JP5564827B2 - Thermoelectric material manufacturing method and thermoelectric material - Google Patents

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Description

本発明は熱電材料に関する。   The present invention relates to a thermoelectric material.

従来、BiTe系の熱電材料など、菱面体結晶を含む熱電材料をECAP(Equal Channel Angular Pressing)などの塑性加工によって製造する技術が知られている。例えば、特許文献1にはECAPによって複数回の押出処理を行うことが開示されているとともに、押出処理によってせん断方向に結晶のc面が揃う旨が開示されている。また、非特許文献1にはECAPによって逆方向のせん断を起こさないように複数回の押出処理を行うと、立方体単位における歪みが押出処理の回数に伴って増大する旨が開示されている。   2. Description of the Related Art Conventionally, a technique for manufacturing a thermoelectric material including rhombohedral crystals, such as a BiTe-based thermoelectric material, by plastic working such as ECAP (Equal Channel Angular Pressing) is known. For example, Patent Document 1 discloses that the extrusion process is performed a plurality of times by ECAP, and that the c-planes of the crystals are aligned in the shear direction by the extrusion process. Further, Non-Patent Document 1 discloses that when extrusion processing is performed a plurality of times so as not to cause shearing in the reverse direction due to ECAP, distortion in a cubic unit increases with the number of extrusion processing.

特開2003−342613号公報JP 2003-342613 A

堀田善治,古川 稔,Terence G. Langdon,根本 實:「新しい組織制御法としての Equal-Channel Angular Pressing(ECAP)」,まてりあ 第37巻 第9号,1998, p. 767-774Yoshiharu Hotta, Atsushi Furukawa, Terence G. Langdon, Atsushi Nemoto: “Equal-Channel Angular Pressing (ECAP) as a New Organization Control Method”, Materia Vol. 37, No. 9, 1998, p. 767-774

従来の技術においては、ECAPによって正確にc面の配向方位を制御することができなかった。
すなわち、従来の技術においては、ECAPを繰り返すことによって、熱電材料に対し、金型の形状から特定されるせん断方向と同じ配向方位となるように配向性が付与されることを想定し(特許文献1)、または、ECAPを繰り返すことによって立方体単位における歪みに応じた配向方位となるように配向性が付与されることを想定していた(非特許文献1)。しかし、実際にECAPを繰り返して熱電材料を製造した場合、実際の配向方位は金型の形状から固定的に特定されるせん断方向とは異なる方向となり、立方体単位における歪みに応じた理論的な配向方位とも異なることが判明した。
In the conventional technique, the orientation orientation of the c-plane cannot be accurately controlled by ECAP.
That is, in the prior art, it is assumed that by repeating ECAP, the thermoelectric material is given orientation so as to have the same orientation as the shear direction specified from the shape of the mold (Patent Literature). 1) Or it was assumed that the orientation was given so that the orientation orientation according to the strain in the cubic unit was obtained by repeating ECAP (Non-patent Document 1). However, when a thermoelectric material is manufactured by actually repeating ECAP, the actual orientation direction is different from the shear direction fixedly determined from the shape of the mold, and the theoretical orientation according to the strain in the cubic unit. It turned out to be different from the direction.

本発明は、前記課題に鑑みてなされたもので、ECAPによって正確にc面の配向方位を制御して熱電材料を製造することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to manufacture a thermoelectric material by accurately controlling the orientation orientation of the c-plane by ECAP.

前記課題を解決するため、本発明では、ECAP法によって押出処理を複数回実行する過程において、加圧通路に材料を再投入する際の当該材料の姿勢(以下単に再投入姿勢とも呼ぶ)に対して対応づけられた特定の収束方位に菱面体結晶のc面を配向させた熱電材料を製造する。すなわち、本願の発明者は、ECAP法によって押出処理を複数回実行して製造される熱電材料において、配向方位が金型の幾何学的形状のみならず再投入姿勢に依存し、さらに、複数回の押出処理によって配向方位が特定の方位に収束することを明らかにした。そこで、本発明においては、再投入姿勢に対して予め特定の収束方位を対応づけておき、再投入姿勢に応じて当該特定の収束方位にc面が配向した熱電材料が製造されるとみなす。すなわち、実際にc面が配向する方位が予め特定の収束方位として正確に特定されているため、本発明によれば、ECAPによって正確にc面の配向方位を制御して熱電材料を製造することができる。   In order to solve the above problems, in the present invention, in the process of performing extrusion processing a plurality of times by the ECAP method, the posture of the material when the material is recharged into the pressure passage (hereinafter also simply referred to as the recharging posture). Thus, a thermoelectric material in which the c-plane of the rhombohedral crystal is oriented in a specific convergence direction that is associated with each other is manufactured. That is, the inventor of the present application, in the thermoelectric material manufactured by performing the extrusion process a plurality of times by the ECAP method, the orientation direction depends not only on the geometric shape of the mold but also on the re-injection posture, and It was revealed that the orientation orientation converges to a specific orientation by the extrusion process. Therefore, in the present invention, it is considered that a specific convergence direction is associated with the recharging posture in advance, and a thermoelectric material in which the c-plane is oriented in the specific convergence direction is manufactured according to the recharging posture. That is, since the orientation in which the c-plane is actually oriented is accurately specified in advance as a specific convergence orientation, according to the present invention, the thermoelectric material is manufactured by accurately controlling the orientation orientation of the c-plane by ECAP. Can do.

ここで、材料は菱面体結晶を含む熱電材料となる組成であればよい。すなわち、ECAP法によってせん断力を作用させながら押し出すことによって材料内の結晶のc面の向きを揃えることが可能な結晶構造を有する熱電材料であればよい。   Here, the material should just be a composition used as the thermoelectric material containing a rhombohedral crystal. That is, any thermoelectric material having a crystal structure that can align the orientation of the c-plane of the crystal in the material by extruding while applying a shearing force by the ECAP method may be used.

金型は、ECAP法による押出処理を実行可能な金型であればよい。すなわち、加圧軸と押出軸とが異なる(一軸上にない)ことによって、加圧軸周りの加圧通路から押出軸周りの押出通路に押し出される際に材料に対してせん断力を与えることができればよい。また、加圧軸に垂直な断面における加圧通路の形状や押出軸に垂直な断面における押出通路の形状は、断面における各通路の開口形状であり、本発明では当該開口形状が同一であることによってECAP法による押出処理が実現される。   The mold may be a mold that can perform extrusion processing by the ECAP method. That is, when the pressure shaft and the extrusion shaft are different (not on one axis), a shearing force is applied to the material when being pushed out from the pressure passage around the pressure shaft to the extrusion passage around the extrusion shaft. I can do it. Further, the shape of the pressurizing passage in the cross section perpendicular to the pressurizing axis and the shape of the extrusion passage in the cross section perpendicular to the extruding shaft are the opening shapes of the respective passages in the cross section. Thus, the extrusion process by the ECAP method is realized.

本発明においては、加圧軸に垂直な断面における加圧通路の形状と押出軸に垂直な断面における押出通路の形状とが同一であることに起因して、押出軸周りに材料を回転し、また、押し出される際に先頭となる部位を反転して再投入姿勢を決定し、再投入を行うことができる。すなわち、材料を加圧通路に再投入する際には、選択可能な複数の再投入姿勢のいずれかを選択して再投入を行うことになる。そこで、本発明においては、当該再投入姿勢に対して特定の収束方位を対応づける。   In the present invention, due to the fact that the shape of the pressure passage in the cross section perpendicular to the pressure axis and the shape of the extrusion passage in the cross section perpendicular to the extrusion axis are the same, the material is rotated around the extrusion axis, In addition, it is possible to determine the re-injection posture by reversing the leading portion when pushed out and perform re-injection. That is, when the material is reintroduced into the pressurizing passage, one of a plurality of selectable reintroduction postures is selected and reintroduced. Therefore, in the present invention, a specific convergence direction is associated with the re-input posture.

特定の収束方位は、材料内の菱面体結晶のc面の配向方位を示す特定の角度であり、基準の座標系において定義すればよい。例えば、金型において押出軸方向を含む直交座標系を基準の座標系として定義し、押出通路内で材料が押し出されている過程において押出軸からの角度を当該直交座標系にて定義する構成を採用可能である。また、特定の収束方位は、押出処理を繰り返した場合に現実的な回数で収束するc面の配向方位を示していればよい。すなわち、押出処理の回数の増加とともに角度が単調増加あるいは単調減少する(無限回の押出処理の回数で角度が収束する)のではなく、有限回数(例えば、2回あるいは3回)の繰り返しで配向方位が一定の角度に収束する場合に、その方位を特定の収束方位とすればよい。なお、再投入姿勢に対応する特定の収束方位は予め一個決められていれば良く、再投入姿勢の対称性に基づいて異なる値が設定される。   The specific convergence direction is a specific angle indicating the orientation direction of the c-plane of the rhombohedral crystal in the material, and may be defined in a reference coordinate system. For example, a configuration in which an orthogonal coordinate system including an extrusion axis direction in a mold is defined as a reference coordinate system, and an angle from the extrusion axis is defined in the orthogonal coordinate system in a process in which a material is extruded in an extrusion passage. It can be adopted. Moreover, the specific convergence direction should just show the orientation direction of c surface converged by a realistic frequency when an extrusion process is repeated. That is, the orientation does not monotonously increase or monotonously decrease (the angle converges by the infinite number of extrusion processes) as the number of extrusion processes increases, but is repeated by a finite number of times (for example, 2 times or 3 times). When the azimuth converges at a certain angle, the azimuth may be a specific convergence azimuth. It should be noted that one specific convergence direction corresponding to the re-filling posture may be determined in advance, and a different value is set based on the symmetry of the re-filling posture.

