JPH06342941A - Manufacture of thermoelectric generator element - Google Patents

Manufacture of thermoelectric generator element

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JPH06342941A
JPH06342941A JP4173013A JP17301392A JPH06342941A JP H06342941 A JPH06342941 A JP H06342941A JP 4173013 A JP4173013 A JP 4173013A JP 17301392 A JP17301392 A JP 17301392A JP H06342941 A JPH06342941 A JP H06342941A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fesi
powder
thermoelectric generator
manufacturing
phase transition
Prior art date
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Pending
Application number
JP4173013A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yuichiro Hara
裕一郎 原
Toshikazu Takeda
敏和 竹田
Shigeo Takita
茂生 瀧田
Yutaka Matsumi
裕 松見
Masayuki Kato
雅之 加藤
Eiji Okumura
英二 奥村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Isuzu Motors Ltd
Original Assignee
Isuzu Motors Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Isuzu Motors Ltd filed Critical Isuzu Motors Ltd
Priority to JP4173013A priority Critical patent/JPH06342941A/en
Publication of JPH06342941A publication Critical patent/JPH06342941A/en
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Abstract

PURPOSE:To provide a method for manufacturing a novel thermoelectric generator in which shortening of a phase transition time is performed and which has an excellent mechanical strength. CONSTITUTION:The method for manufacturing a thermoelectric generator comprises the steps of forming capsule powder containing slave particles made of metal oxide such as CuO, etc., and adhered to peripheries of base particles made of p-type or n-type alpha-FeSi2 powder added with additive element such as Mn, Co, etc., collecting the capsule powder in a predetermined shape, and then carrying out plasma sintering.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は熱電対などに用いられる
熱発電素子の製造方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a thermoelectric generator used for a thermocouple or the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】熱発電素子は周知の通り、熱電効果を利
用して熱エネルギーから電気エネルギーに、或いはその
反対に変換する素子であり、代表的なものとして、熱電
対、電子冷凍素子(ペルチェ素子)が挙げられる。この
熱電対は二種の金属線を接続して閉回路を作り、二つの
接点を異なる温度に保つと、この接点間に熱起電力が生
ずるというゼーベック効果を利用したもので、両端の電
圧を測定して温度を測るものであり、他方、電子冷凍素
子は異種の導体や半導体の接触面を通して電流が流れる
とき、その接触面でジュール熱以外の熱の発生、吸収が
起こるペルチェ効果を利用したもので、マイナス20℃
〜プラス70℃程度の範囲で精密に温度制御が必要な場
合等によく使われる。
2. Description of the Related Art As is well known, a thermoelectric generator is an element that converts thermoenergy into electric energy by utilizing thermoelectric effect or vice versa. Typical examples are thermocouples and electronic refrigeration elements (Peltier element). Element). This thermocouple uses the Seebeck effect in which two types of metal wires are connected to form a closed circuit, and when two contacts are kept at different temperatures, a thermoelectromotive force is generated between these contacts. On the other hand, the electronic refrigeration element utilizes the Peltier effect in which heat other than Joule heat is generated and absorbed at the contact surface when a current flows through the contact surface between different conductors and semiconductors. -20 ° C
It is often used when precise temperature control is required within the range of plus 70 ° C.

【0003】また、この熱発電素子は幾つかの標準的な
組み合わせがJIS規格等で決まっており、その一つと
してp型鉄珪化物と、n型鉄珪化物との組み合わせから
なるFeSi熱発電素子がある。
[0003] In addition, some standard combinations of this thermoelectric generator are determined by the JIS standard, and one of them is FeSi thermoelectric generator consisting of a combination of p-type iron silicide and n-type iron silicide. There is an element.

