JPH03108781A - Manufacture of thermoelectric transducer - Google Patents

Manufacture of thermoelectric transducer

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JPH03108781A
JPH03108781A JP1247305A JP24730589A JPH03108781A JP H03108781 A JPH03108781 A JP H03108781A JP 1247305 A JP1247305 A JP 1247305A JP 24730589 A JP24730589 A JP 24730589A JP H03108781 A JPH03108781 A JP H03108781A
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JP
Japan
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type
grinding
mixing
sintering
composition
Prior art date
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Application number
JP1247305A
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Japanese (ja)
Inventor
Tatsuo Tokiai
健生 時合
Masaaki Nosaka
野坂 正昭
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Idemitsu Petrochemical Co Ltd
Original Assignee
Idemitsu Petrochemical Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH03108781A publication Critical patent/JPH03108781A/en
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Abstract

PURPOSE:To acquire a variety of quality thermoelectric transducers at a low cost effectively and readily by mixing and grinding a metallic powder which contains at least bismuth and a metallic powder which contains at least tellurium and by controlling a grinding time when formation and sintering are carried out. CONSTITUTION:For example, a mixture whose starting raw material composition consists of (Bi2Se3)0.05(Sb2Te3)0.10(Bi3Te3)0.85 is introduced to a pod of an agate planetary ball mill together with SbI3. Ethanol is added as a medium and grinding and mixing are carried out in a condition of the number of revolutions of 600rpm for 20, 40, 60, 80, 100 hours, respectively. Each of acquired compositions having different grinding and mixing times is formed to a chip by single shaft press formation device, and sintered in a condition of argon air flow to form a sintered body. A grinding time is selected properly to acquire desired P-type or N-type characteristic.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、熱電変換素子の製造方法に関し、より詳しく
言うと、同一の原料組成から、経済的でしかも簡単な操
作でP型かN型のタイプを制御することができ、電子部
品、電子冷却デバイス、温度センサー、半導体製造プロ
セスの恒温装置、熱電発電等の分野に好適に利用するこ
とのできる高品質のP型、N型あるいはP−N接合型の
素子を、安価に効率よく得ることができるなどの利点を
有する熱電変換素子の製造方法に関する。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to a method for manufacturing a thermoelectric conversion element, and more specifically, the present invention relates to a method for manufacturing a thermoelectric conversion element, and more specifically, it relates to a method for manufacturing a thermoelectric conversion element. High-quality P-type, N-type, or P- The present invention relates to a method for manufacturing a thermoelectric conversion element, which has advantages such as being able to efficiently obtain an N-junction type element at low cost.

[従来の技術と発明が解決しようとする課題]近年、ビ
スマスとテルルとからなる焼結体(例えば、その組成が
Bi2Te:+型のものやこれに81またはTeを過剰
にしたものなど)あるいはこれらにさらに例えば、アン
チモンやセレン等の他の金属もしくは半金属を含有する
各種の組成の焼結体[例えば、(Bi 、Sb) 2(
Te、Se) 3もしくはこれを基本成分とする組成の
ものなど]をP型、N型あるいはP−N接合型の熱電変
換素子として利用されっつある。
[Prior art and problems to be solved by the invention] In recent years, sintered bodies made of bismuth and tellurium (for example, those whose composition is Bi2Te:+ type or those with an excess of 81 or Te) or In addition to these, for example, sintered bodies of various compositions containing other metals or metalloids such as antimony and selenium [e.g. (Bi, Sb) 2(
Te, Se) 3 or compositions containing these as basic components] are being used as P-type, N-type, or PN junction type thermoelectric conversion elements.

このP型およびN型の制御方法としては、■組成(原料
組成)を変える方法と■焼結温度を変える方法とが知ら
れている。
As methods for controlling the P-type and N-type, two methods are known: (1) changing the composition (raw material composition) and (2) changing the sintering temperature.

」1記■の方法は、同一組成では基本的にはP型かN型
かのいずれか一方しか得ることができないという一般的
な考えによるものであり、半導体分野において広く一般
に採用されている。
The method 1. (2) is based on the general idea that basically only either P-type or N-type can be obtained with the same composition, and is widely used in the semiconductor field.

しかしながら、上記■の方法では、P、N制御を有効に
行うには、原料系が複雑に過ぎ、それぞれについて組成
や純度を精密に調整する必要があるなどの問題があり、
しかも一般にP型とN型との同時焼結が困難であり、P
−N接合素子は2次的に製造する必要があるなどの問題
点がある。
However, in method (2) above, in order to effectively control P and N, the raw material system is too complex, and the composition and purity of each must be precisely adjusted.
Moreover, it is generally difficult to sinter P-type and N-type simultaneously;
There are problems such as the need to manufacture the -N junction element secondarily.