さらに、菱面体結晶のc面を配向させた状態は、熱電材料においてc面の向きが揃っているか否かを示す指標が一定の基準以上に揃っていることを示している状態であればよい。例えば、熱電材料を特定の方向に平行な方向で切断した断面のX%の面積を占める結晶において、基準の方向に対するc面の配向方位が特定の角度範囲内に含まれる場合に当該範囲内の配向方位の最頻値等を配向方位とする構成を採用可能である。ここで、Xや特定の角度範囲はc面の配向を示す指標として機能するように設定されれば良く、例えば、X=80、特定の角度範囲は10°〜25°程度の値を採用可能である。   Furthermore, the state where the c-plane of the rhombohedral crystal is oriented may be a state indicating that the index indicating whether the orientation of the c-plane is aligned in the thermoelectric material is equal to or greater than a certain reference. . For example, in a crystal occupying an area of X% of a cross section obtained by cutting a thermoelectric material in a direction parallel to a specific direction, the orientation direction of the c plane with respect to the reference direction is included in the specific angle range. It is possible to adopt a configuration in which the orientation value is the mode value of the orientation direction. Here, X or a specific angle range may be set so as to function as an index indicating the orientation of the c-plane. For example, X = 80 and a specific angle range of about 10 ° to 25 ° can be adopted. It is.

さらに、c面を特定の収束方位に配向させて熱電材料を製造する構成の例として、押出処理を複数回実行した場合の理論配向方位と異なる収束方位にc面が配向するとみなす構成を採用しても良い。例えば、加圧軸と前記押出軸との交差角から押出処理を計N回(Nは整数)実行した場合の理論配向方位f(N)を特定しておき、Nが2以上の押出処理によって、収束方位がf(1)〜f(N−1)のいずれかである熱電材料を製造する構成を採用可能である。   Furthermore, as an example of a configuration in which the c-plane is oriented in a specific convergence direction and a thermoelectric material is manufactured, a configuration is adopted in which the c-plane is oriented in a convergence direction different from the theoretical orientation direction when the extrusion process is performed a plurality of times. May be. For example, the theoretical orientation azimuth f (N) when the extrusion process is executed a total of N times (N is an integer) from the intersection angle between the pressure axis and the extrusion axis is specified, and N is 2 or more by the extrusion process. In addition, it is possible to adopt a configuration for manufacturing a thermoelectric material whose convergence direction is any one of f (1) to f (N-1).

すなわち、金型の形状から理論的に配向方位を特定した場合にN回目の理論配向方位がf(N)として規定されても、実際の配向方位がN回より少ない1〜(N−1)回目の理論配向方位で規定されるとみなす。そして、f(1)〜f(N−1)のいずれかを収束方位として熱電材料を製造する。例えば、Nが3以上の押出処理において、f(1)またはf(2)を収束方位とする構成を採用可能である。   That is, when the orientation orientation is theoretically specified from the shape of the mold, even if the Nth theoretical orientation orientation is defined as f (N), the actual orientation orientation is less than N 1 to (N−1). It is considered that it is defined by the theoretical orientation orientation of the second time. Then, the thermoelectric material is manufactured with any one of f (1) to f (N-1) as the convergence direction. For example, in the extrusion process in which N is 3 or more, a configuration in which f (1) or f (2) is a convergence direction can be employed.

さらに、より具体的な構成として、押出通路内における材料の押出軸に平行な方向の向きと押出軸周りの角度とが(N−1)回目およびN回目の押出処理において同一である場合(いわゆるルートA:非特許文献1参照)、Nが3以上の押出処理によって、菱面体結晶のc面の収束方位がf(2)である熱電材料を製造する構成としても良い。すなわち、いわゆるルートAの場合には、Nが3回以上の押出処理を行ったとしても、収束方位が単調変化せず、押出処理を2回行った場合の理論配向方位に収束するとみなす。   Furthermore, as a more specific configuration, the direction in the direction parallel to the extrusion axis of the material in the extrusion passage and the angle around the extrusion axis are the same in the (N-1) th and Nth extrusion processes (so-called Route A: see Non-Patent Document 1), a thermoelectric material in which the convergence orientation of the c-plane of the rhombohedral crystal is f (2) may be manufactured by an extrusion process in which N is 3 or more. In other words, in the case of the so-called route A, even if N is extruded three times or more, the convergence direction does not change monotonously and is considered to converge to the theoretical orientation direction when the extrusion process is performed twice.

なお、(N−1)回目とN回目の押出処理において押出方向の前方に位置する部分が一致している場合、押出軸に平行な方向の向きは同一であり、(N−1)回目とN回目の押出処理において押出方向の前方に位置する部分が一致していない場合、押出軸に平行な方向の向きは逆である。また、(N−1)回目とN回目の押出処理において押出軸から見た材料中の基準部分の押出軸を中心とした回転角度を比較すれば、(N−1)回目とN回目の押出処理における押出軸周りの角度を定義することができる。   In addition, in the (N-1) -th and N-th extrusion processes, when the portions located in the forward direction of the extrusion direction match, the directions in the direction parallel to the extrusion axis are the same, and the (N-1) -th time In the N-th extrusion process, when the portions located in the front in the extrusion direction do not match, the direction in the direction parallel to the extrusion axis is reversed. Further, in the (N-1) -th and N-th extrusion processes, if the rotation angles around the extrusion shaft of the reference portion in the material viewed from the extrusion shaft are compared, the (N-1) -th and N-th extrusions An angle around the extrusion axis in the process can be defined.

また、押出通路内における材料の押出軸に平行な方向の向きが(N−1)回目およびN回目の押出処理において逆であり、押出通路内における材料の押出軸周りの角度が(N−1)回目およびN回目の押出処理において180°異なる場合、Nが2以上の押出処理によって、菱面体結晶のc面の収束方位がf(1)である熱電材料を製造する構成としても良い。すなわち、このルートの場合には、Nが2回以上の押出処理を行ったとしても、収束方位が単調変化せず、押出処理を1回行った場合の理論配向方位に収束するとみなす。   Also, the direction of the material in the extrusion passage in the direction parallel to the extrusion axis is opposite in the (N-1) -th and N-th extrusion processes, and the angle around the extrusion axis of the material in the extrusion passage is (N-1). ) When the first and N-th extrusion processes differ by 180 °, a thermoelectric material in which the convergence orientation of the c-plane of the rhombohedral crystal is f (1) may be manufactured by an extrusion process in which N is 2 or more. That is, in the case of this route, even if N is extruded twice or more, the convergence direction does not change monotonously, and is considered to converge to the theoretical orientation direction when the extrusion process is performed once.

さらに、押出通路内における材料の押出軸に平行な方向の向きが(N−1)回目およびN回目の押出処理において逆であり、押出通路内における材料の押出軸周りの角度が(N−1)回目およびN回目の押出処理において同一である場合、Nが奇数の押出処理によって菱面体結晶のc面の収束方位がf(1)である熱電材料を製造し、または、Nが偶数の押出処理によって菱面体結晶のc面の収束方位が0°である熱電材料を製造する構成としても良い。   Furthermore, the direction in the direction parallel to the extrusion axis of the material in the extrusion passage is opposite in the (N-1) -th and N-th extrusion processes, and the angle around the extrusion axis of the material in the extrusion passage is (N-1). ) When the extrusion process is the same in the first and N-th extrusion processes, a thermoelectric material in which the c-plane convergence orientation of the rhombohedral crystal is f (1) is produced by an extrusion process in which N is an odd number, or an extrusion in which N is an even number It is good also as a structure which manufactures the thermoelectric material whose convergence direction of c plane of a rhombohedral crystal is 0 degree by a process.

また、押出通路内における材料の押出軸に平行な方向の向きが(N−1)回目およびN回目の押出処理において同一であり、押出通路内における材料の押出軸周りの角度が(N−1)回目およびN回目の押出処理において180°異なる場合、Nが奇数の押出処理によって菱面体結晶のc面の収束方位がf(1)である熱電材料を製造し、または、Nが偶数の押出処理によって菱面体結晶のc面の収束方位が0°である熱電材料を製造する構成としても良い。   In addition, the direction in the direction parallel to the extrusion axis of the material in the extrusion passage is the same in the (N−1) -th and N-th extrusion processes, and the angle around the extrusion axis of the material in the extrusion passage is (N−1). ) When the first and N-th extrusion processes differ by 180 °, a thermoelectric material in which the convergence orientation of the c-plane of the rhombohedral crystal is f (1) is manufactured by an extrusion process with an odd number of N, or an extrusion with an even number of N It is good also as a structure which manufactures the thermoelectric material whose convergence direction of c plane of a rhombohedral crystal is 0 degree by a process.

さらに、上述のようにして製造した熱電材料においては、特定の収束方位にc面が揃っているため、c面の収束方位に平行および垂直な面を有する直方体となるように熱電材料を切断して熱電素子を製造しても良い。この構成によれば、直方体の面を電極とすることによって高い性能指数を利用することが可能である。また、得られた熱電素子を組み合わせて熱電変換モジュールとすれば、高性能の熱電変換モジュールを製造することができる。   Further, in the thermoelectric material manufactured as described above, since the c-plane is aligned in a specific convergence direction, the thermoelectric material is cut so as to be a rectangular parallelepiped having planes parallel and perpendicular to the convergence direction of the c-plane. A thermoelectric element may be manufactured. According to this configuration, a high figure of merit can be used by using a rectangular parallelepiped surface as an electrode. Moreover, if a thermoelectric conversion module is formed by combining the obtained thermoelectric elements, a high-performance thermoelectric conversion module can be manufactured.

熱電材料の製造方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the manufacturing method of a thermoelectric material. 金型の一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of a metal mold | die. 再投入姿勢を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating a re-injection attitude | position. 押出処理回数に対する配向度の変化を示すグラフである。It is a graph which shows the change of the orientation degree with respect to the frequency | count of an extrusion process.