【0004】図4はこのFeSi熱発電素子の製造方法
の一例を示したものである。これを順を追って簡単に説
明すると、先ず、FeとSiにそれぞれ添加元素である
Mn及びCoを添加して1873Kの温度でこれらを別
個に溶解して二種類のインゴットを製作した後、スタン
プミル等を用いてこれらをそれぞれ別個に粉砕して造粒
し、p型原料粉末とn型原料粉末を製作する。そして、
これら原料粉末を成形型に入れて冷間プレスした後、真
空中、1433Kで焼結し、その後これをα−FeSi
(金属相)からβ−FeSi(半導体相)に相転位させ
るべく大気中、1063Kで熱処理を加え、必要に応じ
てリード線をろう付け、或いはハンダ付けして完成する
ことになる。
FIG. 4 shows an example of a method of manufacturing this FeSi thermoelectric generator. Briefly explaining this step by step, first, Mn and Co, which are additional elements, are added to Fe and Si, respectively, and these are separately melted at a temperature of 1873K to produce two kinds of ingots, and then a stamp mill. Etc. are separately pulverized and granulated by using, for example, to produce a p-type raw material powder and an n-type raw material powder. And
These raw material powders were put into a molding die, cold pressed, and then sintered at 1433K in a vacuum, and thereafter, this was α-FeSi.
To complete the phase transition from (metal phase) to β-FeSi (semiconductor phase) in the air, heat treatment is performed at 1063K, and the lead wire is brazed or soldered as necessary to complete the process.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述したよ
うな従来の熱発電素子の製造方法ではα−FeSiをβ
−FeSiに相転位させるべく熱処理に時間が掛かって
しまう上に、焼結された粉末間に空孔が存在して疎密な
部分があるため、電流密度や機械的強度が低いといった
欠点があった。
By the way, in the conventional method for manufacturing a thermoelectric generator as described above, α-FeSi is mixed with β
In addition to the time required for the heat treatment to cause phase transition to —FeSi, there are disadvantages that the current density and mechanical strength are low because there are sparse and dense parts due to the existence of voids between the sintered powders. .

【0006】そこで、本発明は上述した問題点を有効に
解決するために案出されたものであり、その主な目的は
相転位時間の短縮化が達成されると共に、機械的強度に
優れた新規な熱発電素子の製造方法を提供するものであ
る。
Therefore, the present invention has been devised to effectively solve the above-mentioned problems, and its main purpose is to achieve shortening of the phase transition time and to have excellent mechanical strength. The present invention provides a novel method for manufacturing a thermoelectric generator.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明はMn,Co等の添加元素が添加され、p型あ
るいはn型とされたα−FeSi2 粉末からなる母粒子
の周囲に、CuO等の金属酸化物からなる子粒子を付着
させたカプセル粉体を形成し、該カプセル粉体を所定の
形状に集合させてプラズマ焼結するものである。
In order to achieve the above-mentioned object, the present invention provides a method in which an additional element such as Mn or Co is added to surround a mother particle made of p-type or n-type α-FeSi 2 powder. , CuO, and the like, to form capsule powder to which child particles made of a metal oxide are attached, and the capsule powder is aggregated in a predetermined shape and plasma-sintered.

【0008】[0008]

【作用】本発明は上述したような製造方法であるため、
α−FeSi2 粉末のみを相転位させるよりも、低い温
度で相転位させることができる。すなわち、子粒子であ
る金属酸化物の酸素がα−FeSi2 からなる母粒子に
吸着していた炭素と結合し、その時の反応熱がトリガー
となって相転位温度を下げるものと考えられる。
Since the present invention is the manufacturing method as described above,
It is possible to cause the phase transition at a lower temperature than when only the α-FeSi 2 powder is subjected to the phase transition. That is, it is considered that oxygen of the metal oxide, which is a child particle, is bonded to carbon adsorbed on the mother particle made of α-FeSi 2, and the reaction heat at that time triggers to lower the phase transition temperature.

【0009】4CuO+C+ →2Cu2 O+CO2 また、プラズマ焼結に際して、カプセル粉体を集合させ
てプレスすると、このカプセル粉体を構成する子粒子が
潤滑剤の働きをなして空孔が埋まって密度が増す上に、
カプセル化により、均一に分散した酸化物が焼結した際
の繋ぎとなり、機械的強度も向上する。また、プラズマ
焼結による固形化の際には粉体の流動性、通電性が重要
となってくるが、これらの点についてもカプセル粉体は
優れている。すなわち、母粒子に用いるα−FeSi2
は良導体で通電焼結の際に一部だけ過放電しやすいが、
絶縁体である酸化物が均一に分散された状態では電流密
度も均一化される。
4CuO + C + → 2Cu 2 O + CO 2 Further , when plasma powder is sintered and the capsule powders are aggregated and pressed, the child particles constituting the capsule powders function as a lubricant to fill the voids and density. Is increasing,
The encapsulation serves as a connection when the uniformly dispersed oxides are sintered and improves the mechanical strength. Further, the fluidity and the electrical conductivity of the powder become important when solidified by plasma sintering, and the capsule powder is also excellent in these respects. That is, α-FeSi 2 used for the mother particles
Is a good conductor and it is easy to overdischarge only partly during electric sintering.
When the oxide, which is an insulator, is uniformly dispersed, the current density is also uniform.