一方、前記■の方法では、同一の原料組成からP型また
はN型のいずれの素子をも得ることができるという利点
を有している。例えば、B i 2Te 3型の組成の
ものを300〜450°Cで焼結するとN型になり、5
00°C以上で焼結するとP型になることが知られてい
る(なお、この場合、300°C以下ではP型になるが
、そのP型強度は弱くて実用的でない。)。
On the other hand, the method (2) has the advantage that either P-type or N-type elements can be obtained from the same raw material composition. For example, when a B i 2Te type 3 composition is sintered at 300 to 450°C, it becomes N type, and 5
It is known that when sintered at 00°C or higher, it becomes P-type (in this case, it becomes P-type at 300°C or lower, but the P-type strength is weak and is not practical).

しかしながら、この■の方法では、P、Nを制御した実
用的な素子(」−記の例ではP型)を得るには著しい高
温を要し、しかも高圧焼結用の設備が必要であるので、
エネルキーコストおよび設備コストが大きくて経済的に
不利であり、しかもP型およびN型それぞれについて焼
結温度を著しく異なった温度にする必要があるのでP型
およびN型に応じてプロセスが複雑になるなどの問題点
がある。また、この■の方法では、上記の例に限らず一
般に、P型とN型とを同時焼結で得ることはできない。
However, in this method (2), extremely high temperatures are required to obtain a practical device with controlled P and N (P-type in the example), and high-pressure sintering equipment is required. ,
It is economically disadvantageous because the energy and equipment costs are large, and the process is complicated depending on the P type and N type because the sintering temperature must be set to significantly different temperatures for each of the P type and N type. There are problems such as: Moreover, in this method (2), not only in the above example but generally, P type and N type cannot be obtained by simultaneous sintering.

それ故、P−N接合素子を得るには2次的な加工に頼ら
ざるを得す、したがってコスト高になり、プロセスはさ
らに複雑になる。さらに上記の■の方法においては、P
、N制御は焼結温度により決まるので焼結温度を自由に
変えることができず、その結果、得られる焼結体の強度
等の他の特性を焼結温度によって自由に制御することが
困難になる。
Therefore, to obtain a P-N junction element, one has to rely on secondary processing, which increases the cost and further complicates the process. Furthermore, in the method (■) above, P
, N control is determined by the sintering temperature, so the sintering temperature cannot be changed freely, and as a result, it is difficult to freely control other properties such as the strength of the obtained sintered body by the sintering temperature. Become.

以」二のように、従来のビスマス・テルル系熱電変換素
子の製造方法においては、上記のように種々の重大な問
題点があった。
As described above, the conventional method for manufacturing bismuth-tellurium thermoelectric conversion elements has various serious problems as described above.

本発明は、前記事情を鑑みてなされたものである。The present invention has been made in view of the above circumstances.

本発明の目的は、前記問題点を解決し、同一の組成およ
び純度の原料から、焼結温度を変えないでもP、N制御
を容易に行うことができ、したがって、原料を一本化す
ることもでき、また高品質のP型とN型との素子を別々
にも、あるいは同時焼結によっても得ることができ、さ
らにはPN接合素子を同時一体焼結によって1次的に製
造することもでき、しかも、これらの各種のタイプの素
子を簡単なプロセスで効率よく得ることができるなどの
種々の利点を有する実用上著しく有利な熱電変換素子の
製造方法を提供することにある。
The purpose of the present invention is to solve the above-mentioned problems, to easily control P and N from raw materials of the same composition and purity without changing the sintering temperature, and to unify the raw materials. It is also possible to obtain high-quality P-type and N-type devices separately or by simultaneous sintering, and furthermore, it is also possible to manufacture PN junction devices primarily by simultaneous integral sintering. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a thermoelectric conversion element which is extremely advantageous in practice and has various advantages such as being able to efficiently obtain various types of these elements through a simple process.

[課題を解決するための手段] 前記問題点を解決するための本発明は、ビスマスとテル
ルとを含有する熱電変換素子の製造方法において、少な
くともビスマスを含有する金属粉末と少なくともテルル
を含有する金属粉末とを混合・粉砕し、成形、焼結する
際に粉砕時間を制御することを特徴とする熱電変換素子
の製造方法である。
[Means for Solving the Problems] The present invention for solving the problems described above provides a method for manufacturing a thermoelectric conversion element containing bismuth and tellurium, in which a metal powder containing at least bismuth and a metal powder containing at least tellurium are used. This method of manufacturing a thermoelectric conversion element is characterized in that the grinding time is controlled during mixing and pulverizing powder, molding, and sintering.

