].

【0056】以上の結果から、本実施例の熱電変換材料
の熱電性能指数Zは350KにおいてZ=0.001058[K
-1],700KにおいてZ=0.001846[K-1]となる。
したがって、無次元性能指数ZTは、350Kにおいて
ZT=0.3703、700KにおいてZT=1.29
2となる。40K〜1000Kまでを1回の測定とし、
30回の測定を繰り返したが、その特性に変化は見られ
なかった。また、1000Kにおいて1時間保持した後
に同様の測定を行っても特性に変化は見られなかった。
From the above results, the thermoelectric figure of merit Z of the thermoelectric conversion material of this example is 350 = 350K, Z = 0.001058 [K
−1 ], at 700 K, Z = 0.001846 [K −1 ].
Therefore, the dimensionless figure of merit ZT is ZT = 0.3703 at 350K and ZT = 1.29 at 700K.
It becomes 2. 40K to 1000K is one measurement,
The measurement was repeated 30 times, but no change was observed in the characteristics. Further, no change was observed in the characteristics even when the same measurement was carried out after holding at 1000 K for 1 hour.

【0057】一方、本実施例の比較例として、B粉末を
添加しない以外は上述と同様の手法でCoSb3 化合
物を作製し、ゼーベック係数,比抵抗および熱伝導率を
測定したところ、350Kおよび700Kにおいて、そ
れぞれ以下のとおりであった。
On the other hand, as a comparative example of this example, a CoSb 3 compound was prepared in the same manner as described above except that the B powder was not added, and the Seebeck coefficient, the specific resistance and the thermal conductivity were measured and found to be 350K and 700K. The following were each.

【0058】 以上の結果から、この材料の性能指数Zは350Kにお
いてZ= 0.0002893[K-1],700KにおいてZ=
0.0003353[K-1]となる。したがって、無次元性能指
数ZTは350KにおいてZT=0.1013,700
KにおいてZT=0.2347となり、B粉末を添加し
た本発明の熱電変換材料の方が優れた熱電特性を示すこ
とがわかった。 (実施例2)Sb粉末を、純度99.9%、粒径325
メッシュ以下のP粉末に変更する以外は、前述の実施例
1と同様にして原料粉末を混合し、攪拌、熱処理して固
相反応させた。
[0058] From the above results, the figure of merit Z of this material is Z = 0.0002893 [K −1 ] at 350K and Z = at 700K.
It becomes 0.0003353 [K -1 ]. Therefore, the dimensionless figure of merit ZT is ZT = 0.0113,700 at 350K.
In K, ZT was 0.2347, and it was found that the thermoelectric conversion material of the present invention to which the B powder was added exhibited superior thermoelectric characteristics. (Example 2) Sb powder having a purity of 99.9% and a particle size of 325
The raw material powders were mixed, stirred and heat-treated in the same manner as in Example 1 except that the powder was changed to a P powder having a mesh size or smaller to cause a solid phase reaction.

【0059】次いで、上述の実施例1と同様にして焼結
体を作製し、その密度を測定した結果、理論密度の99
%以上を有していた。さらに、前述と同様にして作製し
た試料の開放端電圧と内部抵抗とを測定し、測定値から
その物質のゼーベック係数α、比抵抗ρ、および熱伝導
係数κを測定したところ、350Kおよび700Kにお
いてそれぞれ以下のとおりであった。
Then, a sintered body was prepared in the same manner as in Example 1 above, and its density was measured. As a result, the theoretical density of 99 was obtained.
% Or more. Further, the open end voltage and the internal resistance of the sample produced in the same manner as above were measured, and the Seebeck coefficient α, the specific resistance ρ, and the thermal conductivity coefficient κ of the substance were measured from the measured values, and at 350K and 700K. They were as follows.

【0060】 以上の結果から、この物質の熱電性能指数Zは350K
においてZ=0.0005696 [K-1],700KにおいてZ
= 0.001316 [K-1]となる。したがって、無次元性能
指数ZTは、350KにおいてZT=0.1994、7
00KにおいてZT=0.9211となる。40K〜1
000Kまでを1回の測定とし、30回の測定を繰り返
したが、その特性に変化は見られなかった。また、10
00Kにおいて1時間保持した後に同様の測定を行って
も特性に変化は見られなかった。
[0060] From the above results, the thermoelectric figure of merit Z of this substance is 350K
At Z = 0.0005696 [K −1 ], at 700K Z
= 0.001316 [K -1 ]. Therefore, the dimensionless figure of merit ZT is ZT = 0.1994,7 at 350K.
At 00K, ZT = 0.92111. 40K-1
The measurement was repeated 30 times up to 000K, but no change was observed in the characteristics. Also, 10
No change was observed in the characteristics even when the same measurement was performed after holding at 00K for 1 hour.

【0061】一方、本実施例の比較例として、B粉末を
添加しない以外は前述と同様の手法でCoP3 化合物
を作製し、ゼーベック係数,比抵抗および熱伝導率を測
定したところ、350Kおよび700Kにおいて、それ
ぞれ以下のとおりであった。
On the other hand, as a comparative example of this example, a CoP 3 compound was prepared in the same manner as described above except that the B powder was not added, and the Seebeck coefficient, the specific resistance and the thermal conductivity were measured. The following were each.