ここでは、下記の順序に従って本発明の実施の形態について説明する。
(1)熱電材料の製造方法:
(2)押出処理の理論配向方位と特定の収束方位:
(3)実施例:
(3−1)ルートA:
(3−2)ルートC
(4)他の実施形態:
Here, embodiments of the present invention will be described in the following order.
(1) Thermoelectric material manufacturing method:
(2) Theoretical orientation direction and specific convergence direction of the extrusion process:
(3) Example:
(3-1) Route A:
(3-2) Route C * :
(4) Other embodiments:

(1)熱電材料の製造方法:
図1は、熱電材料の製造方法の一実施形態を示すフローチャートである。本実施形態においては、まず、BiTe系熱電材料の原料となる元素を秤量して溶融し、インゴットを作成する(ステップS100)。すなわち、Bi,Sbからなる群から選択される少なくとも1種の元素と、Te,Seからなる群から選択される少なくとも1種の元素とのインゴットを秤量し、(Bi,Sb)(Te,Se)の組成とする。
(1) Thermoelectric material manufacturing method:
FIG. 1 is a flowchart showing an embodiment of a method for producing a thermoelectric material. In the present embodiment, first, an element that is a raw material of the BiTe thermoelectric material is weighed and melted to create an ingot (step S100). That is, an ingot of at least one element selected from the group consisting of Bi and Sb and at least one element selected from the group consisting of Te and Se is weighed, and (Bi, Sb) 2 (Te, Se) The composition is 3 .

秤量後には、各種手段によってこれらの元素を一旦溶融して冷却することにより、所望組成の合金のインゴットを作成する。次に、当該合金のインゴットをロール型液体急冷法によって急冷し、薄膜状の粉末を作成する(ステップS105)。すなわち、合金のインゴットを溶融させ、回転するロールに吹き付けることによって薄膜状の粉末とする。むろん、液体急冷の手法としては単ロール法でもよいし、双ロール法でもよい。また、秤量した各元素を溶融した後、冷却してインゴットにする工程を省略し、溶融状態の合金を液体急冷してもよい。   After weighing, these elements are once melted and cooled by various means, thereby producing an alloy ingot having a desired composition. Next, the ingot of the alloy is rapidly cooled by a roll type liquid quenching method to produce a thin film powder (step S105). That is, an alloy ingot is melted and sprayed onto a rotating roll to form a thin film powder. Of course, the liquid quenching method may be a single roll method or a twin roll method. Further, after melting each weighed element, the step of cooling to ingot may be omitted, and the molten alloy may be liquid quenched.

合金の粉末材料が準備されると、図示しないチャンバー内で当該粉末を金型にセットする(ステップS110)。図2は、ECAP法による押出処理を実施するための金型の一例を示す模式図である。この実施形態において、金型10は直方体であり、面11に長方形の穴11aが形成され、面11に隣接する面12に長方形の穴12aが形成されている。穴11aは、面11における開口部から当該面11に対して垂直な方向に形成されており、金型10の内部の所定位置まで延びている。また、穴12aは、面12における開口部から当該面12に対して垂直な方向に形成されており、金型10の内部にて穴11aとつながっている。   When an alloy powder material is prepared, the powder is set in a mold in a chamber (not shown) (step S110). FIG. 2 is a schematic diagram showing an example of a mold for performing an extrusion process by the ECAP method. In this embodiment, the mold 10 is a rectangular parallelepiped, and a rectangular hole 11 a is formed in the surface 11, and a rectangular hole 12 a is formed in the surface 12 adjacent to the surface 11. The hole 11 a is formed from the opening in the surface 11 in a direction perpendicular to the surface 11 and extends to a predetermined position inside the mold 10. The hole 12 a is formed in a direction perpendicular to the surface 12 from the opening in the surface 12, and is connected to the hole 11 a inside the mold 10.

本実施形態においては、穴11aが延びて金型10内に形成する内壁が加圧通路11bを構成し、穴12aが延びて金型10内に形成する内壁が押出通路12bとなる。また、加圧通路11bの中央において加圧通路11bが延びる方向と同一方向に延びる仮想的な直線を加圧軸と呼び、押出通路12bの中央において押出通路12bが延びる方向と同一方向に延びる仮想的な直線を押出軸と呼ぶ。本実施形態においては、加圧軸と押出軸とが直交しており、図2においては加圧軸をZ軸として示し、押出軸をX軸として示している。また、Z軸およびX軸に垂直な方向にY軸を設定し、各軸の交点を原点とする。なお、加圧通路11bにおける材料の加圧方向はZ軸の向きと逆向きであり、押出通路12bにおける材料の押出方向はX軸の向きと同一である。   In the present embodiment, the inner wall formed in the mold 10 by extending the hole 11a constitutes the pressurizing passage 11b, and the inner wall formed in the mold 10 by extending the hole 12a becomes the extrusion passage 12b. An imaginary straight line extending in the same direction as the direction in which the pressurizing passage 11b extends in the center of the pressurizing passage 11b is called a pressurizing shaft, and a virtual line extending in the same direction as the direction in which the extruding passage 12b extends in the center of the extrusion passage 12b. A straight line is called an extrusion shaft. In the present embodiment, the pressure axis and the extrusion axis are orthogonal to each other. In FIG. 2, the pressure axis is indicated as the Z axis, and the extrusion axis is indicated as the X axis. Also, the Y axis is set in a direction perpendicular to the Z axis and the X axis, and the intersection of each axis is set as the origin. The pressing direction of the material in the pressurizing passage 11b is opposite to the direction of the Z axis, and the extruding direction of the material in the extrusion passage 12b is the same as the direction of the X axis.

すなわち、金型10は、加圧通路11b側に加圧対象の材料をセットして加圧し、押出通路12bを通して材料を押し出す押出処理を行うことが可能である。さらに、加圧軸に垂直な方向の加圧通路11bの断面は穴11aと同形、押出軸に垂直な方向の押出通路12bの断面は穴12aと同形であるとともに、穴11aと穴12aも同形である。従って、金型10を用いてECAP法による押出処理を行うことが可能である。   That is, the mold 10 can perform an extrusion process in which a material to be pressurized is set and pressurized on the pressure passage 11b side and the material is pushed out through the extrusion passage 12b. Further, the cross section of the pressurizing passage 11b in the direction perpendicular to the pressurizing shaft has the same shape as the hole 11a, the cross section of the pushout passage 12b in the direction perpendicular to the extruding shaft is the same shape as the hole 12a, and the holes 11a and 12a have the same shape. It is. Therefore, it is possible to perform extrusion processing by the ECAP method using the mold 10.

ステップS110においては、当該ECAP法による押出処理を行うために、薄膜の厚さ方向に整列するように材料を積層する。すなわち、ロール急冷法で作成された薄膜状の粉末は膜厚方向に平行な方向にc面が揃っているため、薄膜の厚さ方向に整列するように積層することにより、押出処理の際の変形抵抗が低減され、押出処理における加工圧力を低減することができる。   In step S110, in order to perform the extrusion process by the ECAP method, materials are laminated so as to be aligned in the thickness direction of the thin film. That is, since the c-plane is aligned in the direction parallel to the film thickness direction in the thin film-like powder prepared by the roll quenching method, by laminating so as to align in the thickness direction of the thin film, The deformation resistance is reduced, and the processing pressure in the extrusion process can be reduced.

粉末を金型10にセットすると、前記チャンバー内を真空引きし、真空引きが完了した後にチャンバー内にアルゴンガスを導入する(ステップS115)。すなわち、金型10の雰囲気をアルゴンガスに置換する。この後、図示しないヒータによって金型10を加熱し(ステップS120)、金型10を予め決められた設定温度に設定する。本実施形態において、この設定温度は材料の融点より100℃低い温度〜融点より20℃低い温度の範囲で設定される。   When the powder is set in the mold 10, the inside of the chamber is evacuated, and after the evacuation is completed, argon gas is introduced into the chamber (step S115). That is, the atmosphere of the mold 10 is replaced with argon gas. Thereafter, the mold 10 is heated by a heater (not shown) (step S120), and the mold 10 is set to a predetermined set temperature. In the present embodiment, this set temperature is set in a range from a temperature 100 ° C. lower than the melting point of the material to a temperature 20 ° C. lower than the melting point.

金型10が設定温度に達したら、図示しないプランジャで加圧通路11b内の材料を押すことによってECAP法による押出処理を実行する(ステップS125)。すなわち、材料に対してせん断力を与えながら予め決められた押出速度で押出処理を行う。当該押出処理によれば、材料の菱面体結晶のc面が揃ったバルク材料を製造することができ、これ以降、バルク材料を加圧通路11bに再投入してECAP法による押出処理を繰り返すことにより特定の収束方位にc面を配向させた熱電材料を製造することになる。   When the mold 10 reaches the set temperature, an extrusion process by the ECAP method is executed by pushing the material in the pressurizing passage 11b with a plunger (not shown) (step S125). That is, the extrusion process is performed at a predetermined extrusion speed while applying a shearing force to the material. According to the extrusion process, a bulk material in which the c-planes of the rhombohedral crystals of the material are aligned can be manufactured. Thereafter, the bulk material is reintroduced into the pressure passage 11b and the extrusion process by the ECAP method is repeated. Thus, a thermoelectric material in which the c-plane is oriented in a specific convergence direction is manufactured.

当該ECAP法による押出処理を繰り返すため、本実施形態においては、図示しない冷却機構によって金型10を冷却し(ステップS130)、材料を取り出し可能な温度まで金型10が冷却されると、金型10から当該材料20を取り出す(ステップS135)。本実施形態においては、予めECAP法による押出処理の繰り返し回数が決められており、既定回数の繰り返しが終了したか否かを判定し(ステップS140)、既定回数の繰り返しが終了していない場合には材料を加圧通路11bに再投入する(ステップS145)。   In order to repeat the extrusion process by the ECAP method, in this embodiment, the mold 10 is cooled by a cooling mechanism (not shown) (step S130), and the mold 10 is cooled to a temperature at which the material can be taken out. The material 20 is taken out from 10 (step S135). In this embodiment, the number of times of extrusion processing by the ECAP method is determined in advance, and it is determined whether or not the predetermined number of repetitions has been completed (step S140). Re-injects the material into the pressure passage 11b (step S145).