本発明においては、少なくともビスマスを含有する金属
粉末と少なくともテルルを含有する金属粉末とを原料と
して使用する。前記金属粉末として使用する金属として
は、ビスマスおよびテルル、あるいはこれらと一種また
は二種以上の他の金属類を使用する。この他の金属類と
しては、各種の金属もしくは半金属類が使用可能であり
、具体的には例えば、アンチモン、セレンなどを挙げる
ことができる。
In the present invention, metal powder containing at least bismuth and metal powder containing at least tellurium are used as raw materials. The metals used as the metal powder include bismuth and tellurium, or one or more other metals in addition to these. As other metals, various metals or semimetals can be used, and specific examples include antimony and selenium.

これらの金属は、通常、単体金属として使用するが、予
め二種以−」−のそれぞれ、ビスマス系、テルル系の混
合物もしくは組成物として使用してもよい。
These metals are usually used as single metals, but they may also be used in advance as a mixture or composition of two or more of them, bismuth-based and tellurium-based.

前記金属粉末として使用する前記各種の金属の純度は、
単体金属として、通常、98%以上にするのが望ましい
The purity of the various metals used as the metal powder is
As a single metal, it is usually desirable to make it 98% or more.

前記粉砕に供する前記金属粉末の形状としては粒子状が
好ましく、また金属粉末の粒径としては、粉砕および混
合を十分に行い得るものであれば特に制限はないが、通
常100メツシユパス、好ましくは150メツシユパス
のものである。粒径の大きな金属粉末は、事前に粉砕等
の手段により上記粒径の範囲に調節しておくことが好ま
しい。
The shape of the metal powder to be subjected to the pulverization is preferably particulate, and the particle size of the metal powder is not particularly limited as long as it can be sufficiently pulverized and mixed, but usually 100 mesh passes, preferably 150 mesh passes. It belongs to Metsuyupass. It is preferable that the metal powder having a large particle size is adjusted in advance to the above particle size range by means such as pulverization.

さらに上記金属粉末には、適量のドーパンi・を添加す
ることが望ましい。このドーパントとしては、従来から
使用されているものを常法にしたがって添加することも
できるのであるが、例えば、熱電変換素子を通常の方法
によりN型にする(7)テあれば、SbI:+ 、Cu
Te、Cu2 S、CuI、CuBr、AgBr等を使
用することができ、また熱電変換素子を通常の方法にし
たがってP型にすルノテあれば、Te、Cd、Sb、P
b、As、Ei等を使用することができる。このドーパ
ントの添加量としては、金属粉末の種類や混合比あるい
はドーパント物質の種類等により一概に決定することが
できないのであるが、通常は、0.01N10モル%、
好ましくは0.05〜5モル%が望ましい。
Furthermore, it is desirable to add an appropriate amount of dopani to the metal powder. As this dopant, conventionally used dopants can be added according to the usual method, but for example, if the thermoelectric conversion element is made into N type by the usual method (7), SbI:+ , Cu
Te, Cu2S, CuI, CuBr, AgBr, etc. can be used, and if the thermoelectric conversion element is made into P type according to the usual method, Te, Cd, Sb, P
b, As, Ei, etc. can be used. The amount of this dopant added cannot be determined unconditionally depending on the type of metal powder, the mixing ratio, the type of dopant material, etc., but it is usually 0.01N10 mol%,
The content is preferably 0.05 to 5 mol%.

本発明の方法においては、それぞれの前記金属粉末を所
定の組成になる割合で混合・粉砕して組成物にし、この
組成物を成形してから焼結することにより、熱電変換素
子そのものあるいは熱電変換素子の材料としての、P型
またはN型の焼結体(素子もしくはその素子材)を製造
する。
In the method of the present invention, each of the metal powders is mixed and pulverized in a predetermined ratio to form a composition, and this composition is molded and sintered to form a thermoelectric conversion element itself or a thermoelectric conversion element. A P-type or N-type sintered body (an element or its element material) as a material for an element is manufactured.

例えば、ビスマスとテルルとのほかにアンチモンおよび
/またはセレンを使用する場合に特に好ましい金属の組
成の例を示せば、例えば、純度98%以上のそれぞれの
単体金属の粉末を次式%式% で表される割合で含有する組成、あるいは次式(Bio
 9osbo、 to)2(Teo95Seo、o5)
3で表される割合で単体金属の粉末を含有する組成など
を挙げることができる。
For example, if antimony and/or selenium are used in addition to bismuth and tellurium, an example of a particularly preferable metal composition is as follows: The composition containing the proportions expressed, or the following formula (Bio
9osbo, to)2 (Teo95Seo, o5)
Examples include a composition containing powder of a simple metal at a ratio expressed by 3.