【0010】[0010]

【実施例】以下、本発明の一実施例を添付図面に基づい
て詳述する。
An embodiment of the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings.

【0011】図1及び表1に示すように、先ず、Feと
Siにそれぞれ添加元素であるMn及びCoを添加して
1873Kの温度でこれらを別個に溶解して二種類のイ
ンゴットを製作した後、スタンプミルあるいはボールミ
ル等を用いてこれらをそれぞれ別個に粉砕して造粒し、
粒径が約150μmのFeSi2 アトマイズ粉末を製造
した。そして、図2に示すように、このFeSi2 アト
マイズ粉末を母粒子1とし、この母粒子1の周囲に、C
uOからなる粒径が1〜2μm程度の子粒子2を、静電
付着法、機械的衝撃法等の周知技術を用いてカプセル化
し、p型カプセル粉末及びn型カプセル粉末3を製作し
た。尚、このカプセル粉末3中のCuO混合割合は2w
t%とした。また、金属酸化物としてはその融点が50
0℃以上1200℃以下で、かつ、空気中で容易に還元
しないものが好ましい。また、粒径としては5μm以下
がカプセル化には都合が良い。
As shown in FIG. 1 and Table 1, first, Mn and Co, which are additional elements, are added to Fe and Si, respectively, and these are separately melted at a temperature of 1873 K to prepare two types of ingots. , Using a stamp mill or ball mill, etc.
FeSi 2 atomized powder having a particle size of about 150 μm was produced. Then, as shown in FIG. 2, this FeSi 2 atomized powder was used as a mother particle 1, and C around the mother particle 1.
The child particles 2 made of uO and having a particle diameter of about 1 to 2 μm were encapsulated by a well-known technique such as an electrostatic adhesion method and a mechanical impact method to produce a p-type capsule powder and an n-type capsule powder 3. The mixing ratio of CuO in the capsule powder 3 is 2w.
It was set to t%. The melting point of the metal oxide is 50.
It is preferably 0 ° C. or higher and 1200 ° C. or lower and does not easily reduce in air. Further, a particle size of 5 μm or less is convenient for encapsulation.

【0012】次に、このようにカプセル化された原料粉
末をプラズマ焼結装置の成形型に入れ、真空雰囲気中
で、約650℃で焼結し、α−FeSi(金属相)から
β−FeSi(半導体相)に相転位させた。
Next, the thus-encapsulated raw material powder is placed in a mold of a plasma sintering apparatus and sintered at about 650 ° C. in a vacuum atmosphere to convert α-FeSi (metal phase) to β-FeSi. (Semiconductor phase).

【0013】この結果、CuOでカプセル化した粉末は
約715℃で転位することが確かめられた。このことは
通常の無カプセルα−FeSiが727℃であるから、
転位温度は約12℃低下することになる。また、密度比
が97%と高い密度を示し、機械的強度が向上したこと
を確認した。
As a result, it was confirmed that the CuO-encapsulated powder dislocations at about 715 ° C. This is because the normal non-encapsulated α-FeSi is 727 ° C,
The dislocation temperature will decrease by about 12 ° C. Further, it was confirmed that the density ratio was as high as 97% and the mechanical strength was improved.