材料を加圧通路11bに再投入する際には、材料の姿勢が予め決められた再投入姿勢となるように調整する。本実施形態のように、長方形の穴11a,12aを有する金型10で押出処理を行う場合、4種類の再投入姿勢を想定し得る。図2においては、押出通路12b内を押し出される材料20を模式的に示しており、この例では、粉末材料の押出処理(1回目の押出処理)において押出通路12b内でZ軸に垂直であるとともにX軸およびY軸に平行な面のうち、上側(Z軸のプラス側)に位置する面を基準面とし、その頂点を頂点A,B,C,Dとして示している。   When the material is reintroduced into the pressurizing passage 11b, the material is adjusted so as to have a predetermined reintroduction posture. When the extrusion process is performed with the mold 10 having the rectangular holes 11a and 12a as in the present embodiment, four types of re-injection postures can be assumed. FIG. 2 schematically shows the material 20 to be extruded through the extrusion passage 12b. In this example, the material 20 is perpendicular to the Z axis in the extrusion passage 12b in the extrusion processing of the powder material (first extrusion processing). In addition, of the surfaces parallel to the X-axis and the Y-axis, the surface located on the upper side (the positive side of the Z-axis) is defined as a reference surface, and the vertexes are indicated as vertices A, B, C, and D.

4種類の再投入姿勢は、材料20が加圧通路11bに再投入される際の基準面および頂点A,B,C,Dによって特定可能である。すなわち、加圧通路11bに再投入される際に材料20の前方に位置する頂点は、頂点A,Dである場合と頂点B,Cである場合との2通りの場合があり得る。また、加圧通路11bに再投入されて押出通路12bに達した材料において基準面がX軸のプラス側に位置する場合とX軸のマイナス側に位置する場合の2通りの場合があり得る。従って、各場合の組み合わせによって4種類の再投入姿勢を選択し得る。むろん、押出処理において材料はせん断力によって歪むが、ここでは、基準面の大きさの変化を考慮することなく、先頭となる頂点の向きと基準面の回転角を考えている。なお、図2においては、材料が加圧通路11bに再投入される際に頂点A,Dが前方に位置し、押出通路12bに達した場合に基準面がXのプラス側に位置するような再投入姿勢の例を材料21として示している。また、当該材料21のような再投入姿勢をルートAと呼ぶ。   The four types of recharging postures can be specified by the reference plane and the vertices A, B, C, and D when the material 20 is recharged into the pressurizing passage 11b. That is, when the material 20 is re-entered into the pressurizing passage 11b, there are two cases where the vertexes located in front of the material 20 are the vertexes A and D and the vertexes B and C. There are two cases where the reference surface is located on the positive side of the X axis and the negative side of the X axis in the material that has been re-entered into the pressurizing passage 11b and reached the extrusion passage 12b. Therefore, four types of re-entry postures can be selected depending on the combination in each case. Of course, the material is distorted by the shearing force in the extrusion process, but here, the direction of the leading vertex and the rotation angle of the reference surface are considered without considering the change in the size of the reference surface. In FIG. 2, the apexes A and D are positioned forward when the material is re-entered into the pressurizing passage 11b, and the reference plane is positioned on the plus side of X when reaching the extrusion passage 12b. An example of the recharging posture is shown as the material 21. Further, the recharging posture like the material 21 is referred to as a route A.

ステップS145においては、当該4種類の再投入姿勢のうち、予め決められた再投入姿勢を選択して材料を加圧通路11bに再投入し、ステップS115を繰り返す。すなわち、特定の再投入姿勢によってECAP法による押出処理を繰り返す。一方、ステップS140で既定回数の繰り返しが終了したと判定される場合、押出処理後の材料には、再投入姿勢に応じた特定の収束方位に菱面体結晶のc面が配向している。従って、特定の収束方位に菱面体結晶のc面が配向した熱電材料が製造されたことになる。   In step S145, a predetermined recharging posture is selected from the four types of recharging postures, the material is recharged into the pressurizing passage 11b, and step S115 is repeated. That is, the extrusion process by the ECAP method is repeated with a specific re-input posture. On the other hand, when it is determined in step S140 that the predetermined number of repetitions have been completed, the c-plane of the rhombohedral crystal is oriented in a specific convergence direction corresponding to the re-input posture in the extruded material. Therefore, a thermoelectric material in which the c-plane of the rhombohedral crystal is oriented in a specific convergence direction is manufactured.

そこで、当該特定の収束方位に平行および垂直な面を持つように熱電材料を切断して直方体の熱電素子を製造する(ステップS150)。以上の製造工程によれば、特定の収束方位にc面を揃えた熱電材料から、c面が直方体の外面のいずれかに平行な方向に揃っている熱電素子を製造することができる。   Therefore, the thermoelectric material is cut so as to have a plane parallel to and perpendicular to the specific convergence direction, and a rectangular parallelepiped thermoelectric element is manufactured (step S150). According to the above manufacturing process, a thermoelectric element in which the c-plane is aligned in a direction parallel to one of the outer surfaces of the rectangular parallelepiped can be manufactured from the thermoelectric material having the c-plane aligned in a specific convergence direction.

(2)押出処理の理論配向方位と特定の収束方位:
本実施形態において、押出処理をN回実行した場合の特定の収束方位は、加圧軸と押出軸との交差角が特定の角度である金型10によって押出処理をN回(Nは正の整数)実行した場合の理論配向方位f(N)と異なる配向方位である。すなわち、本願発明者は、ECAP法による押出処理を繰り返したとしても、金型10の形状や押出処理の回数に応じて決定される理論配向方位f(N)通りにc面を配向させることが不可能であるとともに、実際には配向方位が特定の方位に収束することを見出した。本発明はこの知見に基づいて特定の収束方位を決定したものである。
(2) Theoretical orientation direction and specific convergence direction of the extrusion process:
In the present embodiment, the specific convergence direction when the extrusion process is executed N times is as follows. The extrusion process is performed N times (N is a positive value) by the mold 10 whose crossing angle between the pressure axis and the extrusion axis is a specific angle. (Integer) orientation orientation different from the theoretical orientation orientation f (N) when executed. That is, even if the extrusion process by the ECAP method is repeated, the present inventor can orient the c-plane according to the theoretical orientation direction f (N) determined according to the shape of the mold 10 and the number of extrusion processes. It was impossible, and in fact, the orientation direction was found to converge to a specific direction. The present invention determines a specific convergence direction based on this finding.

図2に示す材料21のようなルートAと呼ばれる再投入姿勢において、押出処理をN回実行した場合の理論配向方位f(N)は、金型における加圧軸と押出軸との交差角θおよび押出処理の回数Nを用いて
f(N)=arctan(tan(θ/2)/(2N))
と表すことができる。なお、理論配向方位f(N)は図2に示すXYZ軸においてc面がY軸を中心にした反時計回りに回転する場合のX軸に対する角度である。
In the re-injection posture called route A like the material 21 shown in FIG. 2, the theoretical orientation azimuth f (N) when the extrusion process is executed N times is the intersection angle θ between the pressing axis and the extrusion axis in the mold. And f (N) = arctan (tan (θ / 2) / (2N))
It can be expressed as. The theoretical orientation azimuth f (N) is an angle with respect to the X axis when the c-plane rotates counterclockwise about the Y axis in the XYZ axes shown in FIG.

表1は、交差角が90°,120°,135°である場合の理論配向方位f(N)を示しており、同表1に示すようにいずれの交差角であっても押出処理の回数が増加すると理論配向方位f(N)が逓減する。例えば、図2に示す金型10のように加圧軸と押出軸との交差角が90°である場合、理論配向方位f(1),f(2),f(3)はそれぞれ26.6°,14.0°,9.5°であり、f(4)以降もNの増加とともに角度値が低下する。

Figure 0005564827
Table 1 shows the theoretical orientation azimuth f (N) when the crossing angles are 90 °, 120 °, and 135 °. As shown in Table 1, the number of extrusion processes at any crossing angle. As the value increases, the theoretical orientation azimuth f (N) decreases. For example, when the crossing angle between the pressure axis and the extrusion axis is 90 ° as in the mold 10 shown in FIG. 2, the theoretical orientation directions f (1), f (2), and f (3) are 26. 6 °, 14.0 °, and 9.5 °, and the angle value decreases with increasing N even after f (4).
Figure 0005564827

ルートAにおいては、押出通路12b内の材料の、押出軸に平行な方向の向きと押出軸周りの角度が(N−1)回目およびN回目の押出処理で同一である。図3Aおよび図3Bは、ルートAにおける(N−1)回目の押出処理における押出通路12b内の材料の姿勢を説明する説明図であり、図3Cおよび図3DはルートAにおけるN回目の押出処理における押出通路12b内の材料の姿勢を説明する説明図である。   In the route A, the direction of the material in the extrusion passage 12b in the direction parallel to the extrusion axis and the angle around the extrusion axis are the same in the (N-1) th and Nth extrusion processes. 3A and 3B are explanatory views for explaining the posture of the material in the extrusion passage 12b in the (N-1) th extrusion process in the route A, and FIGS. 3C and 3D show the Nth extrusion process in the route A. It is explanatory drawing explaining the attitude | position of the material in the extrusion channel | path 12b in.

図3Aおよび図3Cにおいては、X軸の先端側からZY平面を見る方向で押出通路12b内に存在する材料20を眺めた状態を示している。図3Bおよび図3Dにおいては、Y軸の先端側からXZ平面を見る方向で押出通路12b内に存在する材料20を眺めた状態を示している。また、図3A〜図3Dにおいては、図2に示す頂点A,B,C,Dによって囲まれる基準面を太線で示し、各頂点のうち視点に近い頂点を引き出し線で示している。   3A and 3C show a state in which the material 20 existing in the extrusion passage 12b is viewed from the tip end side of the X axis in the direction of viewing the ZY plane. 3B and 3D show a state in which the material 20 existing in the extrusion passage 12b is viewed from the front end side of the Y-axis in the direction of viewing the XZ plane. 3A to 3D, the reference plane surrounded by the vertices A, B, C, and D shown in FIG. 2 is indicated by a bold line, and among the vertices, the vertex close to the viewpoint is indicated by a lead line.