【0062】 以上の結果から、この材料の性能指数Zは350Kにお
いてZ=0.000098[K-1],700KにおいてZ= 0.0
003435[K-1]となる。したがって、無次元性能指数Z
Tは350KにおいてZT=0.0343,700Kに
おいてZT=0.2404となり、B粉末を添加した本
発明の熱電変換材料の方が優れた熱電特性を示すことが
わかった。 (実施例3)Co粉末およびSb粉末(いずれも純度9
9.9%,粒径325メッシュ以下)と、純度99.9
9%,粒径325メッシュ以下のC粉末とを原子当量比
でCo:Sb:C=24:72:4となるように割合で
混合した。得られた粉末を前述の実施例1と同様の手法
で攪拌した後、熱処理し、固相反応させた。
[0062] From the above results, the figure of merit Z of this material is Z = 0.000098 [K −1 ] at 350K and Z = 0.0 at 700K.
[0034] [K -1 ]. Therefore, the dimensionless figure of merit Z
T was ZT at 350K, 0.03 at 700K, and ZT was 0.2404 at 700K, and it was found that the thermoelectric conversion material of the present invention to which the B powder was added exhibits superior thermoelectric characteristics. (Example 3) Co powder and Sb powder (purity 9
9.9%, particle size 325 mesh or less) and purity 99.9
9% and C powder having a particle size of 325 mesh or less were mixed in a ratio such that Co: Sb: C = 24: 72: 4 in atomic equivalent ratio. The obtained powder was stirred in the same manner as in Example 1 above, then heat-treated, and solid-phase reacted.

【0063】固相反応して凝集した反応物を前述の実施
例1と同様の手法で粉砕して粉末状とし、さらに同様の
条件で焼桔して試料を作製して、その密度を測定したと
ころ、理論密度の99%以上であった。
The reaction product agglomerated by the solid phase reaction was pulverized in the same manner as in Example 1 to obtain a powder, which was then fired under the same conditions to prepare a sample, and its density was measured. However, it was 99% or more of the theoretical density.

【0064】この焼結体を断面積2cm2 ,高さ1cm
の円柱状に加工し、実施例1と同様にしてゼーベック係
数α、比抵抗ρ、および熱伝導率κを測定したところ、
350Kおよび700Kにおいて、それぞれ以下のとお
りであった。
This sintered body had a cross-sectional area of 2 cm 2 and a height of 1 cm.
When the Seebeck coefficient α, the specific resistance ρ, and the thermal conductivity κ were measured in the same manner as in Example 1,
At 350K and 700K, respectively, it was as follows.

【0065】 以上の結果から、本実施例の熱電変換材料の熱電性能指
数Zは350KにおいてZ= 0.0008066[K-1],70
0KにおいてZ=0.001451[K-1]となる。したがっ
て、無次元性能指数ZTは350KにおいてZT=0.
2823,700KにおいてZT=1.016となる。
40K〜1000Kまでを1回の測定とし、30回の測
定を繰り返したが、その特性に変化は見られなかった。
また、1000Kにおいて1時間保持した後に同様の測
定を行っても特性に変化は見られなかった。
[0065] From the above results, the thermoelectric figure of merit Z of the thermoelectric conversion material of this example is 350 = 350, and Z = 0.0008066 [K −1 ], 70
At 0K, Z = 0.001451 [K -1 ]. Therefore, the dimensionless figure of merit ZT is ZT = 0.
At 2823 and 700K, ZT = 1.016.
Although 40K to 1000K was set as one measurement and the measurement was repeated 30 times, no change was observed in the characteristics.
Further, no change was observed in the characteristics even when the same measurement was carried out after holding at 1000 K for 1 hour.

【0066】一方、本実施例の比較例として、C粉末を
添加しない以外は上述と同様の手法でCoSb3 化合
物を作製し、ゼーベック係数,比抵抗および熱伝導率の
測定を行ったところ、350Kおよび700Kにおいて
それぞれ以下のとおりであった。
On the other hand, as a comparative example of this example, a CoSb 3 compound was prepared in the same manner as above except that the C powder was not added, and the Seebeck coefficient, the specific resistance and the thermal conductivity were measured. And at 700 K were as follows respectively.

【0067】 以上の結果から、この材料の性能指数Zは350Kにお
いてZ= 0.0002893[K-1],700KにおいてZ=
0.0003353[K-1]となる。したがって、無次元性能指
数ZTは350KにおいてZT=0.1013,700
KにおいてZT=0.2347となり、C粉末を添加し
た本発明の熱電変換材料の熱電特性が無添加物質に比べ
優れていることがわかる。 (実施例4)Co粉末およびSb粉末(いずれも純度9
9.9%,粒径325メッシュ以下)を、原子当量比で
Co:Sb=1:3となるように割合で混合した。得ら
れた粉末を前述の実施例1と同様の手法で攪拌した後、
熱処理し、固相反応させた。
[0067] From the above results, the figure of merit Z of this material is Z = 0.0002893 [K −1 ] at 350K and Z = at 700K.
It becomes 0.0003353 [K -1 ]. Therefore, the dimensionless figure of merit ZT is ZT = 0.0113,700 at 350K.
In K, ZT = 0.2347, which shows that the thermoelectric properties of the thermoelectric conversion material of the present invention to which the C powder is added are superior to the non-added substance. (Example 4) Co powder and Sb powder (purity 9
9.9%, particle size 325 mesh or less) were mixed in a ratio such that Co: Sb = 1: 3 in atomic equivalent ratio. After stirring the obtained powder in the same manner as in Example 1 above,
It heat-processed and solid-phase-reacted.

【0068】固相反応して凝集した反応物を、真空圧を
1×10-5Paとする以外は実施例1と同様の手法で粉
砕して粉末状とし、さらに同様の条件で焼桔して試料を
作製して、その密度を測定したところ、理論密度の99
%以上であった。
The reaction product aggregated by the solid phase reaction was pulverized into a powder by the same method as in Example 1 except that the vacuum pressure was set to 1 × 10 −5 Pa, and further baked under the same conditions. A sample was prepared by measuring the density of the sample,
% Or more.