【0014】また、このα→βへの相転位について説明
すると、α相は正方晶の金属であるが、β相は斜方晶の
真性半導体である。β−FeSi2 はα−FeSi2
FeSi2 の包析反応によって形成されるが、通常、こ
の過程をα→βへの相転位と呼んでいる。また、このと
きの温度を転位温度とよび、約938℃である。すなわ
ち、この温度より高温側ではFeとSiは正方晶の結晶
構造をもったほうが安定であり、逆に低温側では斜方晶
という結晶構造をもったほうが内部エネルギーが低く安
定である。このことからα−FeSi2 を転位温度より
低めの温度で熱処理することでβ−FeSi2 を得るこ
とが可能である。
Explaining the α → β phase transition, the α phase is a tetragonal metal, while the β phase is an orthorhombic intrinsic semiconductor. β-FeSi 2 is formed by the encapsulation reaction of α-FeSi 2 and FeSi 2 , and this process is usually called a phase transition from α to β. The temperature at this time is called a dislocation temperature and is about 938 ° C. That is, on the higher temperature side than this temperature, it is more stable that Fe and Si have a tetragonal crystal structure, and on the contrary, on the lower temperature side, the orthorhombic crystal structure is lower in internal energy and more stable. From this, it is possible to obtain β-FeSi 2 by heat-treating α-FeSi 2 at a temperature lower than the dislocation temperature.

【0015】[0015]

【表1】 [Table 1]

【0016】このように、本発明は、α−FeSi2
末からなる母粒子の周囲に、CuO等の金属酸化物から
なる子粒子を付着させたカプセル粉体を形成し、該カプ
セル粉体を所定の形状に集合させた後、プラズマ焼結す
るようにしたものであるため、α−FeSiをβ−Fe
Siに相転位させるべく熱処理が短縮化されると共に、
高密度に焼結されて機械的強度が向上することになる。
As described above, according to the present invention, the capsule powder in which the child particles made of the metal oxide such as CuO are adhered is formed around the mother particles made of the α-FeSi 2 powder, and the capsule powder is After being assembled into a predetermined shape, plasma sintering is performed, so α-FeSi is converted to β-Fe.
The heat treatment is shortened to cause the phase transition to Si, and
It will be sintered to high density and mechanical strength will be improved.

【0017】[0017]

【発明の効果】以上要するに本発明によれば、以下の如
き優れた効果を有する。
In summary, the present invention has the following excellent effects.

【0018】金属酸化物でカプセル化することによ
り、焼結温度を任意にコントロールでき、相転位時間の
短縮化が達成される。
By encapsulating with a metal oxide, the sintering temperature can be arbitrarily controlled and the phase transition time can be shortened.

【0019】固形化した際に、密度が上がり、機械的
強度も向上する。
When solidified, the density increases and the mechanical strength also improves.

【0020】プラズマ焼結時に適度な電気抵抗と流動
性を発揮することになる。
Appropriate electric resistance and fluidity will be exhibited during plasma sintering.

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

【図1】本発明の一実施例を示す工程図である。FIG. 1 is a process drawing showing an embodiment of the present invention.

【図2】母粒子の周囲に子粒子を付着させたカプセル粉
末を集合させた状態を示す部分拡大図である。
FIG. 2 is a partially enlarged view showing a state in which capsule powders having child particles attached around mother particles are collected.

【図3】従来の熱発電素子の製造方法の一実施例を示す
工程図である。
FIG. 3 is a process drawing showing an example of a conventional method for manufacturing a thermoelectric generator.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 母粒子 2 子粒子 3 カプセル粉末 1 mother particle 2 child particle 3 capsule powder

─────────────────────────────────────────────────────
─────────────────────────────────────────────────── ───

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成4年10月8日[Submission date] October 8, 1992

【手続補正1】[Procedure Amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】全文[Correction target item name] Full text

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【書類名】 明細書[Document name] Statement

【発明の名称】 熱発電素子の製造方法Title: Method for manufacturing thermoelectric generator

【特許請求の範囲】[Claims]