なお、必要に応じて、前記金属成分以外の他の添加物を
適宜の量で配合することもできる。例えば、前記金属と
ともに、SbI3等の使用する金属のハロゲン化物、好
ましくはヨウ化物等をドーパントとして、例えば、2.
0重量%以下、好ましくは0.1〜1.0重量%程度の
割合で配合する。
Note that, if necessary, additives other than the above-mentioned metal components can also be blended in appropriate amounts. For example, in addition to the metal, a halide, preferably an iodide, of the metal used, such as SbI3, is used as a dopant, for example, 2.
It is blended in a proportion of 0% by weight or less, preferably about 0.1 to 1.0% by weight.

例えば、前例示の(Bio25sbo75)2Te3で
表yれる割合の金属粉末の混合物にSbI3を例えば0
.33重量%の割合で添加した組成、あるいは、前記例
示の(Bio9osbo、 to)2(Teo95Se
o、o5)3テ表される割合の金属粉末の混合物にSb
I3を0.25重量%の割合で添加してなる組成などが
特に好ましい原料組成として挙げることができる。
For example, 0% SbI3 is added to the mixture of metal powders in the proportion represented by (Bio25sbo75)2Te3 as shown in the previous example.
.. The composition added at a ratio of 33% by weight, or the above-mentioned (Bio9osbo, to)2(Teo95Se)
o, o5) Sb in a mixture of metal powders in the proportions expressed
Particularly preferred raw material compositions include compositions in which 0.25% by weight of I3 is added.

前記金属粉末の混合は、粉砕に先立って予め行っても、
粉砕と同時に行ってもよいが、いずれにしてもこの粉砕
は原料の金属粉末がよく混合されるように行う。
Even if the mixing of the metal powder is performed in advance prior to pulverization,
It may be carried out at the same time as the pulverization, but in any case, the pulverization is carried out so that the raw metal powder is well mixed.

この混合・粉砕に使用する粉砕機としては、粉砕と混合
とを同時に、かつ十分に行うことのできる粉砕混合機で
あれば特に制限はなく、通常、例えば遊星型ボールミル
等の高速ボールミル型粉砕機などを好適に使用すること
ができる。
There are no particular restrictions on the pulverizer used for this mixing and pulverization, as long as it is a pulverizer mixer that can simultaneously and sufficiently perform pulverization and mixing, and usually a high-speed ball mill type pulverizer such as a planetary ball mill is used. etc. can be suitably used.

このような高速ボールミルによる粉砕・混合は、種々の
条件によって行うことができる。
Such pulverization and mixing using a high-speed ball mill can be performed under various conditions.

例えば、平均粒径3〜100μm程度の金属粉末を10
0g程度用いる場合、好適に使用することのできる条件
として、以下の例を挙げることができる。
For example, 100 μm of metal powder with an average particle size of about 3 to 100 μm
When using about 0 g, the following examples can be given as conditions under which it can be used suitably.

すなわち、例えば内径70mm程度、深さ100mm程
度のメノウ製のポットを有する遊星型ボールミルに、所
定の組成の金属粉末とSbI3等の添加剤および溶媒と
して例えば、エタノールを金属粉末1g当たり 0.5
m l程度導入し、これらをポールとして直径10mm
程度のものを20個程度と直径3mm程度のものを10
0個程度用いて、例えば600 rpm程度の回転数で
、通常5〜200時間、好ましくは10〜100時間程
度の時間範囲内から選ばれる粉砕時間(すなわち、粉砕
混合時間)で、内容物を粉砕混合する方法などが好適な
方法の例として挙げることができる。
That is, in a planetary ball mill having an agate pot with an inner diameter of about 70 mm and a depth of about 100 mm, for example, metal powder of a predetermined composition, an additive such as SbI3, and ethanol as a solvent are added at a rate of 0.5 per gram of metal powder.
ml, and use these as poles with a diameter of 10mm.
About 20 pieces with a diameter of about 3mm and 10 pieces with a diameter of about 3mm
The contents are pulverized using about 0 pieces, for example, at a rotation speed of about 600 rpm, for a pulverization time (i.e., pulverization and mixing time) selected from a time range of usually 5 to 200 hours, preferably 10 to 100 hours. An example of a suitable method is a method of mixing.