【0069】得られた試料に対し、10Paの酸素分圧
雰囲気中で1023K、1時間の熱処理を施した後、組
成分析を行なった結果、原子当量比でCo:Sb:O=
24.5:73.5:2であった。
The obtained sample was subjected to heat treatment at 1023 K for 1 hour in an oxygen partial pressure atmosphere of 10 Pa and then subjected to compositional analysis. As a result, the atomic equivalent ratio of Co: Sb: O =
It was 24.5: 73.5: 2.

【0070】この焼結体を断面積2cm2 ,高さ1c
mの円柱状に加工し、実施例1と同様にしてゼーベック
係数α、比抵抗ρ、および熱伝導率κを測定したとこ
ろ、350Kおよび700Kにおいて、それぞれ以下の
とおりであった。
This sintered body had a cross-sectional area of 2 cm 2 and a height of 1 c.
When processed into a columnar shape of m and the Seebeck coefficient α, the specific resistance ρ, and the thermal conductivity κ were measured in the same manner as in Example 1, they were as follows at 350K and 700K.

【0071】 以上の結果から、本実施例の熱電変換材料の熱電性能指
数Zは350KにおいてZ= 0.001013 [K-1],70
0KにおいてZ= 0.002167 [K-1]となる。したがっ
て、無次元性能指数ZTは350KにおいてZT=0.
3544,700KにおいてZT=1.517となる。
40K〜800Kまでを1回の測定とし、30回の測定
を繰り返したが、その特性に変化は見られなかった。ま
た、800Kにおいて1時間保持した後に同様の測定を
行っても特性に変化は見られなかった。
[0071] From the above result, the thermoelectric figure of merit Z of the thermoelectric conversion material of this example is Z = 0.01013 [K −1 ], 70 at 350K.
At 0K, Z = 0.002167 [K -1 ]. Therefore, the dimensionless figure of merit ZT is ZT = 0.
ZT = 1.517 is obtained at 3544 and 700K.
Although 40K to 800K was set as one measurement and the measurement was repeated 30 times, no change was observed in the characteristics. In addition, no change was observed in the characteristics even when the same measurement was performed after holding at 800 K for 1 hour.

【0072】一方、本実施例の比較例として、酸素雰囲
気中で熱処理をしない以外は前述と同様の手法でOを含
有しないCoSb 3 化合物を作製し、ゼーベック係
数,比抵抗および熱伝導率の測定を行ったところ、35
0Kおよび700Kにおいて、それぞれ以下のとおりで
あった。
On the other hand, as a comparative example of this example, a CoSb 3 compound containing no O was prepared by the same method as described above except that the heat treatment was not performed in an oxygen atmosphere, and the Seebeck coefficient, the specific resistance and the thermal conductivity were measured. I went to 35
At 0K and 700K, respectively, it was as follows.

【0073】 以上の結果から、この材料の性能指数Zは350Kにお
いてZ= 0.0002893[K-1],700KにおいてZ=
0.0003353[K-1]となる。したがって、無次元性能指
数ZTは350KにおいてZT=0.1013,700
KにおいてZT=0.2347となり、Oを含有する本
発明の熱電変換材料の熱電特性が無酸素物質に比べ優れ
ていることがわかった。 (実施例5)純度99.9999%のCoからなる外径
3mm、内径2.5mmの管状部材中に、純度99.9
999%、直径10〜44μmのSb粉末を原子当量で
Co:Sb=1:3となるように充填して棒状部材を得
た。
[0073] From the above results, the figure of merit Z of this material is Z = 0.0002893 [K −1 ] at 350K and Z = at 700K.
It becomes 0.0003353 [K -1 ]. Therefore, the dimensionless figure of merit ZT is ZT = 0.0113,700 at 350K.
In K, ZT was 0.2347, and it was found that the thermoelectric conversion material of the present invention containing O is superior to the oxygen-free substance. (Example 5) Purity of 99.9 in a tubular member made of Co having a purity of 99.9999% and having an outer diameter of 3 mm and an inner diameter of 2.5 mm.
Sb powder of 999% and a diameter of 10 to 44 μm was filled so as to have an atomic equivalent of Co: Sb = 1: 3 to obtain a rod-shaped member.

【0074】この棒状部材を線引き加工により直径10
0μmの針金状に加工した後、1×10-7Paの真空中
で873Kにおいて86.4ksの熱処理を施した。熱
処理後の針金状部材の断面をEDXにより組成分析した
ところ、全面均一に25at.%Co−75at.%S
bであり、CoあるいはSbが偏析、濃化した個所は見
当たらなかった。また、熱処理した部材を粉末状に粉砕
し、XRD分析をしたところ、この部材の構成相がCo
Sb3 化合物単相であることがわかった。
This rod-shaped member was drawn to have a diameter of 10
After processing into a wire of 0 μm, a heat treatment of 86.4 ks was performed at 873 K in a vacuum of 1 × 10 −7 Pa. When the composition of the cross section of the wire-like member after heat treatment was analyzed by EDX, it was found to be 25 at. % Co-75 at. % S
b, and no location where Co or Sb was segregated and concentrated was found. Moreover, when the heat-treated member was pulverized into powder and subjected to XRD analysis, it was found that the constituent phase of this member was Co.
It was found that the Sb 3 compound had a single phase.

【0075】こうして得られたCoSb3 化合物の熱電
特性をつかさどるゼーベック係数を測定した結果、37
3Kにおいて最大値を示し、その値は300μV/Kで
あった。
The Seebeck coefficient, which controls the thermoelectric properties of the CoSb 3 compound thus obtained, was measured and found to be 37
The maximum value was shown at 3K, and the value was 300 μV / K.