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は熱電対などに用いられる
熱発電素子の製造方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a thermoelectric generator used for a thermocouple or the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】熱発電素子は周知の通り、熱電効果を利
用して熱エネルギーから電気エネルギーに、或いはその
反対に変換する素子であり、代表的なものとして、熱電
対、電子冷凍素子(ペルチェ素子)が挙げられる。この
熱電対は二種の金属線を接続して閉回路を作り、二つの
接点を異なる温度に保つと、この接点間に熱起電力が生
ずるというゼーベック効果を利用したもので、両端の電
圧を測定して温度を測るものであり、他方、電子冷凍素
子は異種の導体や半導体の接触面を通して電流が流れる
とき、その接触面でジュール熱以外の熱の発生、吸収が
起こるペルチェ効果を利用したもので、マイナス20℃
〜プラス70℃程度の範囲で精密に温度制御が必要な場
合等によく使われる。
2. Description of the Related Art As is well known, a thermoelectric generator is an element that converts thermoenergy into electric energy by utilizing thermoelectric effect or vice versa. Typical examples are thermocouples and electronic refrigeration elements (Peltier element). Element). This thermocouple uses the Seebeck effect in which two types of metal wires are connected to form a closed circuit, and when two contacts are kept at different temperatures, a thermoelectromotive force is generated between these contacts. On the other hand, the electronic refrigeration element utilizes the Peltier effect in which heat other than Joule heat is generated and absorbed at the contact surface when a current flows through the contact surface between different conductors and semiconductors. -20 ° C
It is often used when precise temperature control is required within the range of plus 70 ° C.

【0003】また、この熱発電素子は幾つかの標準的な
組み合わせがJIS規格等で決まっており、その一つと
してp型鉄珪化物と、n型鉄珪化物との組み合わせから
なるFeSi熱発電素子がある。
[0003] In addition, some standard combinations of this thermoelectric generator are determined by the JIS standard, and one of them is FeSi thermoelectric generator consisting of a combination of p-type iron silicide and n-type iron silicide. There is an element.

【0004】図4はこのFeSi熱発電素子の製造方法
の一例を示したものである。これを順を追って簡単に説
明すると、先ず、FeとSiにそれぞれ添加元素である
Mn及びCoを添加して1873Kの温度でこれらを別
個に溶解して二種類のインゴットを製作した後、スタン
プミル等を用いてこれらをそれぞれ別個に粉砕して造粒
し、p型原料粉末とn型原料粉末を製作する。そして、
これら原料粉末を成形型に入れて冷間プレスした後、真
空中、1433Kで焼結し、その後これをα−FeSi
(金属相)からβ−FeSi(半導体相)に相転移させ
るべく大気中、1063Kで熱処理を加え、必要に応じ
てリード線をろう付け、或いはハンダ付けして完成する
ことになる。
FIG. 4 shows an example of a method of manufacturing this FeSi thermoelectric generator. Briefly explaining this step by step, first, Mn and Co, which are additional elements, are added to Fe and Si, respectively, and these are separately melted at a temperature of 1873K to produce two kinds of ingots, and then a stamp mill. Etc. are separately pulverized and granulated by using, for example, to produce a p-type raw material powder and an n-type raw material powder. And
These raw material powders were put into a molding die, cold pressed, and then sintered at 1433K in a vacuum, and thereafter, this was α-FeSi.
In order to complete the phase transition from (metal phase) to β-FeSi (semiconductor phase), heat treatment is performed at 1063K in the air, and brazing or soldering the lead wire as needed. Become.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述したよ
うな従来の熱発電素子の製造方法ではα−FeSiをβ
−FeSiに相転移させるべく熱処理に時間が掛かって
しまう上に、焼結された粉末間に空孔が存在して疎密な
部分があるため、電流密度や機械的強度が低いといった
欠点があった。
By the way, in the conventional method for manufacturing a thermoelectric generator as described above, α-FeSi is mixed with β
In addition to the heat treatment taking a long time to make a phase transition to —FeSi, there are densities due to the presence of voids between the sintered powders, which results in low current density and mechanical strength. .