本発明の方法において重要な点のひとつは、」−0 記の具体例に限らず、同一組成の原料から粉砕時間(粉
砕混合時間)を調整することによって、得られる焼結体
(熱電変換素子あるいは熱電変換素子の材料)のP型、
N型の制御を行う点である。
One of the important points in the method of the present invention is that the sintered body (thermoelectric conversion element) obtained by adjusting the grinding time (pulverization mixing time) from raw materials of the same composition is not limited to the specific example described in "-0". or thermoelectric conversion element material) P type,
The point is that N-type control is performed.

このP型またはN型に制御するための粉砕時間(粉砕混
合時間)は、使用する原料の組成、金属粉末の粒径、混
合粉砕機の種類、他の粉砕条件等の他の因子に依存する
ので一律に規定することはできない。また、この粉砕時
間(粉砕混合時間)の違いによって、P型になったり、
あるいはN型になったりする理由は、粉砕によって得ら
れる粉砕物粒子の粒径の違い、前記粉砕物粒子の粒子間
相互作用の違いなどが考えられるものの、現在のところ
明らかではない。
The grinding time (grinding and mixing time) to control this P type or N type depends on other factors such as the composition of the raw materials used, the particle size of the metal powder, the type of mixing grinder, and other grinding conditions. Therefore, it cannot be specified uniformly. Also, depending on the difference in the grinding time (pulverization mixing time), it may become P type,
Alternatively, the reason why the particles become N-type is not clear at present, although it is thought that there are differences in the particle size of the pulverized particles obtained by pulverization, differences in interaction between the particles of the pulverized particles, etc.

したがって、粉砕時間(粉砕混合時間)は、所望のP型
あるいはN型特性が得られる様に適宜に選定すればよい
。しかし、一つの目安としては、混合・粉砕後の平均粒
子径が1〜2舊ml基準に、それよりも大きく、又は小
さくなるように制御制 御する。
Therefore, the pulverization time (pulverization mixing time) may be appropriately selected so as to obtain the desired P-type or N-type characteristics. However, as a guideline, the average particle size after mixing and pulverization should be controlled to be larger or smaller than the standard of 1 to 2 ml.

以上のように粉砕時間(粉砕混合時間)を調整して得ら
れた組成物(P型の前駆体および/またはN型の前駆体
)は、プレス成形等の常法にしたがって所望の形状およ
び構造に成形する。
The composition (P-type precursor and/or N-type precursor) obtained by adjusting the pulverization time (pulverization mixing time) as described above is molded into a desired shape and structure by a conventional method such as press molding. Form into.

この成形加工方法としては特に制限はなく、各種の成形
加工装置を用いて種々の条件や方式で行うことができる
が、通常はこの分野等で常用される一軸プレス成形機等
を用いて、プレス圧0.5〜5 ton/cm2程度で
プレス成形される。また、必要に応じてさらに種々の複
雑な構造に加工することもできる。
There are no particular restrictions on this molding method, and it can be performed using various molding devices under various conditions and methods, but usually, it is press-formed using a uniaxial press molding machine commonly used in this field. Press molding is performed at a pressure of about 0.5 to 5 ton/cm2. Furthermore, it can be further processed into various complex structures as required.

このプレス成形もしくは成形加工の際、粉砕時間の調整
によって得られたP型用組成物とN型用組成物を用いて
、P型単独のもの、N型単独のものになるように成形し
てもよく、あるいは、例えば第1図に例示するようなP
型部2とN型部3とが一体成形されたP−N接合素子l
が同時焼結によって得られるような構造のP−N接合型
の成形物に成形してもよい。また、例えば第2図に例示
 2 するように、P型部2とN型部3とを銅等の導体や半導
体等の導電性材料4を介して間接的に接合された間接型
P−N接合素子1゛が同時焼結によって得られる構造の
間接P−N接合型の成形物に成形してもよく、あるいは
所望の他の形状および構造の成形物に成形してもよい。
During this press molding or molding process, the P-type composition and N-type composition obtained by adjusting the grinding time are used to mold the P-type composition alone and the N-type composition alone. Or, for example, P as illustrated in FIG.
P-N junction element l in which mold part 2 and N-type part 3 are integrally molded
It may be formed into a P-N junction type molded product having a structure obtained by simultaneous sintering. For example, as illustrated in FIG. 2, an indirect type P-N where a P-type part 2 and an N-type part 3 are indirectly joined via a conductor such as copper or a conductive material 4 such as a semiconductor is also available. The joining element 1' may be molded into an indirect PN junction type molding having a structure obtained by simultaneous sintering, or may be molded into a molding having any other desired shape and structure.