【0076】一方、本実施例の比較例として、粉末高温
焼結法によりCoとSbとの化合物を作製した。具体的
には、まず、Co粉末およびSb粉末(いずれも直径1
0〜44μm、純度99.9999%)をアトミック%
でCo:Sb=1:3となるように混合し、瑪瑙乳鉢中
で十分攪拌した。その後、1×10-7Paの真空中で1
×107 Paの圧力をかけながら、873Kにおいて8
6.4ksの熱処理を施した。熱処理した部材の断面を
EDXにより組成分析したところ、面内の中央部は25
at.%Co−75at.%Sbという目的の組成でと
なっていたが、表面に近づくにしたがってSbの濃度が
減少し、最表面ではSb濃度が著しく低下していた。
On the other hand, as a comparative example of this example, a compound of Co and Sb was prepared by a powder high temperature sintering method. Specifically, first, Co powder and Sb powder (both having a diameter of 1
0-44 μm, purity 99.9999%) atomic%
Then, they were mixed so that Co: Sb = 1: 3, and sufficiently stirred in an agate mortar. After that, 1 in a vacuum of 1 × 10 −7 Pa
8 at 873K while applying a pressure of × 10 7 Pa
A heat treatment of 6.4 ks was performed. When the composition of the cross section of the heat-treated member was analyzed by EDX, it was found that
at. % Co-75 at. Although the target composition was% Sb, the concentration of Sb decreased as it approached the surface, and the Sb concentration significantly decreased on the outermost surface.

【0077】また、熱処理した部材を粉末状に粉砕して
XRD分析をしたところ、CoSb3 相のほかCoS
2 相の存在が確認された。Sb量が減少するこの現象
は、熱処理中にSbが蒸発したためであると推察され
る。
When the heat-treated member was pulverized into powder and subjected to XRD analysis, it was found that CoSb 3 phase and CoS
The presence of the b 2 phase was confirmed. This phenomenon in which the amount of Sb decreases is presumed to be due to evaporation of Sb during the heat treatment.

【0078】こうして得られた物質の熱電特性をつかさ
どるゼーベック係数を測定した結果、403Kにおいて
最大値を示したが、その値は180μV/Kであり、本
発明の方法で製造された熱電変換材料と比べて熱電特性
が著しく劣っていた。 (実施例6)まず、純度99.9999%のCoと純度
99.9999%のIrとを用いて、50at.%Co
−50at.%Ir合金からなる外径3mm、内径2.
5mmの管状部材を作製した。一方、純度99.999
9%のAsとSb粉末を原子当量で1:1の配合比で混
合し、十分に攪拌して混合粉末を得、この混合粉末を先
の管状部材中に、アトミック%で(Co,Ir):(A
s,Sb)=1:3となるように充填して棒状部材を得
た。
As a result of measuring the Seebeck coefficient controlling the thermoelectric properties of the substance thus obtained, the maximum value was shown at 403 K, but the value was 180 μV / K, which was the same as that of the thermoelectric conversion material produced by the method of the present invention. The thermoelectric properties were remarkably inferior to those of the above. (Example 6) First, using Co of 99.9999% purity and Ir of 99.9999% purity, 50 at. % Co
-50 at. % Ir alloy, outer diameter 3 mm, inner diameter 2.
A 5 mm tubular member was prepared. On the other hand, purity 99.999
9% As and Sb powder were mixed at a mixing ratio of 1: 1 in atomic equivalent and thoroughly stirred to obtain a mixed powder, which was atomically (Co, Ir) in the tubular member. : (A
s, Sb) = 1: 3 was filled to obtain a rod-shaped member.

【0079】この棒状部材を線引き加工により直径10
0μmの針金状に加工した後、1×10-2Paのアルゴ
ン雰囲気中で873Kにおいて86.4ksの熱処理を
施した。熱処理した部材の断面をEDXにより組成分析
したところ、面内均一に12.5at.%Co−12.
5at.%Ir−37.5at.%As−37.5a
t.%Sbであり、Co,Ir,AsあるいはSbが偏
析、濃化した個所は見当たらなかった。
This rod-shaped member was drawn to a diameter of 10
After processing into a wire of 0 μm, a heat treatment of 86.4 ks was performed at 873 K in an argon atmosphere of 1 × 10 −2 Pa. When the composition of the cross section of the heat-treated member was analyzed by EDX, 12.5 at. % Co-12.
5 at. % Ir-37.5 at. % As-37.5a
t. % Sb, and no location where Co, Ir, As or Sb was segregated and concentrated was found.

【0080】また、熱処理した部材を粉末状に粉砕し、
XRD分析をしたところ、この部材の構成相がスクッテ
ルダイト構造を持つ(Co,Ir)(As,Sb)3
相であることがわかった。こうして得られた物質の熱電
特性をつかさどるゼーベック係数を測定した結果、42
3Kにおいて最大値を示し、その値は280μV/Kで
あった。
Further, the heat-treated member is pulverized into powder,
As a result of XRD analysis, it was found that the constituent phase of this member was a (Co, Ir) (As, Sb) 3 single phase having a skutterudite structure. The Seebeck coefficient, which controls the thermoelectric properties of the material thus obtained, was measured.
The maximum value was shown at 3K, and the value was 280 μV / K.

【0081】一方、本実施例の比較例として、粉末高温
焼結法によりCo,Ir,AsおよびSbの化合物を作
製した。具体的には、まず、Co粉末,Ir粉末,As
粉末およびSb粉末(いずれも直径10〜44μm、純
度99.9999%)をアトミック%でCo:Ir:A
s:Sb=1:1:3:3となるように混合し、瑪瑙乳
鉢中で十分攪拌して混合粉末を得た。次いで、得られた
混合粉末に1×10-2Paのアルゴン雰囲気中で1×1
7 Paの圧力をかけながら、873Kにおいて86.
4ksの熱処理を施した。
On the other hand, as a comparative example of this example, compounds of Co, Ir, As and Sb were produced by a powder high temperature sintering method. Specifically, first, Co powder, Ir powder, As
Powder and Sb powder (both diameter 10 to 44 μm, purity 99.9999%) in atomic% Co: Ir: A
The mixture was mixed so that s: Sb = 1: 1: 3: 3, and sufficiently mixed in an agate mortar to obtain a mixed powder. Then, 1 x 1 was added to the obtained mixed powder in an argon atmosphere of 1 x 10 -2 Pa.
While applying a pressure of 0 7 Pa, 86.
Heat treatment was performed for 4 ks.