【0006】そこで、本発明は上述した問題点を有効に
解決するために案出されたものであり、その主な目的は
相転移時間の短縮化が達成されると共に、機械的強度に
優れた新規な熱発電素子の製造方法を提供するものであ
る。
Therefore, the present invention has been devised in order to effectively solve the above-mentioned problems, and its main purpose is to
It is intended to provide a novel method for manufacturing a thermoelectric generator having excellent mechanical strength while shortening the phase transition time.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明はMn,Co等の添加元素が添加され、p型あ
るいはn型とされたα−FeSi2 粉末からなる母粒子
の周囲に、CuO等の金属酸化物からなる子粒子を付着
させたカプセル粉体を形成し、該カプセル粉体を所定の
形状に集合させてプラズマ焼結するものである。
In order to achieve the above-mentioned object, the present invention provides a method in which an additional element such as Mn or Co is added to surround a mother particle made of p-type or n-type α-FeSi 2 powder. , CuO, and the like, to form capsule powder to which child particles made of a metal oxide are attached, and the capsule powder is aggregated in a predetermined shape and plasma-sintered.

【0008】[0008]

【作用】本発明は上述したような製造方法であるため、
α−FeSi2 粉末のみを相転移させるよりも、低い温
度で相転移させることができる。すなわち、子粒子であ
る金属酸化物の酸素がα−FeSi2 からなる母粒子に
吸着していた炭素と結合し、その時の反応熱がトリガー
となって相転移温度を下げるものと考えられる。
Since the present invention is the manufacturing method as described above,
The phase transition can be performed at a lower temperature than the phase transition of only the α-FeSi 2 powder. That is, it is considered that oxygen of the metal oxide, which is a child particle, is bonded to carbon adsorbed on the mother particle made of α-FeSi 2, and the reaction heat at that time triggers to lower the phase transition temperature.

【0009】4CuO+C+ →2Cu2 O+CO2 また、プラズマ焼結に際して、カプセル粉体を集合させ
てプレスすると、このカプセル粉体を構成する子粒子が
潤滑剤の働きをなして空孔が埋まって密度が増す上に、
カプセル化により、均一に分散した酸化物が焼結した際
の繋ぎとなり、機械的強度も向上する。また、プラズマ
焼結による固形化の際には粉体の流動性、通電性が重要
となってくるが、これらの点についてもカプセル粉体は
優れている。すなわち、母粒子に用いるα−FeSi2
は良導体で通電焼結の際に一部だけ過放電しやすいが、
絶縁体である酸化物が均一に分散された状態では電流密
度も均一化される。
4CuO + C + → 2Cu 2 O + CO 2 Further , when plasma powder is sintered and the capsule powders are aggregated and pressed, the child particles constituting the capsule powders function as a lubricant to fill the voids and density. Is increasing,
The encapsulation serves as a connection when the uniformly dispersed oxides are sintered and improves the mechanical strength. Further, the fluidity and the electrical conductivity of the powder become important when solidified by plasma sintering, and the capsule powder is also excellent in these respects. That is, α-FeSi 2 used for the mother particles
Is a good conductor and it is easy to overdischarge only partly during electric sintering.
When the oxide, which is an insulator, is uniformly dispersed, the current density is also uniform.

【0010】[0010]

【実施例】以下、本発明の一実施例を添付図面に基づい
て詳述する。
An embodiment of the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings.