以上のようにして得られた各種の成形物は、焼結され、
前記所定の形状および構造の焼結体(素子もしくは素子
材)になる。
The various molded products obtained as described above are sintered,
A sintered body (element or element material) having the predetermined shape and structure is obtained.

焼結温度および焼結時間としては、原料の組成等の他の
条件によって異なるので一概に規定することができない
が、通常300〜600℃、好ましくは400〜520
°Cの温度範囲内で、通常0.5時間以−1−1好まし
くは0.5〜30時間(例えば、10時間程度)の焼結
を行うのが適当である。
The sintering temperature and sintering time cannot be unconditionally defined because they vary depending on other conditions such as the composition of the raw materials, but are usually 300 to 600°C, preferably 400 to 520°C.
It is appropriate to carry out the sintering within the temperature range of °C for usually 0.5 hours or more, preferably 0.5 to 30 hours (for example, about 10 hours).

焼結温度が低すぎると、P型またはN型の強度が不十分
になったり、焼結体の強度が十分に得られないことがあ
る。一方、焼結温度があまり高すぎるとP型またはN型
の強度が低下したり、エネルギーコストが大きくなって
不利になることがあ3 る。
If the sintering temperature is too low, the P-type or N-type strength may become insufficient, or the sintered body may not have sufficient strength. On the other hand, if the sintering temperature is too high, the strength of the P-type or N-type may decrease, or the energy cost may increase, which may be disadvantageous.

前記焼結に際しての雰囲気としては、特に制限はないか
、通常、アルゴンや窒素等の不活性(ガス)雰囲気もし
くは不活性ガス気流中で行うのが望ましい。
There are no particular restrictions on the atmosphere during the sintering, but it is usually preferable to carry out the sintering in an inert (gas) atmosphere such as argon or nitrogen or in an inert gas stream.

前記焼結に際しての圧力としては、特に制限はなく、例
えば、大気圧等の常圧伺近でも好適に行うことができる
There is no particular restriction on the pressure at which the sintering is performed, and for example, the sintering can be suitably carried out under normal pressure such as atmospheric pressure.

以」二のようにして、P型とN型とのそれぞれの熱電変
換素子を別々にあるいは同時に焼結して得ることができ
る。いずれにしても、P型とN型のものを同一の焼結炉
を用い、同一の温度等の条件で行うことができるので、
プロセスを著しく簡単化することができ、特にP型とN
型を同時焼結によって得る方法を採用すれば、プロセス
をより簡単にすることができる。
In the following manner, P-type and N-type thermoelectric conversion elements can be sintered separately or simultaneously. In any case, P-type and N-type products can be sintered using the same furnace and under the same temperature and other conditions.
The process can be significantly simplified, especially for P-type and N-type
The process can be made simpler if the mold is obtained by co-sintering.

このようにして得られたP型およびN型素子は、必要に
応じて常法にしたがってP−N接合型に2次加工するこ
ともできる。
The P-type and N-type elements thus obtained can be processed into a P-N junction type according to a conventional method, if necessary.

しかし、本発明の方法では、上記したようにP 4 型とN型とを同時焼結によって得ることができるので、
前記したようにP−N接合型の成形物をそのまま焼結す
ることにより、例えば、第1図、第2図に例示のP−N
接合型素子等の各種の形状および構成のP−N接合型素
子もしくは素子材を直接得ることができる。この方法を
採用することにより、P−N接合素子の製造工程をさら
に大幅に簡単化することができる。
However, in the method of the present invention, P 4 type and N type can be obtained by simultaneous sintering as described above.
As described above, by sintering the P-N bonding molded product as it is, for example, the P-N bonding type shown in FIGS.
P-N junction type elements or element materials of various shapes and configurations such as junction type elements can be directly obtained. By employing this method, the manufacturing process of the PN junction element can be further simplified significantly.

なお、このようにして得られた各種の素子もしくは素子
材は、そのまま、あるいは必要に応じてさらに加工を施
して、所望の製品にすることができる。
Note that the various elements or element materials obtained in this way can be made into desired products as they are or by further processing as necessary.

また、本発明の方法によると、以上の各種の素子の製造
は、同一原料組成で行うことがでJる。
Further, according to the method of the present invention, the various devices described above can be manufactured using the same raw material composition.

したがって、原料(組成および純度)を−本化すること
ができ、P型、N型に合わせて原料系を一々別々に設定
、調整する必要がなくなり、原料系の設定および調整工
程を著しく簡略化合物することができる。
Therefore, the raw materials (composition and purity) can be standardized, and there is no need to separately set and adjust the raw material system for P-type and N-type, which greatly simplifies the process of setting and adjusting the raw material system. can do.