【0082】熱処理後の部材の断面をEDXにより組成
分析したところ、面内の中央部は12.5at.%Co
−12.5at.%Ir−37.5at.%As−3
7.5at.%Sbという目的の組成となっていたが、
表面に近づくにしたがって、AsおよびSbの濃度が減
少し、最表面ではAsおよびSb濃度が著しく低下して
いた。
The composition of the cross section of the member after the heat treatment was analyzed by EDX. As a result, the central portion within the surface was 12.5 at. % Co
-12.5 at. % Ir-37.5 at. % As-3
7.5 at. Although the composition was intended to be% Sb,
The concentrations of As and Sb decreased as they approached the surface, and the As and Sb concentrations decreased significantly on the outermost surface.

【0083】また、熱処理した部材を粉末状に粉砕して
XRD分析をしたところ、スクッテルダイト構造を持つ
(Co,Ir)(As,Sb)3 相のほか(Co,I
r)(As,Sb)2 相の存在が確認された。Asある
いはSb量が減少するこの現象は、熱処理中にAsある
いはSbが蒸発したためであると推察される。
Further, the heat-treated member was pulverized into a powder form and subjected to XRD analysis. As a result, in addition to the (Co, Ir) (As, Sb) 3 phase having a skutterudite structure, (Co, I)
The presence of r) (As, Sb) 2 phase was confirmed. This phenomenon in which the amount of As or Sb decreases is presumed to be due to evaporation of As or Sb during the heat treatment.

【0084】こうして得られた物質の熱電特性をつかさ
どるゼーベック係数を測定したところ423Kにおいて
150μV/Kであり、先に示した本発明の方法により
製造された熱電変換材料に比べて、熱電特性が著しく劣
っていた。 (実施例7)純度99.9999%のIrで形成された
厚さ24.96μmの薄膜46枚と純度99.9999
%のSbで形成された厚さ205.05μmの薄膜45
枚とを用意し、表裏の表面がIrとなるように交互に積
層して、原子当量でIr:Sb=1:3となる厚さ約1
0mmの積層体を作製した。
The Seebeck coefficient, which controls the thermoelectric properties of the substance thus obtained, was measured and found to be 150 μV / K at 423 K, which is significantly higher than the thermoelectric conversion materials produced by the method of the present invention shown above. It was inferior. (Example 7) 46 thin films with a thickness of 24.96 μm formed of Ir with a purity of 99.9999% and a purity of 99.9999.
% Sb thin film 45 with a thickness of 205.05 μm
1 and 2 are prepared and are alternately laminated so that the front and back surfaces are Ir, and the atomic equivalent is Ir: Sb = 1: 3.
A 0 mm laminate was prepared.

【0085】作製した積層体を積層面に対して垂直に冷
間圧延することによって、約2.5mm厚さの積層体を
得、さらに、圧延後の積層体に1×10-7Paの真空中
で873Kにおいて86.4ksの熱処理を施した。熱
処理した部材の断面をEDXにより組成分析したとこ
ろ、面内均一に25at.%Ir−75at.%Sbで
あり、IrあるいはSbが偏析、濃化した個所は見当た
らなかった。
By cold rolling the produced laminated body perpendicularly to the laminating surface, a laminated body having a thickness of about 2.5 mm was obtained, and the laminated body after rolling was further subjected to a vacuum of 1 × 10 −7 Pa. Heat treatment was performed at 873K for 86.4ks. When the composition of the cross section of the heat-treated member was analyzed by EDX, it was found to be 25 at. % Ir-75 at. % Sb, and no portion where Ir or Sb was segregated and concentrated was found.

【0086】また、熱処理した部材を粉末状に粉砕して
XRD分析をしたところ、この部材の構成相がIrSb
3 単相であることがわかった。こうして得られた物質の
熱電特性をつかさどるゼーベック係数を測定した結果、
573Kにおいて最大値を示し、その値は260μV/
Kであった。
When the heat-treated member was pulverized into powder and subjected to XRD analysis, the constituent phase of this member was IrSb.
It was found to be 3 monophasic. As a result of measuring the Seebeck coefficient that controls the thermoelectric properties of the material thus obtained,
It shows the maximum value at 573K, and the value is 260μV /
It was K.

【0087】一方、本実施例の比較例として、粉末高温
焼結法によりIrとSbの化合物を作製した。具体的に
は、まず、Ir粉末およびSb粉末(いずれも直径10
〜44μm、純度99.9999%)を原子当量でI
r:Sb=1:3となるように混合し、瑪瑙乳鉢中で十
分攪拌して混合粉末を得た。次いで、この混合粉末に1
×10-7Paの真空中で1×107 Paの圧力をかけな
がら、873Kにおいて86.4ksの熱処理を施し
た。
On the other hand, as a comparative example of this example, a compound of Ir and Sb was produced by a powder high temperature sintering method. Specifically, first, Ir powder and Sb powder (both having a diameter of 10
˜44 μm, purity 99.9999%) in atomic equivalent I
The mixture was mixed so that r: Sb = 1: 3, and sufficiently mixed in an agate mortar to obtain a mixed powder. Then add 1 to this mixed powder.
While applying a pressure of 1 × 10 7 Pa in a vacuum of × 10 -7 Pa, it was heat-treated at 86.4ks at 873 K.