【0011】図1及び表1に示すように、先ず、Feと
Siにそれぞれ添加元素であるMn及びCoを添加して
1873Kの温度でこれらを別個に溶解した後、 ガスア
トマイズ装置を用いて粒径が約150μm程度のFeS
2 アトマイズ粉末を製造した。このアトマイズ装 置に
よる製造方法は、図4に示すように、先ずルツボ4内に
Fe,Si及びMn,Co等 の添加元素を混入した後、
これを高周波溶解させ、この溶湯をAr等の不活性ガス
下で噴 霧冷却してなるものである。尚、これらの過程は
1台の装置で連続して行なわれる。次に 、このFeSi
2 アトマ イズ粉末をスタンプミルあるいはボールミル等
を用いてこれらをそれぞれ別個に粉砕して 造粒した。
して、図2に示すように、このFeSi2 アトマイズ粉
末を母粒子1とし、この母粒子1の周囲に、CuOから
なる粒径が1〜2μm程度の子粒子2を、静電付着法、
機械的衝撃法等の周知技術を用いてカプセル化し、p型
カプセル粉末及びn型カプセル粉末3を製作した。尚、
このカプセル粉末3中のCuO混合割合は2wt%とし
た。また、金属酸化物としてはその融点が500℃以上
1200℃以下で、かつ、空気中で容易に還元しないも
のが好ましい。また、粒径としては5μm以下がカプセ
ル化には都合が良い。
[0011] Figure 1 and Table 1, first of all, after dissolving them separately at a temperature of 1873K by adding Mn and Co are each added element Fe and Si, Gasua
FeS with a particle size of about 150 μm using a Tomize device
An i 2 atomized powder was produced. In this atomized equipment
The manufacturing method is as follows.
After mixing additional elements such as Fe, Si and Mn, Co ,
This is melted at high frequency, and the melt is mixed with an inert gas such as Ar.
Those formed by mists cooled under. In addition, these processes
It is performed continuously with one device. Next , this FeSi
2 Atomizing size powder stamp mill or ball mill
These were separately crushed and granulated by using. Then, as shown in FIG. 2, this FeSi 2 atomized powder is used as a mother particle 1, and a child particle 2 made of CuO and having a particle size of about 1 to 2 μm is formed around the mother particle 1 by an electrostatic adhesion method,
The p-type capsule powder and the n-type capsule powder 3 were manufactured by encapsulating using a known technique such as a mechanical impact method. still,
The mixing ratio of CuO in this capsule powder 3 was set to 2 wt%. Further, the metal oxide preferably has a melting point of 500 ° C. or higher and 1200 ° C. or lower and is not easily reduced in air. Further, a particle size of 5 μm or less is convenient for encapsulation.

【0012】次に、このようにカプセル化された原料粉
末をプラズマ焼結装置の成形型に入れ、真空雰囲気中
で、約650℃で焼結し、α−FeSi(金属相)から
β−FeSi(半導体相)に相転移させた。
Next, the thus-encapsulated raw material powder is placed in a mold of a plasma sintering apparatus and sintered at about 650 ° C. in a vacuum atmosphere to convert α-FeSi (metal phase) to β-FeSi. was the phase transition to the (semiconductor phase).

【0013】この結果、CuOでカプセル化した粉末は
約715℃で転移することが確かめられた。このことは
通常の無カプセルα−FeSiが727℃であるから、
転移温度は約12℃低下することになる。また、密度比
が97%と高い密度を示し、機械的強度が向上したこと
を確認した。
[0013] As a result, powder encapsulated with CuO it was confirmed that transition at about 715 ° C.. This is because the normal non-encapsulated α-FeSi is 727 ° C,
The transition temperature will decrease by about 12 ° C. Further, it was confirmed that the density ratio was as high as 97% and the mechanical strength was improved.

【0014】また、このα→βへの相転移について説明
すると、α相は正方晶の金属であるが、β相は斜方晶の
真性半導体である。β−FeSi2 はα−FeSi2
FeSi2 の包析反応によって形成されるが、通常、こ
の過程をα→βへの相転移と呼んでいる。また、このと
きの温度を 温度とよび、約938℃である。すなわ
ち、この温度より高温側ではFeとSiは正方晶の結晶
構造をもったほうが安定であり、逆に低温側では斜方晶
という結晶構造をもったほうが内部エネルギーが低く安
定である。このことからα−FeSi2 転移温度より
低めの温度で熱処理することでβ−FeSi2 を得るこ
とが可能である。
Explaining the α → β phase transition , the α phase is a tetragonal metal, while the β phase is an orthorhombic intrinsic semiconductor. β-FeSi 2 is formed by the encapsulation reaction of α-FeSi 2 and FeSi 2 , and this process is usually called the α → β phase transition . Also, and the temperature at this time and transition temperature is about 938 ° C.. That is, on the higher temperature side than this temperature, it is more stable that Fe and Si have a tetragonal crystal structure, and on the contrary, on the lower temperature side, the orthorhombic crystal structure is lower in internal energy and more stable. From this, it is possible to obtain β-FeSi 2 by heat treating α-FeSi 2 at a temperature lower than the transition temperature.