以」二の製造プロセスの簡単化、原料系の単純化 5 等に伴って製造コストを大幅に低下させることができる
With the simplification of the manufacturing process and the raw material system mentioned above, the manufacturing cost can be significantly reduced.

以」−のようにして得られたP型、N型およびP−N接
合型素子は、例えば、電気・電子部品電子冷却デバイス
等をはしめにする各種の利用分野に好適に使用すること
ができる。
The P-type, N-type, and P-N junction type devices obtained in the following manner can be suitably used in various fields of use, such as electric/electronic component electronic cooling devices, etc. .

[実施例] 次に、本発明を実施例および比較例により、さらに詳細
に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるも
のではない。
[Examples] Next, the present invention will be explained in more detail with reference to Examples and Comparative Examples, but the present invention is not limited to these Examples.

(実施例1〜5) 出発原料組成が(Bi 2se3) o、 o 5(S
b2Te3) o、 to(Bi 3Te3)o85に
なり、その合計量が100gになるように、それぞれの
単体金属(150メンシユバフ)を秤量し、これらを、
0.25重量%になる星の5b13とともに遊星型ボー
ルミルのボッド(内径70mm、深さ100mm 、メ
ノウ製)に導入し、媒体としてエタノールを0.5ml
/gになる割合で添加し、直径10mmのポール20個
、直径3mmのボルル100個により、回転数60Or
pmの条件で、それぞれ、20.40.60、6 80.100時間、粉砕混合した。
(Examples 1 to 5) Starting material composition is (Bi 2se3) o, o 5(S
b2Te3)o, to(Bi3Te3)o85, and weigh each elemental metal (150 menshu buff) so that the total amount is 100g, and combine them with
It was introduced into the bod of a planetary ball mill (inner diameter 70 mm, depth 100 mm, made of agate) together with Hoshi no 5b13 to give a concentration of 0.25% by weight, and 0.5 ml of ethanol was used as a medium.
20 poles with a diameter of 10 mm and 100 balls with a diameter of 3 mm, the rotation speed was 60 Or.
The mixture was pulverized and mixed for 20, 40, 60 and 6 80, 100 hours under the conditions of pm.

得られた粉砕混合時間の異なるそれぞれの組成物を、−
軸プレス成形機により、プレス圧2.9tOn/Cff
12の条件で3.OX 3.OX 1.5mmのチップ
に成形した。
The obtained compositions with different pulverization and mixing times were -
Press pressure 2.9tOn/Cff by axial press molding machine
3. under 12 conditions. OX3. It was molded into a chip of OX 1.5 mm.

得られた成形物を、460°C1大気圧、アルゴン気流
(2,0旦/m1n)の条件で、10時間焼結し、焼結
体とした。
The obtained molded product was sintered for 10 hours under the conditions of 460°C, 1 atmospheric pressure, and argon flow (2.0 degrees/m1n) to obtain a sintered body.

得られたそれぞれの焼結体についてゼーベック係数を評
価した。
The Seebeck coefficient of each of the obtained sintered bodies was evaluated.

これらの結果は、粉砕混合後の粒子の平均粒径、粉砕混
合時間とともに第1表に示す。
These results are shown in Table 1 along with the average particle diameter of the particles after pulverization and mixing and the pulverization and mixing time.

第1表 粉砕時 平均粒  型  ゼーベック 間/hr  径/gm    係数()LV/K)実施
例1  20  2.4    P型  300実施例
2 40  2.OP型  230実施例3  60 
 1.4    P型   5゜実施例4801.IN
型  −215 実施例5 100  0.9    N型  −280
参考例※ −一  −−N型  −220※融解・混合
したもの [発明の効果] 以上に詳述したように、本発明によると以下の効果を奏
することができる。
Table 1 Average particle size during pulverization Type Seebeck distance/hr Diameter/gm Coefficient ()LV/K) Example 1 20 2.4 P type 300 Example 2 40 2. OP type 230 Example 3 60
1.4 P type 5° Example 4801. IN
Type -215 Example 5 100 0.9 N type -280
Reference Example* -1 --N Type -220*Melted and Mixed [Effects of the Invention] As detailed above, according to the present invention, the following effects can be achieved.

■回−・の組成および純度の原料から、焼結温度を変え
ないでも、粉砕時間の調整という簡単でエネルギーコス
トの小さい操作により、P、N制御を容易に行うことが
できる。
(2) P and N control can be easily performed by adjusting the grinding time, which is a simple operation with low energy cost, even without changing the sintering temperature, based on the composition and purity of the raw material.