【0088】熱処理した部材の断面をEDXにより組成
分析したところ、面内の中央部は25at.%Ir−7
5at.%Sbという目的の組成となっていたが、表面
に近づくにしたがって、Sbの濃度が減少し、最表面で
はSb濃度が著しく低下していた。また、熱処理した部
材を粉末状に粉砕してXRD分析をしたところ、IrS
3 相のほかIrSb2 相の存在が確認された。Sb量
が減少するこの現象は、熱処理中にSbが蒸発したため
であると推察される。
When the composition of the cross section of the heat-treated member was analyzed by EDX, it was found that the in-plane central portion was 25 at. % Ir-7
5 at. Although the target composition was% Sb, the Sb concentration decreased as it approached the surface, and the Sb concentration significantly decreased on the outermost surface. In addition, when the heat-treated member was pulverized into powder and subjected to XRD analysis, it was found that IrS
The presence of the IrSb 2 phase in addition to the b 3 phase was confirmed. This phenomenon in which the amount of Sb decreases is presumed to be due to evaporation of Sb during the heat treatment.

【0089】こうして得られた材料の熱電特性をつかさ
どるゼーベック係数を測定した結果、593Kにおいて
最大値を示したが、その値は180μV/Kであり、先
に示した本発明の方法により作製した熱電変換材料に比
べて、熱電特性が著しく劣っていた。 (実施例8)CoとRh(いずれも純度99.9999
%)から作製した厚さ25.11μmの50at.%C
o−50at.%Rh合金薄膜46枚と、AsとSb
(いずれも純度99.9999%)から作製した厚さ1
60.55μmの50at.%As−50at.%Sb
薄膜45枚とを用意し、(Co,Rh)が表裏の表面と
なるように(As,Sb)と交互に積層して、原子当量
でCo:Rh:As:Sb=1:1:3:3となる厚さ
約8.4mmの積層体を作製した。作製した積層体に対
し、積層方向に垂直に冷間圧延を施して約2.0mm厚
さの積層体を得、さらに、圧延後の積層体に1×10-2
Paのアルゴン雰囲気中で873Kにおいて86.4k
sの熱処理を施した。
As a result of measuring the Seebeck coefficient which controls the thermoelectric properties of the material thus obtained, the maximum value was found at 593K, and the value was 180 μV / K, which was the thermoelectric element produced by the method of the present invention shown above. The thermoelectric properties were significantly inferior to the conversion material. (Example 8) Co and Rh (both having a purity of 99.9999)
%) With a thickness of 25.11 μm of 50 at. % C
o-50 at. 46% Rh alloy thin films, As and Sb
Thickness 1 made from (purity 99.9999% for each)
60.55 μm 50 at. % As-50 at. % Sb
45 thin films were prepared, and (As, Sb) were alternately laminated so that (Co, Rh) became the front and back surfaces, and Co: Rh: As: Sb = 1: 1: 3: in atomic equivalent. A laminated body having a thickness of about 8.4 mm was manufactured. The produced laminated body is cold-rolled perpendicularly to the laminating direction to obtain a laminated body having a thickness of about 2.0 mm, and the laminated body after rolling is further subjected to 1 × 10 -2.
86.4k at 873K in an argon atmosphere of Pa
s heat treatment.

【0090】熱処理した部材の断面をEDXにより組成
分析したところ、面内均一に12.5at.%Co−1
2.5at.%Rh−37.5at.%As−37.5
at.%Sbであり、Co,Rh,AsあるいはSbが
偏析、濃化した個所は見当たらなかった。また、熱処理
した部材を粉末状に粉砕してXRD分析をしたところ、
この部材の構成相がスクッテルダイト構造を持つ(C
o,Rh)(As,Sb)3 単相であることがわかっ
た。こうして得られた物質の熱電特性をつかさどるゼー
ベック係数を測定した結果、473Kにおいて最大値を
示し、その値は260μV/Kであった。
When the composition of the cross-section of the heat-treated member was analyzed by EDX, it was found to be uniformly 12.5 at. % Co-1
2.5 at. % Rh-37.5 at. % As-37.5
at. % Sb, and no location where Co, Rh, As or Sb was segregated and concentrated was found. Also, when the heat-treated member was pulverized into powder and subjected to XRD analysis,
The constituent phase of this member has a skutterudite structure (C
o, Rh) (As, Sb) 3 single phase was found. As a result of measuring the Seebeck coefficient controlling the thermoelectric properties of the thus obtained substance, the maximum value was shown at 473 K, and the value was 260 μV / K.

【0091】一方、本実施例の比較例として、粉末高温
焼結法によりCo,Rh,AsおよびSbの化合物を作
製した。具体的には、まず、Co粉末,Rh粉末,As
粉末およびSb粉末(いずれも直径10〜44μm、純
度99.999%)を原子当量でCo:Rh:As:S
b=1:1:3:3となるように混合し、瑪瑙乳鉢中で
十分攪拌して混合粉末を得た。その後、この混合粉末に
1×10-2Paのアルゴン雰囲気中で1×107 Paの
圧力をかけながら、873Kにおいて86.4ksの熱
処理を施した。
On the other hand, as a comparative example of this example, compounds of Co, Rh, As and Sb were prepared by a powder high temperature sintering method. Specifically, first, Co powder, Rh powder, As
Powder and Sb powder (both diameter 10-44 μm, purity 99.999%) in atomic equivalent Co: Rh: As: S
The mixture was mixed so that b = 1: 1: 3: 3, and sufficiently mixed in an agate mortar to obtain a mixed powder. Then, this mixed powder was subjected to a heat treatment of 86.4 ks at 873 K while applying a pressure of 1 × 10 7 Pa in an argon atmosphere of 1 × 10 -2 Pa.