【0015】[0015]

【表1】 [Table 1]

【0016】このように、本発明は、α−FeSi2
末からなる母粒子の周囲に、CuO等の金属酸化物から
なる子粒子を付着させたカプセル粉体を形成し、該カプ
セル粉体を所定の形状に集合させた後、プラズマ焼結す
るようにしたものであるため、α−FeSiをβ−Fe
Siに相転移させるべく熱処理が短縮化されると共に、
高密度に焼結されて機械的強度が向上することになる。
As described above, according to the present invention, the capsule powder in which the child particles made of the metal oxide such as CuO are adhered is formed around the mother particles made of the α-FeSi 2 powder, and the capsule powder is After being assembled into a predetermined shape, plasma sintering is performed, so α-FeSi is converted to β-Fe.
In addition to shortening the heat treatment to cause a phase transition to Si,
It will be sintered to high density and mechanical strength will be improved.

【0017】[0017]

【発明の効果】以上要するに本発明によれば、以下の如
き優れた効果を有する。
In summary, the present invention has the following excellent effects.

【0018】金属酸化物でカプセル化することによ
り、焼結温度を任意にコントロールでき、相転移時間の
短縮化が達成される。
By encapsulating with a metal oxide, the sintering temperature can be arbitrarily controlled and the phase transition time can be shortened.

【0019】固形化した際に、密度が上がり、機械的
強度も向上する。
When solidified, the density increases and the mechanical strength also improves.

【0020】プラズマ焼結時に適度な電気抵抗と流動
性を発揮することになる。
Appropriate electric resistance and fluidity will be exhibited during plasma sintering.

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

【図1】本発明の一実施例を示す工程図である。FIG. 1 is a process drawing showing an embodiment of the present invention.

【図2】母粒子の周囲に子粒子を付着させたカプセル粉
末を集合させた状態を示す部分拡大図である。
FIG. 2 is a partially enlarged view showing a state in which capsule powders having child particles attached around mother particles are collected.

【図3】従来の熱発電素子の製造方法の一実施例を示す
工程図である。
FIG. 3 is a process drawing showing an example of a conventional method for manufacturing a thermoelectric generator.

【図4】本発明に用いるガスアトマ イズ法を示す工程図
である。
Process diagram showing a Gasuatoma size method using the invention, FIG
Is.

【符号の説明】 1 母粒子 2 子粒子 3 カプセル粉末[Explanation of symbols] 1 mother particle 2 child particle 3 capsule powder

【手続補正2】[Procedure Amendment 2]

【補正対象書類名】図面[Document name to be corrected] Drawing

【補正対象項目名】図1[Name of item to be corrected] Figure 1

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【図1】 [Figure 1]

【手続補正3】[Procedure 3]

【補正対象書類名】図面[Document name to be corrected] Drawing

【補正対象項目名】図4[Name of item to be corrected] Figure 4

【補正方法】追加[Correction method] Added

【補正内容】[Correction content]

【図4】 [Figure 4]

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松見 裕 神奈川県藤沢市土棚8番地 株式会社い すゞ中央研究所内 (72)発明者 加藤 雅之 神奈川県藤沢市土棚8番地 株式会社い すゞ中央研究所内 (72)発明者 奥村 英二 神奈川県藤沢市土棚8番地 株式会社い すゞ中央研究所内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Hiroshi Matsumi 8 Tsutana, Fujisawa City Kanagawa Prefecture Isuzu Central Research Institute Co., Ltd. (72) Inventor Masayuki Kato 8th Shelf shelf Fujisawa City Kanagawa Prefecture Isuzu Central Research Co., Ltd. In-house (72) Eiji Okumura Eiji Okumura 8 Tsutana, Fujisawa-shi, Kanagawa Inside Isuzu Central Research Institute

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 Mn,Co等の添加元素が添加され、p
型あるいはn型とされたα−FeSi2 粉末からなる母
粒子の周囲に、CuO等の金属酸化物からなる子粒子を
付着させたカプセル粉体を形成し、該カプセル粉体を所
定の形状に集合させた後、プラズマ焼結することを特徴
とする熱発電素子の製造方法。
1. An additive element such as Mn or Co is added, and p
-Type or n-type α-FeSi 2 powder is formed around a mother particle, and a capsule powder is formed by adhering child particles made of a metal oxide such as CuO, and the capsule powder is formed into a predetermined shape. A method of manufacturing a thermoelectric generator, comprising plasma-sintering after assembling.
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