図3Bに示すように、(N−1)回目の押出処理において押出通路内に存在する材料20が頂点D側を先頭として押し出されている場合、ルートAによればN回目の押出処理においても押出通路内に存在する材料20は、図3Dに示すように頂点D側を先頭として押し出される。従って、材料20の押出軸(X軸)に平行な方向の向きは、(N−1)回目およびN回目の押出処理において同一である。   As shown in FIG. 3B, when the material 20 existing in the extrusion passage is extruded with the apex D side as the head in the (N-1) th extrusion process, according to the route A, also in the Nth extrusion process The material 20 existing in the extrusion passage is extruded with the apex D side as the head as shown in FIG. 3D. Accordingly, the direction of the material 20 in the direction parallel to the extrusion axis (X axis) is the same in the (N-1) th and Nth extrusion processes.

さらに、図3Aに示すように、(N−1)回目の押出処理において押出通路内に存在する材料20が基準面を上側(Z軸のプラス側)にした状態で押し出されている場合、ルートAによればN回目の押出処理においても押出通路内に存在する材料20は、図3Cに示すように基準面を上側(Z軸のプラス側)にした状態で押し出される。従って、材料20の押出軸周りの角度(X軸から基準面に延びる垂線をX軸周りに回転させた場合のZ軸に対する角度)は、(N−1)回目およびN回目の押出処理において同一である。   Further, as shown in FIG. 3A, when the material 20 existing in the extrusion passage is extruded with the reference surface on the upper side (the positive side of the Z axis) in the (N-1) th extrusion process, the route According to A, even in the N-th extrusion process, the material 20 existing in the extrusion passage is extruded with the reference surface on the upper side (the positive side of the Z axis) as shown in FIG. 3C. Therefore, the angle around the extrusion axis of the material 20 (the angle with respect to the Z axis when a perpendicular extending from the X axis to the reference plane is rotated around the X axis) is the same in the (N-1) th and Nth extrusion processes. It is.

さらに、上述の4種類の再投入姿勢のうち、せん断力が作用する方向と配向方位との関係がルートAと同じ関係にある再投入姿勢(本明細書では、ルートC*と呼ぶ)を選択することも可能である。当該ルートCにおいては、(N−1)回目の押出処理において先頭に位置していた部分が後側に配置され、(N−1)回目の押出処理において上側に位置していた面を下側に配置されるように姿勢を調整する。従来、ルートCについても理論配向方位f(N)はルートAと同様に押出処理回数Nの増大に従って逓減すると考えられていた。 Further, among the above four types of re-injection postures, a re-injection posture (referred to as route C * in this specification) in which the relationship between the direction in which the shear force acts and the orientation direction is the same as that of route A is selected. It is also possible to do. In the route C * , the portion located at the head in the (N-1) th extrusion process is arranged on the rear side, and the surface located on the upper side in the (N-1) th extrusion process is placed below Adjust the posture so that it is placed on the side. Conventionally, with respect to the route C * , the theoretical orientation azimuth f (N) was thought to decrease gradually as the number N of extrusion treatments increased, as with the route A.

図3Eおよび図3FはルートCにおけるN回目の押出処理における押出通路12b内の材料の姿勢を説明する説明図である。図3Eおよび図3Fにおいては図3Aおよび図3Bと同様の方向から材料20を眺めた状態を示しており、図3Eおよび図3Fは、図3Aおよび図3Bに示す姿勢にて(N−1)回目の押出処理を実行した場合におけるN回目の押出処理を説明する図となっている。 3E and 3F are explanatory diagrams for explaining the posture of the material in the extrusion passage 12b in the N-th extrusion process in the route C * . 3E and FIG. 3F show a state in which the material 20 is viewed from the same direction as FIG. 3A and FIG. 3B, and FIG. 3E and FIG. 3F are in the posture shown in FIG. 3A and FIG. It is a figure explaining the Nth extrusion process in the case of performing the extrusion process of the 1st time.

すなわち、(N−1)回目の押出処理において図3Bに示すように押出通路内に存在する材料20が頂点D側を先頭として押し出されている場合、ルートCではN回目の押出処理において図3Fに示すように、押出通路内に存在する材料20は頂点C側を先頭として押し出される。この場合、材料20の押出軸(X軸)に平行な方向の向きは、(N−1)回目およびN回目の押出処理において逆になる。 That is, in the (N-1) th extrusion process, when the material 20 existing in the extrusion passage is extruded starting from the apex D side as shown in FIG. 3B, the route C * is the Nth extrusion process. As shown to 3F, the material 20 which exists in an extrusion channel | path is extruded by using the vertex C side as the head. In this case, the direction of the material 20 in the direction parallel to the extrusion axis (X axis) is reversed in the (N-1) th and Nth extrusion processes.

さらに、図3Aに示すように、(N−1)回目の押出処理において押出通路内に存在する材料20が基準面を上側(Z軸のプラス側)にした状態で押し出されている場合、図3Eに示すように、N回目の押出処理において押出通路内に存在する材料20は基準面を下側(Z軸のマイナス側)にした状態で押し出される。この場合、材料20の押出軸周りの角度は、(N−1)回目およびN回目の押出処理において180°異なることになる。   Furthermore, as shown in FIG. 3A, when the material 20 existing in the extrusion passage is extruded in the (N-1) th extrusion process with the reference surface on the upper side (the positive side of the Z axis), As shown in 3E, in the N-th extrusion process, the material 20 present in the extrusion passage is extruded with the reference surface on the lower side (minus side of the Z axis). In this case, the angle around the extrusion axis of the material 20 differs by 180 ° in the (N−1) -th and N-th extrusion processes.

以上のようなルートAおよびルートCでの押出処理においては、押出処理を繰り返す度に材料20内で配向する菱面体結晶のc面に対してc面をX軸方向に配向させる方向のせん断力を作用させる。このため、上述のように、押出処理の回数が増加するとともに配向方位が逓減すると考えられていた。しかし、ECAP法による押出処理を繰り返したとしても実際の配向方位は押出処理回数Nに従って逓減せず、押出処理回数Nが2以上の押出処理によって、実際の配向方位がf(1)〜f(N−1)のいずれかとなっている熱電材料を製造することができる。 In the extrusion process in the route A and the route C * as described above, shear in a direction in which the c-plane is oriented in the X-axis direction with respect to the c-plane of the rhombohedral crystal oriented in the material 20 every time the extrusion process is repeated. Apply force. For this reason, as described above, it has been thought that the orientation orientation gradually decreases as the number of extrusion processes increases. However, even if the extrusion process by the ECAP method is repeated, the actual orientation direction does not decrease according to the number N of extrusion processes, and the actual orientation direction becomes f (1) to f (f) by the extrusion process in which the number N of extrusion processes is 2 or more. N-1) can be produced.

(3)実施例:
(3−1)ルートA:
次に、特定の組成のBiTe系熱電材料を実施例として特定の収束方位と熱電材料の特性とを説明する。表2においては、図1に示す工程により、Bi1.9Sb0.1Te2.7Se0.3の組成の材料について500℃の設定温度において0.5mm/分でECAP法による押出処理を行った場合の配向方位(°)を示している。なお、同表2においては、再投入姿勢毎に押出処理の回数N=1〜10の配向方位を示している。なお、同表2における配向方位は、材料20を前記図2に示すX−Z平面に平行な方向で切断した断面をTSL社製のEBSD(Electron Back Scatter Diffraction)装置で計測し、解析ソフトウェア(名称:OIM,バージョン3.5)にて解析することによって特定される。
(3) Example:
(3-1) Route A:
Next, a specific convergence direction and characteristics of the thermoelectric material will be described using a BiTe thermoelectric material having a specific composition as an example. In Table 2, by the process shown in FIG. 1, the orientation direction when the material having a composition of Bi 1.9 Sb 0.1 Te 2.7 Se 0.3 is subjected to extrusion treatment by the ECAP method at a setting temperature of 500 ° C. at 0.5 mm / min ( °). In Table 2, the orientation azimuth of the number of extrusion processes N = 1 to 10 is shown for each re-input posture. The orientation direction in Table 2 is measured with an EBSD (Electron Back Scatter Diffraction) device manufactured by TSL, and a cross section obtained by cutting the material 20 in a direction parallel to the XZ plane shown in FIG. Name: specified by analyzing in OIM, version 3.5).

すなわち、当該解析ソフトウェアによれば、照射した電子線の反射に基づいて前記断面内の結晶の配向分布を特定することができる。本実施形態においては、当該配向分布の度数が最も大きくなっている角度を配向方位としている。なお、当該配向方位は図2に示すX軸とc面との交差角(図3Bに示すα)によって測定される。なお、本明細書において当該配向方位は、Y軸側からX−Z平面を眺めた場合にX軸を0°、Y軸を中心として反時計回りにc面が回転した場合のX軸に対する回転角をプラスの角度とした座標系において示している。

Figure 0005564827
That is, according to the analysis software, the crystal orientation distribution in the cross section can be specified based on the reflection of the irradiated electron beam. In this embodiment, the angle at which the frequency of the orientation distribution is the largest is the orientation direction. The orientation direction is measured by the crossing angle (α shown in FIG. 3B) between the X axis and the c-plane shown in FIG. In this specification, the orientation direction is the rotation with respect to the X axis when the c-plane is rotated counterclockwise around the Y axis when the X-Z plane is viewed from the Y-axis side. It is shown in a coordinate system in which the angle is a positive angle.
Figure 0005564827

本実施例に示す材料おいて、ルートAにてECAP法による押出処理を繰り返すと、表2に示すように、配向方位は14°で収束する。従って、押出処理回数Nが増大したとしても、実際の配向方位は押出処理回数2の場合の理論配向方位f(2)に収束する。このため、ルートAにてECAP法による押出処理を繰り返して熱電材料を製造した場合、上述の図1に示すステップS150においては、上述の図2に示す座標系においてX軸に対して14°傾斜した方向に切断し、当該切断面に垂直および平行な方向に切断して直方体の熱電素子とする。この結果、熱電素子内の菱面体結晶のc面が直方体の特定の面に対して平行に揃っている熱電素子を製造することができる。   In the material shown in this example, when the extrusion process by the ECAP method is repeated in the route A, the orientation direction converges at 14 ° as shown in Table 2. Therefore, even if the number N of extrusion processes increases, the actual orientation direction converges to the theoretical orientation direction f (2) in the case of two extrusion processes. For this reason, when the thermoelectric material is manufactured by repeating the extrusion process by the ECAP method in the route A, in step S150 shown in FIG. 1 described above, in the coordinate system shown in FIG. And cut in a direction perpendicular to and parallel to the cut surface to obtain a rectangular parallelepiped thermoelectric element. As a result, it is possible to manufacture a thermoelectric element in which the c-planes of rhombohedral crystals in the thermoelectric element are aligned in parallel to a specific surface of the rectangular parallelepiped.