■P型とN5を、同一焼結炉により同一の温度等の条件
で同時にあるいは別々に得ることができ 7 8 るので、プロセスおよび設備を著しく簡単化することが
でき、特にP型とN型を同時焼結により得る方法を採用
することにより、製造工程をより一層簡単化し、プロセ
ス効率を著しく向上させることができる。
■Since P-type and N5 can be obtained simultaneously or separately in the same sintering furnace under the same temperature and other conditions, the process and equipment can be significantly simplified, especially P-type and N-type. By adopting a method of obtaining by simultaneous sintering, the manufacturing process can be further simplified and process efficiency can be significantly improved.

■P−N接合型素子を、従来のように2次加工に頼るこ
となく、同時焼結によって直接得ることができるので、
この方法を採用することにより、その製造工程を著しく
簡単化し、プロセス効率を大幅に向上させることができ
る。
■P-N junction type elements can be obtained directly by simultaneous sintering without relying on secondary processing as in the past.
By adopting this method, the manufacturing process can be significantly simplified and the process efficiency can be greatly improved.

しかも、モジュール化も可能になる。Furthermore, modularization becomes possible.

■P型およびN型に対して、同一組成および純度の原料
系を用いことができるので、原料系の設定や調整工程が
著しく簡単となり、高品質の素子を容易製造することが
できる。
(2) Since raw material systems of the same composition and purity can be used for P-type and N-type, the setting and adjustment process of the raw material systems is significantly simplified, and high-quality devices can be easily manufactured.

■焼結温度を著しく高温にする必要がないのでエネルギ
ーコストおよび設備コストを著しく低減することができ
る。
■Since the sintering temperature does not need to be extremely high, energy costs and equipment costs can be significantly reduced.

以上の点等により、本発明によると、高品質のP型、N
型およびP−N接合型の各種の熱電変換9 素子を低コストで効率よく、容易に製造することができ
るなど種々の利点を有する実用上著しく右利な、%電変
換素子の製造方法を提供することができる。
Due to the above points, etc., according to the present invention, high quality P type, N type
Provides a method for manufacturing % electric conversion elements that is extremely advantageous in practice and has various advantages such as being able to manufacture various type and P-N junction type thermoelectric conversion elements efficiently and easily at low cost. can do.

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

第1図は、本発明の方法で得られるP−N接合素子の構
成の一例を略示した断面図である。 第2図は、本発明の方法で得られる間接型P−N接合素
子の構成の一例を略示した断面図である。 1・・φF’−N接合素子、1“・・・間接型P−N接
合素子、2・・・P型部、  3・・・N型部、4・・
・導電性材料。  0
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing an example of the structure of a PN junction element obtained by the method of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing an example of the structure of an indirect PN junction element obtained by the method of the present invention. 1...φF'-N junction element, 1"...Indirect type P-N junction element, 2...P type part, 3...N type part, 4...
・Conductive material. 0

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)ビスマスとテルルとを含有する熱電変換素子の製
造方法において、少なくともビスマスを含有する金属粉
末と少なくともテルルを含有する金属粉末とを混合・粉
砕し、成形、焼結、する際に粉砕時間を制御することを
特徴とする熱電変換素子の製造方法。
(1) In a method for manufacturing a thermoelectric conversion element containing bismuth and tellurium, the grinding time is required when mixing and grinding, molding, and sintering a metal powder containing at least bismuth and a metal powder containing at least tellurium. 1. A method for manufacturing a thermoelectric conversion element, characterized by controlling.
(2)ビスマスとテルルとを含有する熱電変換素子の製
造方法において、少なくともビスマスを含有する金属粉
末と少なくともテルルを含有する金属粉末とドーパント
とを混合、粉砕し、成形、焼結する際に粉砕時間を制御
することを特徴とする熱電変換素子の製造方法。
(2) In a method for manufacturing a thermoelectric conversion element containing bismuth and tellurium, a metal powder containing at least bismuth, a metal powder containing at least tellurium, and a dopant are mixed, pulverized, and pulverized during molding and sintering. A method for manufacturing a thermoelectric conversion element characterized by controlling time.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5318743A (en) * 1992-11-27 1994-06-07 Idemitsu Petrochemical Co., Ltd. Processes for producing a thermoelectric material and a thermoelectric element
JPH1065222A (en) * 1996-08-14 1998-03-06 Natl Aerospace Lab Manufacture of thermoelectric conversion device
JP2007505028A (en) * 2003-09-12 2007-03-08 ボード オブ トラスティース オペレイティング ミシガン ステイト ユニバーシティー Thermoelectric composition containing silver

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