JP3528222B2 - P型熱電材料およびp型熱電材料用合金 - Google Patents
P型熱電材料およびp型熱電材料用合金Info
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Description
や熱電発電素子の構成部材として利用されるP型熱電材
料用合金およびP型熱電材料に関する。特に、ビスマス
・テルル化合物(Bi2 Te3 )とアンチモン・テルル
化合物(Sb2 Te3 )またはビスマス・セレン化合物
(Bi2 Se3 )とを基本組成物とする固溶合金にドー
パントたる銀(Ag)を0.005〜0.2wt%添加し
て成るP型熱電材料用合金と、この合金の粉末を焼結成
形して成るP型熱電材料に関する。
たは(Bi2 Se3 )とを基本組成物とする固溶合金で
あるP型熱電材料用合金と、このP型熱電材料用合金の
粉末を焼結して成るP型熱電材料は公知であり、例えば
文献「熱電半導体とその応用」(上村欣一,西田勲夫の
共同著作、昭和63年12月20日、日刊工業新聞社発
行)に記載されている。
には、(Bi2 Te3 )1 (Sb2Te3 )X (ここ
に、X =0.5〜4である)、(Bi2 Te3 )Y (B
i2 Se3 )1 (ここに、Y =5〜20である)であ
り、代表例としては(Bi2 Te3 )1 (Sb2 T
e3 )3 、(Bi2 Te3 )9 (Bi2 Se3 )1 が挙
げられる。
電材料用合金の溶製材で成形されていた。この溶製材
は、Bi,Te,Sb,Seの各粉末を所定比率で調製
して成る混合粉末を石英管やパイレックスガラス管等の
容器内に真空密封し、加熱により溶融させて良く攪拌し
た後、一方向性凝固を行うことで得られていた。かかる
P型熱電材料は、高い性能指数Zを有する反面、へき開
性のために圧縮強度が低く((Bi2 Te3 )1 (Sb
2 Te3 )3 のものでは圧縮強度が1.2kg/c
m2 )、また一方向性凝固に長時間が必要で生産性が低
いと言う問題がある。
はSeの各粉末を所定比率で調整して成る混合粉末を石
英管やパイレックスガラス管等の容器内に真空密封し、
加熱により溶融させて良く攪拌し冷却して得たP型熱電
材料用合金(一方向性凝固をさせてないもの)の粉末を
焼結成形して成り、性能指数Zは溶製材ものよりも低い
が、圧縮強度および生産性は溶製材に比べて格段に高い
P型熱電材料の実用化が推進されている。
(Sb2 Te3 )または(Bi2 Se3 )とを基本組成
物とする固溶合金であるP型熱電材料用合金の粉末を焼
結成形して成るP型熱電材料の性能指数Zは高くても
2.2〜2.3である。
(Bi2 Te3 )と(Sb2 Te3 )または(Bi2 S
e3 )とを基本組成物とする固溶合金であるP型熱電材
料用合金の粉末を焼結成形して成るP型熱電材料であっ
て、性能指数Zが従来品よりも高いP型熱電材料を得る
ことを目的とする。
材料の焼結成形の粉末材料となるP型熱電材料用合金を
得ることを目的とする。
(Bi2 Te3 )と(Sb2 Te3 )または(Bi2 S
e3 )とを基本組成物とする固溶合金であるP型熱電材
料用合金の粉末を焼結成形して成るP型熱電材料の性能
指数Zを向上させるべく研究を重ねた様々な実験から、
固溶合金にドーパントを添加してないP型熱電材料用合
金の粉末を焼結成形してP型熱電材料を得る場合、製造
工程の雰囲気中の酸素量の多少により性能指数Zが影響
される(酸素量が多くなることで性能指数が低くなる)
ことを知見し、製造工程の雰囲気中の酸素量の影響を受
けにくい性質を与えることで性能指数Zの向上を試み、
この出願の発明を完成させたものである。
e3 )と(Sb2 Te3 )または(Bi2 Se3 )とを
基本組成物とする固溶合金にドーパントたるAgを0.
005〜0.2wt%添加して成る合金の粉末を焼結して
成ることを特徴とするP型熱電材料である。
e3 )と(Sb2 Te3 )または(Bi2 Se3 )とを
基本組成物とする固溶合金にドーパントたるAgを0.
005〜0.2wt%添加して成るP型熱電材料用合金で
ある。
05〜0.2wt%は(Bi2 Te3)1 (Sb2 T
e3 )X (ここに、X =0.5〜4である)、(Bi2
Te3 )Y (Bi2 Se3 )1 (ここに、Y =5〜20
である)なる固溶合金を対象とした値であり、(Bi2
Te3 )1 (Sb2 Te3 )X (ここに、X ≒3であ
る)、(Bi2 Te3 )Y (Bi2 Se3 )1 (ここ
に、Y ≒9である)の場合には0.008〜0.16wt
%が好ましい。
数Zが従来品よりも高い値を有する。
3 )3 の固溶合金、(Bi2 Te3)1 (Bi2 S
e3 )0.1 の固溶合金にAgを0.008〜0.16wt
%添加したP型熱電材料用合金(一方向性凝固はさせて
ない)を従来と同様にして作成し、これを従来と同様に
して粉末にし焼結成形したP型熱電材料は性能指数Zが
2.8〜3.1と言う高い値を示した。
合金作成時の真空度を10-6Torrから10-2Torrへ変更
することで性能指数Zが2.3〜1.9から1.3〜
1.1へ低下したのに対し、Agを添加した場合には合
金作成時の真空度を10-6Torrから10-2Torrへ変更し
ても性能指数Zは3.1〜2.9から3.0〜2.8へ
低下するのに止まった。
は、一方向性凝固をさせない状態でも性能指数Zが2.