表3は、ルートAによって材料を再投入するとともに押出処理を計4回行って製造した熱電材料を異なる切断角度(上述の図2に示す座標系におけるX軸に対する傾斜角度)で切断して測定した材料特性を示している。すなわち、ルートAによって材料を再投入して押出処理を繰り返す工程において押出処理を計4回行って製造した熱電材料を表3に示す切断角度のそれぞれにて切断し、切断面に垂直および平行な方向にさらに切断して直方体の熱電素子を製造する。表4においてSはゼーベック係数(μV/K)、ρは電気抵抗率(×10-5Ωcm)、κは熱伝導率(W/(K・m))、Zは性能指数(×10-3/K)である。なお、熱伝導率κは定常法、電気抵抗率ρは四端子法によって測定した。ゼーベック係数Sは、5mm立方の熱電材料において、ρ測定時の通電方向およびκ測定時の熱流方向に平行な方向における熱電材料の両端に室温下で1〜2℃の温度差を付与し、当該両端間に生じる起電力Vを温度差で除すことによって特定した。性能指数Zは、Z=S/(ρ×κ)として算出した。

Figure 0005564827
Table 3 shows the measurement results obtained by cutting the thermoelectric material manufactured by re-inputting the material by route A and performing extrusion processing a total of 4 times at different cutting angles (inclination angle with respect to the X axis in the coordinate system shown in FIG. 2). Shows the material properties. That is, the thermoelectric material manufactured by performing extrusion processing a total of four times in the process of re-inputting the material by route A and repeating the extrusion processing is cut at each of the cutting angles shown in Table 3, and is perpendicular and parallel to the cut surface. A rectangular parallelepiped thermoelectric element is manufactured by further cutting in the direction. In Table 4, S is the Seebeck coefficient (μV / K), ρ is the electrical resistivity (× 10 −5 Ωcm), κ is the thermal conductivity (W / (K · m)), and Z is the figure of merit (× 10 −3). / K). The thermal conductivity κ was measured by a steady method, and the electrical resistivity ρ was measured by a four-terminal method. The Seebeck coefficient S gives a temperature difference of 1 to 2 ° C. at room temperature to both ends of the thermoelectric material in the direction parallel to the energizing direction during ρ measurement and the heat flow direction during κ measurement in a thermoelectric material of 5 mm cubic. It was specified by dividing the electromotive force V generated between both ends by the temperature difference. The figure of merit Z was calculated as Z = S 2 / (ρ × κ).
Figure 0005564827

同表3が示すように切断角度を4°〜44°まで10°毎に変化させた場合、ゼーベック係数S,電気抵抗率ρ,熱伝導率κ,性能指数のいずれにおいても徐々に特性は向上し、最良値に達した後に特性が悪化する。また、切断角度14°,24°にてゼーベック係数Sが最良値となり、切断角度14°で電気抵抗率ρが最良値となり、切断角度4°〜24°で熱伝導率κが最良値となり、切断角度14°で性能指数Zが最良値となる。従って、表3によると、押出処理を4回行ったとしても切断角度14°における材料特性が最良となることが裏付けられる。   As shown in Table 3, when the cutting angle is changed every 10 ° from 4 ° to 44 °, the characteristics gradually improve in any of Seebeck coefficient S, electrical resistivity ρ, thermal conductivity κ, and figure of merit. However, the characteristics deteriorate after reaching the best value. In addition, the Seebeck coefficient S is the best value at the cutting angles of 14 ° and 24 °, the electrical resistivity ρ is the best value at the cutting angle of 14 °, and the thermal conductivity κ is the best value at the cutting angles of 4 ° to 24 °. The figure of merit Z is the best value at a cutting angle of 14 °. Therefore, Table 3 confirms that the material characteristics at the cutting angle of 14 ° are the best even when the extrusion process is performed four times.

なお、押出処理回数Nを増大させた場合、配向方位は特定の収束方位に収束するが、菱面体結晶のc面が特定の収束方位に配向している度合い(c面が揃っている度合い:以下、配向度と呼ぶ)も押出処理回数Nの増大によって特定の度合いに収束することが考えられる。なお、配向度はc面が特定の収束方位に配向している度合いを示す指標であればよく、例えば、上述のEBSD装置の測定結果に基づいて特定することが可能である。すなわち、EBSD装置においては各測定点における菱面体結晶のc面の配向方位を測定することができ、当該配向方位の度数分布が急峻であるほどc面の配向方位が揃っている度合が大きく、配向方位の度数分布がなだらかであるほどc面の配向方位が揃っている度合いが小さいといえる。そこで、本実施形態においては、EBSD装置の測定結果に基づいて配向方位の度数を特定し、配向方位の最頻値φを特定するとともに当該最頻値φからの配向方位の偏差の絶対値をΔφとし、φからΔφの範囲内にある配向方位の度数の累積値を特定する。そして、度数の累積値が全測定点の80%となるΔφを配向度とする。   In addition, when the number of extrusion processes N is increased, the orientation direction converges to a specific convergence direction, but the degree to which the c-plane of the rhombohedral crystal is oriented to the specific convergence direction (the degree that the c-plane is aligned: Hereinafter, it is considered that the degree of orientation also converges to a specific degree as the number of extrusion processes N increases. The degree of orientation may be an index indicating the degree of orientation of the c-plane in a specific convergence direction, and can be specified based on, for example, the measurement result of the above-described EBSD device. That is, in the EBSD apparatus, the orientation orientation of the c-plane of the rhombohedral crystal at each measurement point can be measured, and the degree of alignment of the c-plane is greater as the frequency distribution of the orientation orientation is steeper, It can be said that the degree of alignment of the c-plane orientation is smaller as the frequency distribution of the orientation is gentler. Therefore, in this embodiment, the frequency of the orientation direction is specified based on the measurement result of the EBSD device, the mode value φ of the orientation direction is specified, and the absolute value of the deviation of the orientation direction from the mode value φ is calculated. Δφ is specified, and the cumulative value of the orientation azimuth in the range of φ to Δφ is specified. Then, Δφ where the cumulative value of the frequency is 80% of all the measurement points is defined as the orientation degree.

図4は、押出処理回数Nに対する配向度の変化を示すグラフである。同図4においては、横軸で押出処理回数N、縦軸で配向度を示し、再投入姿勢毎に押出処理回数Nの増大による配向度の変化を示している。同図4によれば、ルートAにおいて、押出処理回数Nの増大とともに配向度が向上する(配向度の値が小さくなる)が、押出処理1回ごとの変化は次第に小さくなる。また、上述の定義における配向度が20°以下の材料は特性の良い材料であり、配向度が10〜15°程度の材料は極めて特性の良い材料であるといえる。従って、c面の配向方位は押出処理回数2の理論配向方位で収束するが、押出処理は計3回以上、好ましくは、計4回〜7回程度実施することが好ましい。   FIG. 4 is a graph showing changes in the degree of orientation with respect to the number N of extrusion treatments. In FIG. 4, the horizontal axis indicates the number of extrusion processes N, the vertical axis indicates the degree of orientation, and the change in the degree of orientation due to the increase in the number of times of extrusion process N for each recharging posture. According to FIG. 4, in the route A, the degree of orientation improves as the number of extrusion processes N increases (the value of the degree of orientation decreases), but the change for each extrusion process gradually decreases. A material having an orientation degree of 20 ° or less in the above definition is a material having good characteristics, and a material having an orientation degree of about 10 ° to 15 ° is a material having extremely good characteristics. Accordingly, the orientation orientation of the c-plane converges with a theoretical orientation orientation of 2 extrusion treatments, but the extrusion treatment is preferably performed 3 times or more, and preferably about 4 to 7 times in total.

(3−2)ルートC
本実施例に示す材料おいて、ルートCにてECAP法による押出処理を繰り返すと、表2に示すように、配向方位は26°で収束する。従って、押出処理回数Nが増大したとしても、実際の配向方位は押出処理回数1の場合の理論配向方位f(1)に収束する。このため、ルートCにてECAP法による押出処理を繰り返して熱電材料を製造した場合、上述の図1に示すステップS150においては、上述の図2に示す座標系においてX軸に対して26°傾斜した方向に切断し、当該切断面に垂直および平行な方向に切断して直方体の熱電素子とする。この結果、熱電素子内の菱面体結晶のc面が直方体の特定の面に対して平行に揃っている熱電素子を製造することができる。
(3-2) Route C * :
In the material shown in this example, when the extrusion process by the ECAP method is repeated in the route C * , the orientation direction converges at 26 ° as shown in Table 2. Therefore, even if the number N of extrusion processes increases, the actual orientation direction converges to the theoretical orientation direction f (1) in the case of the number of extrusion processes 1. For this reason, when the thermoelectric material is manufactured by repeating the extrusion process by the ECAP method at the route C * , in the above-described step S150 shown in FIG. 1, 26 ° with respect to the X axis in the coordinate system shown in FIG. Cut in an inclined direction and cut in a direction perpendicular to and parallel to the cut surface to obtain a rectangular parallelepiped thermoelectric element. As a result, it is possible to manufacture a thermoelectric element in which the c-planes of rhombohedral crystals in the thermoelectric element are aligned in parallel to a specific surface of the rectangular parallelepiped.

表4は、以上のようにルートCによって材料を再投入するとともに押出処理を計4回行って製造した熱電材料を異なる切断角度(上述の図2に示す座標系におけるX軸に対する傾斜角度)で切断して測定した材料特性を示している。測定法や単位は表3と同様である。

Figure 0005564827
Table 4 shows different cutting angles (inclination angles with respect to the X axis in the coordinate system shown in FIG. 2 above) of the thermoelectric materials manufactured by re-injecting the material by route C * and performing extrusion processing four times in total as described above. It shows the material properties measured after cutting. The measurement method and units are the same as in Table 3.
Figure 0005564827

同表4が示すように切断角度を16°〜56°まで10°毎に変化させた場合、切断角度26°にてゼーベック係数S,電気抵抗率ρ,性能指数Zが最良値となる。従って、表4によると、押出処理を4回行ったとしても切断角度26°における材料特性が最良となることが裏付けられる。ルートCでの配向度の押出処理回数Nに対する傾向は、ルートAでの配向度の傾向と同様である。従って、c面の配向方位は押出処理回数1の理論配向方位で収束するが、押出処理は計3回以上、好ましくは、計4回〜7回程度実施することが好ましい。 As shown in Table 4, when the cutting angle is changed every 10 ° from 16 ° to 56 °, the Seebeck coefficient S, the electrical resistivity ρ, and the performance index Z are the best values at the cutting angle of 26 °. Therefore, Table 4 confirms that the material characteristics at the cutting angle of 26 ° are the best even when the extrusion process is performed four times. The tendency of the orientation degree in the route C * with respect to the number N of extrusion treatments is the same as the tendency of the orientation degree in the route A. Therefore, the orientation orientation of the c-plane converges with the theoretical orientation orientation of the number of extrusion treatments of 1, but the extrusion treatment is preferably performed a total of 3 times or more, preferably about 4 to 7 times in total.

(4)他の実施形態:
本発明においては、再投入姿勢に対して対応づけられた特定の収束方位に菱面体結晶のc面が配向することを利用することができればよく、熱電素子を製造する際に当該特定の収束方位と異なる方位に切断して高性能の熱電素子を製造できるように配向方位を調整しても良い。
(4) Other embodiments:
In the present invention, it is only necessary to be able to utilize the fact that the c-plane of the rhombohedral crystal is oriented in a specific convergence orientation associated with the re-injection posture, and when the thermoelectric element is manufactured, the specific convergence orientation The orientation orientation may be adjusted so that a high-performance thermoelectric element can be manufactured by cutting in a different orientation.

例えば、金型10においては、c面を特定方向に傾けることに寄与するせん断力を作用させる再投入姿勢(ルートAおよびルートC)の他、押出処理を繰り返す度にc面を逆方向に傾けることに寄与するせん断力を作用させる再投入姿勢を選択することも可能である。 For example, in the mold 10, in addition to a re-injection posture (route A and route C * ) that applies a shearing force that contributes to inclining the c-plane in a specific direction, the c-plane is set in the opposite direction every time the extrusion process is repeated. It is also possible to select a recharging posture that applies a shearing force that contributes to tilting.

図3Gおよび図3Hと、図3Iおよび図3Jとにおいては図3Aおよび図3Bと同様の方向から材料20を眺めた状態を示しており、図3Gおよび図3H、図3Iおよび図3Jは、図3Aおよび図3Bに示す姿勢にて(N−1)回目の押出処理を実行した場合におけるN回目の押出処理を説明する図である。すなわち、(N−1)回目の押出処理において図3Aおよび図3Bに示す姿勢で押出処理を行った後、N回目の押出処理において図3Gおよび図3Hに示すように押出通路内に存在する材料20が頂点Dの逆側の頂点Bを先頭とし、かつ、基準面を上側に向けた姿勢で押出処理を行うことが可能である。N+1回目の押出処理においては、再度図3Aおよび図3Bに示す姿勢と同じ姿勢となる。本明細書においては、この姿勢を実現するための再投入姿勢をルートAと呼ぶ。また、(N−1)回目の押出処理において図3Aおよび図3Bに示す姿勢で押出処理を行った後、N回目の押出処理において図3Iおよび図3Jに示すように押出通路内に存在する材料20が頂点Dと同じ側の頂点Aを先頭とし、かつ、基準面が図3Aに対して180°異なる下側に向いた姿勢で押出処理を行うことが可能である。N+1回目の押出処理においては、再度図3Aおよび図3Bに示す姿勢と同じ姿勢となる。本明細書においては、この姿勢を実現するための再投入姿勢をルートCと呼ぶ。 3G and 3H, and FIGS. 3I and 3J show the material 20 viewed from the same direction as in FIGS. 3A and 3B. FIGS. 3G and 3H, FIGS. 3I and 3J It is a figure explaining the extrusion process of the Nth time when the (N-1) th extrusion process is performed with the attitude | position shown to 3A and FIG. 3B. That is, after the extrusion process is performed in the posture shown in FIGS. 3A and 3B in the (N-1) th extrusion process, the material present in the extrusion passage as shown in FIGS. 3G and 3H in the Nth extrusion process. It is possible to perform the extrusion process in a posture in which 20 is the apex B on the opposite side of the apex D and the reference surface is directed upward. In the (N + 1) th extrusion process, the posture again becomes the same as the posture shown in FIGS. 3A and 3B. In this specification, the re-input posture for realizing this posture is referred to as route A * . Further, after the extrusion process is performed in the posture shown in FIGS. 3A and 3B in the (N-1) th extrusion process, the material existing in the extrusion passage in the Nth extrusion process as shown in FIGS. 3I and 3J. It is possible to perform the extrusion process in a posture in which 20 is the top on the same side as the vertex D, and the reference surface is directed downward by 180 ° with respect to FIG. 3A. In the (N + 1) th extrusion process, the posture again becomes the same as the posture shown in FIGS. 3A and 3B. In this specification, the re-input posture for realizing this posture is referred to as a route C.

これらのルートAまたはルートCによってECAP法による押出処理を繰り返すと、表2に示すように、押出処理回数Nが増大してもc面の配向方位が振動し、特定の収束方位に収束しない。従って、これらのルートAまたはルートCによれば、2種類の配向方位のいずれか所望の配向方位を選択することができる。具体的には、押出処理回数Nが奇数の場合、材料の配向方位は理論配向方位f(1)となり、押出処理回数Nが偶数の場合、材料の配向方位は0°となる。従って、ルートAまたはルートCにてECAP法による押出処理を行う場合、c面の配向方位が理論配向方位f(1)あるいは0°のいずれか一方に揃った熱電材料を製造することができる。 When extrusion processing by the ECAP method is repeated through these routes A * or C, as shown in Table 2, the orientation orientation of the c-plane oscillates and does not converge to a specific convergence orientation as the number of extrusion treatments N increases. . Therefore, according to these route A * or route C, a desired orientation direction can be selected from either of two kinds of orientation directions. Specifically, when the number of extrusion processes N is an odd number, the orientation direction of the material is the theoretical orientation direction f (1), and when the number of extrusion processes N is an even number, the orientation direction of the material is 0 °. Therefore, when the extrusion process by the ECAP method is performed in the route A * or the route C, a thermoelectric material in which the c-plane orientation direction is aligned with either the theoretical orientation direction f (1) or 0 ° can be manufactured. .

表5は、ルートAによる押出処理を奇数回(3回)行って製造した熱電材料を異なる切断角度で切断して測定した材料特性を示し、表6は、ルートAによる押出処理を偶数回(4回)行って製造した熱電材料を異なる切断角度で切断して測定した材料特性を示している。また、表7は、ルートCによる押出処理を奇数回(3回)行って製造した熱電材料を異なる切断角度で切断して測定した材料特性を示し、表8は、ルートCによる押出処理を偶数回(4回)行って製造した熱電材料を異なる切断角度で切断して測定した材料特性を示している。各特性の測定法や単位は表3と同様である。これらの表によれば、ルートAまたはルートCにおいて押出処理を奇数回行うと理論配向方位f(1)=26°にて切断した場合の材料特性が最良となり、偶数回行うと0°にて切断した場合の材料特性が最良となることが裏付けられる。従って、c面が0°と異なる特定の配向方位に揃っている状態でルートAまたはルートCで材料を再投入して再度押出処理を行うと、c面を0°に配向させる作用があると考えられる。なお、図4によれば、ルートAおよびルートCにおいても押出処理回数Nの増大とともに配向度を向上させることが可能であり、押出処理回数3以上で配向度20°〜25°の熱電材料を製造できることがわかる。

Figure 0005564827
Figure 0005564827
Figure 0005564827
Figure 0005564827
Table 5 shows the material properties measured by cutting the thermoelectric material manufactured by performing the extrusion process by the route A * an odd number of times (three times) at different cutting angles, and Table 6 shows the extrusion process by the route A * by an even number. The material characteristic measured by cutting the thermoelectric material manufactured by performing it 4 times (cutting) at different cutting angles is shown. Table 7 shows the material properties measured by cutting the thermoelectric material manufactured by performing the extrusion process by the route C odd number of times (three times) at different cutting angles, and Table 8 shows the even number of the extrusion process by the route C. The material characteristic measured by cutting the thermoelectric material manufactured by performing it 4 times (cutting) at different cutting angles is shown. The measuring method and unit of each characteristic are the same as in Table 3. According to these tables, when the extrusion process is performed an odd number of times in the route A * or the route C, the material properties when cutting at the theoretical orientation azimuth f (1) = 26 ° are the best, and when the even number of times is performed, the material property is 0 °. It is proved that the material properties are the best when cut. Therefore, when the c-plane is aligned in a specific orientation direction different from 0 ° and the material is re-introduced through route A * or route C and extrusion is performed again, the c-plane is oriented at 0 °. it is conceivable that. In addition, according to FIG. 4, it is possible to improve the degree of orientation in the route A * and the route C as the number of extrusion processes N increases, and the thermoelectric material having an orientation degree of 20 ° to 25 ° when the number of extrusion processes is 3 or more. It can be seen that can be manufactured.
Figure 0005564827
Figure 0005564827
Figure 0005564827
Figure 0005564827

そこで、ルートAおよびルートCによってc面を特定の収束方位に揃えた熱電材料に対してルートAやルートCによる押出処理を行うと、c面の配向方位が0°に揃っている熱電材料を製造することができる。例えば、ルートAによって4回押出処理を行った後、ルートCによる押出処理を行った場合、上述のEBSD装置による測定結果に基づいてc面の配向方位が0°であるとともに配向度が15°であることが確認された。また、ルートCによる押出処理後の熱電材料を切断角度0°で切断して上述と同様の材料特性を測定したところ、ゼーベック係数Sが202μV/K、電気抵抗率ρが0.96×10-5Ωcm、熱伝導率κが1.25W/(K・m)、性能指数Zが3.40×10-3/Kとなり、高性能の熱電素子が製造されたことが確認された。 Therefore, when a thermoelectric material having the c-plane aligned in a specific convergence direction by route A and route C * is subjected to extrusion processing by route A * or route C, the thermoelectric with the c-plane alignment direction aligned at 0 °. The material can be manufactured. For example, when the extrusion process is performed four times by the route A and then the extrusion process by the route C, the orientation direction of the c-plane is 0 ° and the orientation degree is 15 ° based on the measurement result by the above-mentioned EBSD device. It was confirmed that. Further, when the thermoelectric material after the extrusion treatment by the route C was cut at a cutting angle of 0 ° and the same material properties as described above were measured, the Seebeck coefficient S was 202 μV / K and the electrical resistivity ρ was 0.96 × 10 −. 5 Ωcm, thermal conductivity κ was 1.25 W / (K · m), and the figure of merit Z was 3.40 × 10 −3 / K, confirming that a high-performance thermoelectric element was manufactured.