【0092】熱処理した部材の断面をEDXにより組成
分析したところ、面内の中央部は12.5at.%Co
−12.5at.%Rh−37.5at.%As−3
7.5at.%Sbという目的の組成となっていたが、
表面に近づくにしたがって、AsおよびSbの濃度が減
少し、最表面ではAsおよびSb濃度が著しく低下して
いた。
When the composition of the cross section of the heat-treated member was analyzed by EDX, the central portion in the surface was 12.5 at. % Co
-12.5 at. % Rh-37.5 at. % As-3
7.5 at. Although the composition was intended to be% Sb,
The concentrations of As and Sb decreased as they approached the surface, and the As and Sb concentrations decreased significantly on the outermost surface.

【0093】また、熱処理した部材を粉末状に粉砕して
XRD分析をしたところ、スクッテルダイト構造を持つ
(Co,Rh)(As,Sb)3 相のほか(Co,R
h)(As,Sb)2 相の存在が確認された。Asある
いはSb量が減少するこの現象は、熱処理中にAsある
いはSbが蒸発したためであると推察される。
Further, when the heat-treated member was pulverized into powder and subjected to XRD analysis, it was found that in addition to the (Co, Rh) (As, Sb) 3 phase having a skutterudite structure, (Co, R
h) The presence of the (As, Sb) 2 phase was confirmed. This phenomenon in which the amount of As or Sb decreases is presumed to be due to evaporation of As or Sb during the heat treatment.

【0094】こうして得られた物質の熱電特性をつかさ
どるゼーベック係数を測定した結果、423Kにおいて
180μV/Kであり、先に示した本発明の方法により
作製した熱電変換材料に比べて、熱電特性が著しく劣っ
ていた。
The Seebeck coefficient, which controls the thermoelectric properties of the substance thus obtained, was measured and found to be 180 μV / K at 423 K, which is significantly higher than the thermoelectric conversion materials produced by the method of the present invention shown above. It was inferior.

【0095】[0095]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
低温から比較的高温までの広い温度範囲において優れた
熱電特性を示す熱電変換材料が提供される。かかる材料
は、冷却用素子のみならず、廃熱利用発電用にも利用で
きる高性能材料であり、その工業的価値は極めて大き
い。
As described above, according to the present invention,
Provided is a thermoelectric conversion material which exhibits excellent thermoelectric properties in a wide temperature range from low temperature to relatively high temperature. Such a material is a high-performance material that can be used not only for cooling elements but also for power generation using waste heat, and its industrial value is extremely large.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】CoSb3 系化合物の結晶構造であるスクッテ
ルダイト構造の模式図。
FIG. 1 is a schematic diagram of a skutterudite structure which is a crystal structure of a CoSb 3 compound.

【図2】本発明の方法で加工される棒状部材を示す斜視
図。
FIG. 2 is a perspective view showing a rod-shaped member processed by the method of the present invention.

【図3】図2に示した部材に線引き加工を施した後の針
金状部材を示す斜視図。
FIG. 3 is a perspective view showing a wire-shaped member after the member shown in FIG. 2 has been subjected to wire drawing.

【図4】本発明の熱電変換材料の一例を示す斜視図。FIG. 4 is a perspective view showing an example of a thermoelectric conversion material of the present invention.

【図5】図3に示した線引き加工後の部材を束ね合わせ
た状態を示す概略図。
5 is a schematic view showing a state in which the members after the wire drawing process shown in FIG. 3 are bundled together.

【図6】本発明の熱電変換材料の他の例を示す斜視図。FIG. 6 is a perspective view showing another example of the thermoelectric conversion material of the present invention.

【図7】本発明の方法で加工される積層部材を示す斜視
図。
FIG. 7 is a perspective view showing a laminated member processed by the method of the present invention.

【図8】図7に示した部材に圧延加工を施した後の状態
を示す斜視図。
8 is a perspective view showing a state after the member shown in FIG. 7 is rolled.

【図9】本発明の熱電変換材料の一例を示す斜視図。FIG. 9 is a perspective view showing an example of a thermoelectric conversion material of the present invention.

【図10】図8に示した部材を数枚重ね合わせた状態を
示す斜視図。
10 is a perspective view showing a state in which several members shown in FIG. 8 are stacked.

【図11】本発明の熱電変換材料の他の例を示す斜視
図。
FIG. 11 is a perspective view showing another example of the thermoelectric conversion material of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…低蒸気圧物質からなる管状部材 2…高蒸気圧物質 3…棒状部材 4…針金状部材 5…本発明の熱電変換材料 6…針金状部材4の集合体 7…本発明の熱電変換材料 10…低蒸気圧物質薄膜 11…高蒸気圧物質薄膜 12…薄膜積層体 13…薄膜圧延体 14…本発明の熱電変換材料 15…薄膜積層体12の積層体 16…本発明の熱電変換材料 1. Tubular member made of low vapor pressure substance 2 ... High vapor pressure substance 3 ... Bar-shaped member 4 ... Wire-like member 5 ... Thermoelectric conversion material of the present invention 6 ... Aggregate of wire-like members 4 7 ... Thermoelectric conversion material of the present invention 10 ... Low vapor pressure substance thin film 11 ... High vapor pressure substance thin film 12 ... Thin film laminate 13 ... Thin film rolling body 14 ... Thermoelectric conversion material of the present invention 15 ... Laminate of thin film laminate 12 16 ... Thermoelectric conversion material of the present invention

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B21B 1/22 B21C 1/00 B32B 15/01 H01L 35/34 Continuation of front page (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) B21B 1/22 B21C 1/00 B32B 15/01 H01L 35/34