4程度であるので、一方向性凝固をさせることにより性
能指数Zは焼結成形したP型熱電材料の性能指数値を越
えた高さとなり、P型熱電材料用の溶製材としても利用
できる。
型熱電材料用合金の実施例を以下に説明する。
例1〜6および比較例1,2は、(Bi2 Te3 )と
(Sb2 Te3 )とを基本組成物とする固溶合金である
P型熱電材料用合金(一方向性凝固はさせてない)と、
その粉末を焼結成形したP型熱電材料である。
いては、Bi,Te,Sbの粉末を表1に記載した基本
組成の固溶合金を得る配合割合に配合するとともにAg
粉末を0.008wt%添加して良く混合した混合粉末を
作り、この混合粉末を10-2Torrの真空状態下で石英管
内に封入し、700℃に加熱して混合粉末を溶融させ均
質化した後、冷却・固化させ、石英管を破壊して固化し
たP型熱電材料用合金を得た。
が100μm以下の粉末を得、この粉末を焼結成形して
P型熱電材料を得た。焼結は、500kg/cm2 の圧
力にて350℃で1時間行い、その後、200℃で5時
間後処理を行った。
α、および熱伝導率κを測定し、これらから性能指数Z
(Z=α2 ・σ/κ)を求めた。導電率σは交流四端子
法により測定し、熱電率αは焼結体の両端に40℃の温
度差をつけてそこに発生する起電圧をデジタルメーター
で測定し、また熱伝導率κはレーザーフラッシュ法によ
り測定した。
めた。
g添加量、合金作成時の真空度を表1に記載したように
したことだけが実施例1と異なる。
実施例1,2,4と異なり、比較例2はAgを添加しな
いことだけが実施例3と異なる。
1,2のP型熱電材料の性能指数が1.3〜2.3であ
るのに対して、実施例1〜6のP型熱電材料の性能指数
は2.5〜3.1と格段に向上している。
施例7〜12および比較例3,4は、(Bi2 Te3 )
と(Bi2 Se3 )とを基本組成物とする固溶合金であ
るP型熱電材料用合金(一方向性凝固はさせてない)
と、その粉末を焼結成形したP型熱電材料である。
いては、Bi,Te,Seの粉末を表2に記載した基本
組成の固溶合金を得る配合割合に配合するとともにAg
粉末を0.008wt%添加して良く混合した混合粉末を
作り、この混合粉末を10-2Torrの真空状態下で石英管
内に封入し、700°Cに加熱して混合粉末を溶融させ
均質化した後、冷却・固化させ、石英管を破壊して固化
したP型熱電材料用合金を得た。
が100μm以下の粉末を得、この粉末を実施例1〜6
と同じ条件で焼結成形してP型熱電材料を得た。
α、および熱伝導率κを測定し、これらから性能指数Z
(Z=α2 ・σ/κ)を実施例1〜6と同様にして求め
た。
Ag添加量、合金作成時の真空度を表2に記載したよう
にしたことだけが実施例1と異なる。比較例3は、Ag
を添加しないことだけが実施例7,8,10と異なり、
比較例4はAgを添加しないことだけが実施例9と異な
る。
3,4のP型熱電材料の性能指数が1.1〜1.9であ
るのに対して、実施例7〜12のP型熱電材料の性能指
数は2.5〜3.0と格段に向上している。
発明に係るP型熱電材料は、性能指数値が高く、圧縮強
度が大きく、且つ、製造コストが低い(一方向性凝固を
必要とせず、高い真空度を達成できる高価設備が不要と
なるため)。従って、熱電冷却素子や熱電発電素子の実
用化を促進できる。また、この出願の発明に係るP型熱
電材料用合金は、更に、一方向性凝固を行わせて高い性
能指数を有する溶製材としても利用でき、高い圧縮強度
を必要としない高性能のP型熱電材料を提供することが
できる。
Claims (2)
- 【請求項1】 ビスマス・テルル化合物(Bi2 T
e3 )とアンチモン・テルル化合物(Sb2 Te3 )ま
たはビスマス・セレン化合物(Bi2 Se3 )とを基本
組成物とする固溶合金にドーパントたる銀(Ag)を
0.005〜0.2wt%添加して成るP型熱電材料用合
金粉末を焼結成形して成ることを特徴とするP型熱電材
料。 - 【請求項2】 ビスマス・テルル化合物(Bi2 T
e3 )とアンチモン・テルル化合物(Sb2 Te3 )ま
たはビスマス・セレン化合物(Bi2 Se3 )とを基本
組成物とする固溶合金にドーパントたる銀(Ag)を
0.005〜0.2wt%添加して成るP型熱電材料用合
金。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP00253194A JP3528222B2 (ja) | 1994-01-14 | 1994-01-14 | P型熱電材料およびp型熱電材料用合金 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP00253194A JP3528222B2 (ja) | 1994-01-14 | 1994-01-14 | P型熱電材料およびp型熱電材料用合金 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH07211945A JPH07211945A (ja) | 1995-08-11 |
JP3528222B2 true JP3528222B2 (ja) | 2004-05-17 |
Family
ID=11531973
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP00253194A Expired - Lifetime JP3528222B2 (ja) | 1994-01-14 | 1994-01-14 | P型熱電材料およびp型熱電材料用合金 |
Country Status (1)
Country | Link |
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KR101063938B1 (ko) * | 2008-11-13 | 2011-09-14 | 한국전기연구원 | 중저온용 열전재료 |
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-
1994
- 1994-01-14 JP JP00253194A patent/JP3528222B2/ja not_active Expired - Lifetime
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