さらに、ルートCによって4回押出処理を行った後、ルートCによる押出処理を行った場合、上述のEBSD装置による測定結果に基づいてc面の配向方位が0°であるとともに配向度が16°であることが確認された。また、ルートCによる押出処理後の熱電材料を切断角度0°で切断して上述と同様の材料特性を測定したところ、ゼーベック係数Sが203μV/K、電気抵抗率ρが0.97×10-5Ωcm、熱伝導率κが1.24W/(K・m)、性能指数Zが3.43×10-3/Kとなり、高性能の熱電素子が製造されたことが確認された。以上のようにルートAあるいはルートCによる押出処理を繰り返し、最後にルートAあるいはルートCによる押出処理を行うと、c面の配向方位を0°に設定することが可能であり、熱電材料を切断して熱電素子を製造する際に切断工程を容易に実施することが可能になる。 Furthermore, when the extrusion process is performed four times by the route C * and then the extrusion process by the route C * , the orientation direction of the c-plane is 0 ° and the degree of orientation is 16 based on the measurement result by the above-mentioned EBSD device. It was confirmed to be °. Further, when the thermoelectric material after the extrusion treatment by the route C was cut at a cutting angle of 0 ° and the same material characteristics as described above were measured, the Seebeck coefficient S was 203 μV / K and the electric resistivity ρ was 0.97 × 10 −. 5 Ωcm, thermal conductivity κ was 1.24 W / (K · m), and the figure of merit Z was 3.43 × 10 −3 / K, confirming that a high-performance thermoelectric element was manufactured. As described above, when the extrusion process according to the route A or the route C * is repeated and finally the extrusion process according to the route A * or the route C is performed, the orientation direction of the c-plane can be set to 0 °. It is possible to easily perform the cutting process when the thermoelectric element is manufactured by cutting the substrate.

さらに、金型10における加圧軸と押出軸の交差角は90°に限定されず、種々の交差角を設定可能である。例えば、交差角が120°である場合、表1に示すように押出処理回数1,2に対応する理論配向方位f(1),f(2)は40.9°,23.4°である。一方、実際にルートAにて1回押出処理を行うとc面の配向方位は41°となり、2回以上押出処理を行った場合のc面の配向方位が23°となる。従って、ルートAの場合、特定の収束方位は23°である。ルートCの場合には、1回以上押出処理を行った場合のc面の配向方位が41°であり、特定の収束方位は41°である。ルートAあるいはルートCにおいては、奇数回の押出処理で配向方位が41°となり、偶数回の押出処理で配向方位が0°となる。 Furthermore, the crossing angle between the pressing shaft and the extrusion shaft in the mold 10 is not limited to 90 °, and various crossing angles can be set. For example, when the crossing angle is 120 °, as shown in Table 1, the theoretical orientation directions f (1) and f (2) corresponding to the extrusion processing times 1 and 2 are 40.9 ° and 23.4 °, respectively. . On the other hand, when the extrusion process is actually performed once in route A, the orientation direction of the c-plane is 41 °, and when the extrusion process is performed twice or more, the orientation direction of the c-plane is 23 °. Therefore, in the case of route A, the specific convergence direction is 23 °. In the case of the route C * , the orientation direction of the c-plane when the extrusion process is performed once or more is 41 °, and the specific convergence direction is 41 °. In the route A * or the route C, the orientation direction becomes 41 ° by the odd number of extrusion processes, and the orientation direction becomes 0 ° by the even number of extrusion processes.

交差角が135°である場合、表1に示すように押出処理回数1,2に対応する理論配向方位f(1),f(2)は50.4°,31.1°である。一方、実際にルートAにて1回押出処理を行うとc面の配向方位は50°となり、2回以上押出処理を行った場合のc面の配向方位が31°となる。従って、ルートAの場合、特定の収束方位は31°である。ルートCの場合には、1回以上押出処理を行った場合のc面の配向方位が50°であり、特定の収束方位は50°である。ルートAあるいはルートCにおいては、奇数回の押出処理で配向方位が50°となり、偶数回の押出処理で配向方位が0°となる。 When the crossing angle is 135 °, as shown in Table 1, the theoretical orientation directions f (1) and f (2) corresponding to the extrusion processing times 1 and 2 are 50.4 ° and 31.1 °, respectively. On the other hand, when the extrusion process is actually performed once in route A, the orientation direction of the c-plane is 50 °, and when the extrusion process is performed twice or more, the orientation direction of the c-plane is 31 °. Therefore, in the case of route A, the specific convergence direction is 31 °. In the case of the route C * , the orientation direction of the c plane when the extrusion process is performed once or more is 50 °, and the specific convergence direction is 50 °. In the route A * or the route C, the orientation direction becomes 50 ° by the odd number of extrusion processes, and the orientation direction becomes 0 ° by the even number of extrusion processes.

10…金型
11a…穴
11b…加圧通路
12a…穴
12b…押出通路
20…熱電材料
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Mold 11a ... Hole 11b ... Pressurization passage 12a ... Hole 12b ... Extrusion passage 20 ... Thermoelectric material

Claims (4)

菱面体結晶を含む熱電材料となる組成の材料を、加圧軸と押出軸とが異なるとともに前記加圧軸に垂直な断面における加圧通路の形状と前記押出軸に垂直な断面における押出通路の形状とが同一である金型によって押し出す押出処理を、前記加圧通路に前記材料の再投入を行う際の再投入姿勢が特定の再投入姿勢である状態で複数回実行することにより、
前記特定の再投入姿勢に応じた特定の収束方位に前記菱面体結晶のc面を配向させた熱電材料を製造する、熱電材料の製造方法であって、
前記加圧軸と前記押出軸との交差角から特定される前記押出処理をN回(Nは正の整数)実行した場合の理論配向方位をf(N)としたとき、
Nが2以上の押出処理によって、前記特定の収束方位がf(1)〜f(N−1)のいずれかである熱電材料を製造する、
熱電材料の製造方法。
A material having a composition to be a thermoelectric material containing rhombohedral crystals is obtained by changing the shape of the pressurization passage in the cross section perpendicular to the pressurization axis and the cross section of the extrusion passage perpendicular to the extrusion shaft. By performing the extrusion process of extruding with a mold having the same shape, a plurality of times in a state where the re-injection posture when performing re-injection of the material into the pressure passage is a specific re-injection posture,
A thermoelectric material manufacturing method for manufacturing a thermoelectric material in which the c-plane of the rhombohedral crystal is oriented in a specific convergence orientation corresponding to the specific re-input attitude ,
When f (N) is the theoretical orientation direction when the extrusion process specified from the intersection angle between the pressure axis and the extrusion axis is performed N times (N is a positive integer),
A thermoelectric material in which the specific convergence direction is any one of f (1) to f (N-1) is produced by an extrusion process in which N is 2 or more.
Thermoelectric material manufacturing method.
前記押出通路内における前記材料の前記押出軸に平行な方向の向きと前記押出軸周りの角度とが(N−1)回目およびN回目の前記押出処理において同一である場合、  When the direction in the direction parallel to the extrusion axis of the material in the extrusion passage and the angle around the extrusion axis are the same in the (N-1) -th and N-th extrusion processes,
Nが3以上の押出処理によって、前記特定の収束方位がf(2)である熱電材料を製造する、  A thermoelectric material in which the specific convergence direction is f (2) is produced by an extrusion process in which N is 3 or more.
請求項1に記載の熱電材料の製造方法。  The manufacturing method of the thermoelectric material of Claim 1.
前記押出通路内における前記材料の前記押出軸に平行な方向の向きが(N−1)回目およびN回目の前記押出処理において逆であり、  The direction in the direction parallel to the extrusion axis of the material in the extrusion passage is reversed in the (N-1) -th and N-th extrusion processes.
前記押出通路内における前記材料の前記押出軸周りの角度が(N−1)回目およびN回目の前記押出処理において180°異なる場合、  When the angle around the extrusion axis of the material in the extrusion passage differs by 180 ° in the (N−1) th and Nth extrusion processes,
前記Nが2以上の押出処理によって、前記特定の収束方位がf(1)である熱電材料を製造する、  The thermoelectric material having the specific convergence direction f (1) is manufactured by an extrusion process in which N is 2 or more.
請求項1に記載の熱電材料の製造方法。  The manufacturing method of the thermoelectric material of Claim 1.
請求項1〜請求項3のいずれかに記載された前記熱電材料を、前記特定の収束方位に平行および垂直な面を有する直方体となるように切断して製造される、  The thermoelectric material according to any one of claims 1 to 3 is manufactured by cutting so as to be a rectangular parallelepiped having a plane parallel and perpendicular to the specific convergence direction.
熱電素子。Thermoelectric element.
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