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 Co,RhおよびIrからなる群から選
択された少なくとも1種類の第1の元素と、P,Asお
よびSbからなる群から選択された少なくとも1種類の
第2の元素と、B,C,NおよびOからなる群から選択
された少なくとも1種類の軽元素とを含有し、前記軽元
素の含有量は0.001at%以上であることを特徴と
する熱電変換材料。
1. At least one first element selected from the group consisting of Co, Rh and Ir, at least one second element selected from the group consisting of P, As and Sb, and B. , C, N and O, and at least one light element selected from the group consisting of C, N and O, and the content of the light element is 0.001 at% or more.
【請求項2】 Co,RhおよびIrからなる群から選
択された少なくとも1種類の第1の元素により構成され
た管状部材中に、P,AsおよびSbからなる群から選
択された少なくとも1種類の第2の元素から構成される
物質を充填して棒状部材を得る工程、 前記棒状部材を線引き加工して針金状部材を得る工程、
および前記針金状部材に熱処理を施す工程を具備する熱
電変換材料の製造方法。
2. A tubular member composed of at least one first element selected from the group consisting of Co, Rh and Ir, and at least one selected from the group consisting of P, As and Sb. Filling a substance composed of the second element to obtain a rod-shaped member, drawing the rod-shaped member to obtain a wire-shaped member,
And a method for producing a thermoelectric conversion material, which comprises a step of subjecting the wire-shaped member to heat treatment.
【請求項3】 Co、RhおよびIrからなる群から選
択された少なくとも1種類の第1の元素で形成された薄
膜と、P、AsおよびSbから選ばれる少なくとも1種
類の第2の元素で形成された薄膜とを積層し、前記第1
の元素で形成された薄膜が表面となる積層体を得る工
程、 前記積層体に圧延加工を施す工程、および前記圧延加工
後の積層体に熱処理を施す工程を具備する熱電変換材料
の製造方法。
3. A thin film formed of at least one kind of first element selected from the group consisting of Co, Rh and Ir, and at least one kind of second element selected from P, As and Sb. The laminated thin film, and the first
A method for producing a thermoelectric conversion material, comprising: a step of obtaining a laminated body having a thin film formed of the element as a surface, a step of rolling the laminated body, and a step of heat-treating the laminated body after the rolling.
JP06119997A 1997-03-14 1997-03-14 Thermoelectric conversion material and method for producing the same Expired - Fee Related JP3477019B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP06119997A JP3477019B2 (en) 1997-03-14 1997-03-14 Thermoelectric conversion material and method for producing the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP06119997A JP3477019B2 (en) 1997-03-14 1997-03-14 Thermoelectric conversion material and method for producing the same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH10256611A JPH10256611A (en) 1998-09-25
JP3477019B2 true JP3477019B2 (en) 2003-12-10

Family

ID=13164282

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP06119997A Expired - Fee Related JP3477019B2 (en) 1997-03-14 1997-03-14 Thermoelectric conversion material and method for producing the same

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3477019B2 (en)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2223573C2 (en) 1999-06-02 2004-02-10 Асахи Касеи Кабусики Кайся Thermoelectric material and method for its manufacture
JP2012023201A (en) * 2010-07-14 2012-02-02 Toyota Motor Corp Manufacturing method of thermoelectric conversion material
KR101772392B1 (en) * 2016-12-13 2017-08-29 한국세라믹기술원 Thermoelectric element for preventing oxidation and volatilization and manufacturing method of the same

Also Published As

Publication number Publication date
JPH10256611A (en) 1998-09-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8716589B2 (en) Doped lead tellurides for thermoelectric applications
Gao et al. Flux synthesis and thermoelectric properties of eco-friendly Sb doped Mg 2 Si 0.5 Sn 0.5 solid solutions for energy harvesting
US8785762B2 (en) Self-organising thermoelectric materials
TW200933940A (en) Extrusion process for preparing improved thermoelectric materials
KR101680763B1 (en) Thermoelectric materials, and thermoelectric module and thermoelectric device comprising same
JP5468554B2 (en) Semiconductor materials containing doped tin telluride for thermoelectric applications
US9847469B2 (en) Natural-superlattice-structured thermoelectric material
KR101663183B1 (en) Thermoelectric materials, and thermoelectric module and thermoelectric device comprising same
Ur et al. Solid-state syntheses and properties of Zn4Sb3 thermoelectric materials
Ivanov et al. Microstructure and thermoelectric properties of the medium-entropy block-textured BiSbTe1. 5Se1. 5 alloy
Murata et al. Magnetic-Field Dependence of Thermoelectric Properties of Sintered Bi 90 Sb 10 Alloy
Gu et al. Porosity induced thermoelectric performance optimization for antimony telluride
US6777609B2 (en) Thermoelectric conversion material and thermoelectric conversion device
Maekawa et al. Thermoelectric properties of perovskite type strontium ruthenium oxide
Lee et al. Improved carrier transport properties by I-doping in n-type Cu0. 008Bi2Te2. 7Se0. 3 thermoelectric alloys
US9419196B2 (en) Oxide nanoparticle-dispersed, chalcogenide-based, and phase-separated composite thermoelectric material
JP3477019B2 (en) Thermoelectric conversion material and method for producing the same
US8986566B2 (en) Thermoelectric material, thermoelectric device using the same, and method of manufacturing thereof
KR20100081914A (en) Thermoelectric materials, and thermoelectric module and thermoelectric apparatus comprising same
Gao et al. Study on the effect of Pb partial substitution for Te on the thermoelectric properties of La3Te4− xPbx materials
US3285019A (en) Two-phase thermoelectric body comprising a lead-tellurium matrix
JP3476343B2 (en) Thermoelectric conversion material
Bose et al. Role of grain alignment and oxide impurity in thermoelectric properties of textured n-type Bi–Te–Se alloy
Puneet et al. Thermoelectric properties and Kondo behavior in indium incorporated p-type Ce0. 9Fe3. 5Ni0. 5Sb12 skutterudites
JPWO2018123899A1 (en) Thermoelectric conversion material and thermoelectric conversion element

Legal Events

Date Code Title Description
FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20070926

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080926

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080926

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090926

Year of fee payment: 6

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees