JPH0645661A - 熱発電材料の製造方法 - Google Patents
熱発電材料の製造方法Info
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- JPH0645661A JPH0645661A JP4195157A JP19515792A JPH0645661A JP H0645661 A JPH0645661 A JP H0645661A JP 4195157 A JP4195157 A JP 4195157A JP 19515792 A JP19515792 A JP 19515792A JP H0645661 A JPH0645661 A JP H0645661A
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Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/32—Hydrogen storage
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- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明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材料
の製造方法を提供するものである。 【構成】 本発明はＦｅＳｉ2 粉末からなる母粒子の周
囲に、アモルファス系の水素吸蔵合金からなる子粒子を
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、プラズマ焼結するすることを
特徴としている。
成されると共に、機械的強度に優れた新規な熱発電材料
の製造方法を提供するものである。 【構成】 本発明はＦｅＳｉ2 粉末からなる母粒子の周
囲に、アモルファス系の水素吸蔵合金からなる子粒子を
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、プラズマ焼結するすることを
特徴としている。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は熱電対などに用いられる
熱発電材料の製造方法に関するものである。
熱発電材料の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】熱発電材料は周知の通り、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。
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。
【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。
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。
【０００４】図４はこのＦｅＳｉ熱発電材料の製造方法
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。
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。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述したよ
うに従来の熱発電材料の製造方法では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、従来方法で焼結されたものは粉末間に大き
な空孔が存在して密度が低いものであるため、機械的強
度が低いといった欠点があった。
うに従来の熱発電材料の製造方法では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、従来方法で焼結されたものは粉末間に大き
な空孔が存在して密度が低いものであるため、機械的強
度が低いといった欠点があった。
【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材料の製造方法を提供するものであ
る。
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材料の製造方法を提供するものであ
る。
【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、ＦｅＳｉ2 粉末からなる母粒子の周囲に、
アモルファス系の水素吸蔵合金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、プラズマ焼結して形成するものであ
る。
に本発明は、ＦｅＳｉ2 粉末からなる母粒子の周囲に、
アモルファス系の水素吸蔵合金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、プラズマ焼結して形成するものであ
る。
【０００８】この水素吸蔵合金は周知の通り、水素ガス
と一緒に低温または高圧雰囲気下におくと金属水素化物
を作り、逆に金属水素化物を高温又は低温雰囲気下に置
くと、水素を放出し、また、水素ガスを吸収すると発熱
し、放出すると周りから熱を奪うといった性質を持って
おり、この特異な性質を利用してヒートポンプや蓄熱装
置、水素貯蔵容器などへの応用が研究開発中である。ま
た、実用化に近い材料としては鉄・シリコン合金、ニッ
ケル・ランタン合金、チタン・鉄合金、ミッシュメタル
・ニッケル熱合金、チタン・マンガン合金、マグネシウ
ム・ニッケル合金等が挙げられる。
と一緒に低温または高圧雰囲気下におくと金属水素化物
を作り、逆に金属水素化物を高温又は低温雰囲気下に置
くと、水素を放出し、また、水素ガスを吸収すると発熱
し、放出すると周りから熱を奪うといった性質を持って
おり、この特異な性質を利用してヒートポンプや蓄熱装
置、水素貯蔵容器などへの応用が研究開発中である。ま
た、実用化に近い材料としては鉄・シリコン合金、ニッ
ケル・ランタン合金、チタン・鉄合金、ミッシュメタル
・ニッケル熱合金、チタン・マンガン合金、マグネシウ
ム・ニッケル合金等が挙げられる。
【０００９】アモルファス（非結晶金属）系にするには
溶融金属を１秒間に１０万〜１００万℃という超高速で
瞬間的に冷却する必要があり、その製法としては高速回
転する金属性ロールに溶湯を吹き付ける回転ロール法、
水中に溶湯を噴出させる液中紡糸法、ガラス管中の溶融
金属をガラス管と共に引っ張ることにより、急冷するテ
ーラー法等が挙げられる。また、アモルファスの選択は
結晶化時のエネルギーを固化時のエネルギーに利用する
こと、さらに結晶質よりアモルファス系のほうが一原子
当りの水素量が（［Ｈ／Ｍ］で表示）多いものが多いの
と、水素吸蔵時に粉末化するものが少ないことなどの理
由による。
溶融金属を１秒間に１０万〜１００万℃という超高速で
瞬間的に冷却する必要があり、その製法としては高速回
転する金属性ロールに溶湯を吹き付ける回転ロール法、
水中に溶湯を噴出させる液中紡糸法、ガラス管中の溶融
金属をガラス管と共に引っ張ることにより、急冷するテ
ーラー法等が挙げられる。また、アモルファスの選択は
結晶化時のエネルギーを固化時のエネルギーに利用する
こと、さらに結晶質よりアモルファス系のほうが一原子
当りの水素量が（［Ｈ／Ｍ］で表示）多いものが多いの
と、水素吸蔵時に粉末化するものが少ないことなどの理
由による。
【００１０】
【作用】本発明は上述したような製造方法であるため、
ＦｅＳｉ2 粉末のみを通放電固化するよりも、より容易
に焼結固化することができる。すなわち、カプセル子粒
子に水素吸蔵合金を使用することによって、子粒子に含
まれている水素によるＦｅＳｉ2 粉末表面の活性化がな
され、さらに、水素雰囲気によって放電プラズマは発生
し易くなって通放電固化がより促進されることになる。
このことは、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。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、均一に分散した水素吸蔵合金が焼結した際の
母粒子間の繋ぎとなり、機械的強度も向上する。
ＦｅＳｉ2 粉末のみを通放電固化するよりも、より容易
に焼結固化することができる。すなわち、カプセル子粒
子に水素吸蔵合金を使用することによって、子粒子に含
まれている水素によるＦｅＳｉ2 粉末表面の活性化がな
され、さらに、水素雰囲気によって放電プラズマは発生
し易くなって通放電固化がより促進されることになる。
このことは、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。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、均一に分散した水素吸蔵合金が焼結した際の
母粒子間の繋ぎとなり、機械的強度も向上する。
【００１１】
【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。
て詳述する。
【００１２】図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、１８７３
Ｋ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５
〜１００μｍの範囲のα−ＦｅＳｉ2 アトマイズ粉末
（金属層）を製造する。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、アモルファス系の水素吸蔵合金の一つで
ある鉄・シリコン合金からなる粒径が０．１〜１０μｍ
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を製作する。尚、このカプセル粉末３中
の子粒子２の割合は１〜１０ｗｔ％の範囲とする。１ｗ
ｔ％以下では以下に示す効果が現れず、また、１０ｗｔ
％以上では水素吸蔵合金の割合が多すぎて熱電素子の性
質を損なうことになるからである。また、本発明に用い
られる水素吸蔵合金は上述したように、鉄・シリコン合
金の他にニッケル、チタン、マンガン等の他の金属を組
み合わせたものがあるが、本実施例では原料が比較的安
価な鉄・シリコン合金を用いることにより、製造コスト
を低く押えることができる。
れぞれ添加元素であるＭｎ及びＣｏを添加し、１８７３
Ｋ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５
〜１００μｍの範囲のα−ＦｅＳｉ2 アトマイズ粉末
（金属層）を製造する。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、アモルファス系の水素吸蔵合金の一つで
ある鉄・シリコン合金からなる粒径が０．１〜１０μｍ
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を製作する。尚、このカプセル粉末３中
の子粒子２の割合は１〜１０ｗｔ％の範囲とする。１ｗ
ｔ％以下では以下に示す効果が現れず、また、１０ｗｔ
％以上では水素吸蔵合金の割合が多すぎて熱電素子の性
質を損なうことになるからである。また、本発明に用い
られる水素吸蔵合金は上述したように、鉄・シリコン合
金の他にニッケル、チタン、マンガン等の他の金属を組
み合わせたものがあるが、本実施例では原料が比較的安
価な鉄・シリコン合金を用いることにより、製造コスト
を低く押えることができる。
【００１３】次に、図３に示すように、カプセル化され
た原料粉末４をプラズマ焼結装置の成形型５に入れ、上
下からプレスしつつ真空雰囲気中で、約６５０℃で焼結
し、α−ＦｅＳｉ（金属相）からβ−ＦｅＳｉ（半導体
相）に相転位させる。この時の条件としては加圧力５０
Ｋｇ／ｃｍ2 〜５０００Ｋｇ／ｃｍ2 、固化時温度６０
０〜８００℃、通放電電流密度３００Ａ／ｃｍ2 〜２０
００Ａ／ｃｍ2 とした。
た原料粉末４をプラズマ焼結装置の成形型５に入れ、上
下からプレスしつつ真空雰囲気中で、約６５０℃で焼結
し、α−ＦｅＳｉ（金属相）からβ−ＦｅＳｉ（半導体
相）に相転位させる。この時の条件としては加圧力５０
Ｋｇ／ｃｍ2 〜５０００Ｋｇ／ｃｍ2 、固化時温度６０
０〜８００℃、通放電電流密度３００Ａ／ｃｍ2 〜２０
００Ａ／ｃｍ2 とした。
【００１４】この結果、水素吸蔵合金でカプセル化した
粉末は約７１５℃で転位することが確かめられた。この
ことは単なるα−ＦｅＳｉ粉末が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。
粉末は約７１５℃で転位することが確かめられた。この
ことは単なるα−ＦｅＳｉ粉末が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。
【００１５】これは上述したように、子粒子となる水素
吸蔵合金中の水素が母粒子となるＦｅＳｉ粉末の表面を
活性化すると共に、ＦｅＳｉ粉末が水素雰囲気になるこ
とにより、放電プラスマが発生し易くなるからであると
考えられる。また、密度が高くなって、機械的強度が向
上する理由は、子粒子となる水素吸蔵合金が材料中で潤
滑剤の働きをなすと共に、母粒子間に発生する間隙に集
合して材料中の空孔率を少なくする為と、カプセル化に
より、均一に分散した水素吸蔵合金が焼結した際の母粒
子間の繋ぎの働きをなすからであると考えられる。
吸蔵合金中の水素が母粒子となるＦｅＳｉ粉末の表面を
活性化すると共に、ＦｅＳｉ粉末が水素雰囲気になるこ
とにより、放電プラスマが発生し易くなるからであると
考えられる。また、密度が高くなって、機械的強度が向
上する理由は、子粒子となる水素吸蔵合金が材料中で潤
滑剤の働きをなすと共に、母粒子間に発生する間隙に集
合して材料中の空孔率を少なくする為と、カプセル化に
より、均一に分散した水素吸蔵合金が焼結した際の母粒
子間の繋ぎの働きをなすからであると考えられる。
【００１６】このように、本発明は、ＦｅＳｉ2 粉末か
らなる母粒子の周囲に、水素吸蔵金属からなる子粒子を
付着させたカプセル粉体を形成し、このカプセル粉体を
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−ＦｅＳｉ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。
らなる母粒子の周囲に、水素吸蔵金属からなる子粒子を
付着させたカプセル粉体を形成し、このカプセル粉体を
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−ＦｅＳｉ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。
【００１７】
【発明の効果】以上要するに本発明によれば、水素吸
蔵合金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。
固形化した際に、密度が上がり、機械的強度も向上す
る。等といった優れた効果を有する。
蔵合金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。
固形化した際に、密度が上がり、機械的強度も向上す
る。等といった優れた効果を有する。
【図１】本発明の一実施例を示す工程図である。
【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。
末を集合させた状態を示す部分拡大図である。
【図３】本発明のプラズマ焼結状態を示す概略図であ
る。
る。
【図４】従来の熱発電材料の製造方法の一実施例を示す
工程図である。
工程図である。
１ 母粒子 ２ 子粒子 ３ カプセル粉末
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成４年１１月５日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】発明の詳細な説明
【補正方法】変更
【補正内容】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は熱電対などに用いられる
熱発電材料の製造方法に関するものである。
熱発電材料の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】熱発電材料は周知の通り、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。
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。
【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。
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。
【０００４】図４はこのＦｅＳｉ熱発電材料の製造方法
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。
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。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述したよ
うに従来の熱発電材料の製造方法では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、従来方法で焼結されたものは粉末間に大き
な空孔が存在して密度が低いものであるため、機械的強
度が低いといった欠点があった。
うに従来の熱発電材料の製造方法では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、従来方法で焼結されたものは粉末間に大き
な空孔が存在して密度が低いものであるため、機械的強
度が低いといった欠点があった。
【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材料の製造方法を提供するものであ
る。
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材料の製造方法を提供するものであ
る。
【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、ＦｅＳｉ2 粉末からなる母粒子の周囲に、
アモルファス系の水素吸蔵合金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、プラズマ焼結して形成するものであ
る。
に本発明は、ＦｅＳｉ2 粉末からなる母粒子の周囲に、
アモルファス系の水素吸蔵合金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、プラズマ焼結して形成するものであ
る。
【０００８】この水素吸蔵合金は周知の通り、水素ガス
と一緒に低温または高圧雰囲気下におくと金属水素化物
を作り、逆に金属水素化物を高温又は低温雰囲気下に置
くと、水素を放出し、また、水素ガスを吸収すると発熱
し、放出すると周りから熱を奪うといった性質を持って
おり、この特異な性質を利用してヒートポンプや蓄熱装
置、水素貯蔵容器などへの応用が研究開発中である。ま
た、実用化に近い材料としては鉄・シリコン合金、ニッ
ケル・ランタン合金、チタン・鉄合金、ミッシュメタル
・ニッケル熱合金、チタン・マンガン合金、マグネシウ
ム・ニッケル合金等が挙げられる。
と一緒に低温または高圧雰囲気下におくと金属水素化物
を作り、逆に金属水素化物を高温又は低温雰囲気下に置
くと、水素を放出し、また、水素ガスを吸収すると発熱
し、放出すると周りから熱を奪うといった性質を持って
おり、この特異な性質を利用してヒートポンプや蓄熱装
置、水素貯蔵容器などへの応用が研究開発中である。ま
た、実用化に近い材料としては鉄・シリコン合金、ニッ
ケル・ランタン合金、チタン・鉄合金、ミッシュメタル
・ニッケル熱合金、チタン・マンガン合金、マグネシウ
ム・ニッケル合金等が挙げられる。
【０００９】アモルファス（非結晶金属）系にするには
溶融金属を１秒間に１０万〜１００万℃という超高速で
瞬間的に冷却する必要があり、その製法としては高速回
転する金属性ロールに溶湯を吹き付ける回転ロール法、
水中に溶湯を噴出させる液中紡糸法、ガラス管中の溶融
金属をガラス管と共に引っ張ることにより、急冷するテ
ーラー法等が挙げられる。また、アモルファスの選択は
結晶化時のエネルギーを固化時のエネルギーに利用する
こと、さらに結晶質よりアモルファス系のほうが一原子
当りの水素量が（［Ｈ／Ｍ］で表示）多いものが多いの
と、水素吸蔵時に粉末化するものが少ないことなどの理
由による。
溶融金属を１秒間に１０万〜１００万℃という超高速で
瞬間的に冷却する必要があり、その製法としては高速回
転する金属性ロールに溶湯を吹き付ける回転ロール法、
水中に溶湯を噴出させる液中紡糸法、ガラス管中の溶融
金属をガラス管と共に引っ張ることにより、急冷するテ
ーラー法等が挙げられる。また、アモルファスの選択は
結晶化時のエネルギーを固化時のエネルギーに利用する
こと、さらに結晶質よりアモルファス系のほうが一原子
当りの水素量が（［Ｈ／Ｍ］で表示）多いものが多いの
と、水素吸蔵時に粉末化するものが少ないことなどの理
由による。
【００１０】
【作用】本発明は上述したような製造方法であるため、
ＦｅＳｉ2 粉末のみを通放電固化するよりも、より容易
に焼結固化することができる。すなわち、カプセル子粒
子に水素吸蔵合金を使用することによって、子粒子に含
まれている水素によるＦｅＳｉ2 粉末表面の活性化がな
され、さらに、水素雰囲気によって放電プラズマは発生
し易くなって通放電固化がより促進されることになる。
このことは、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。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、均一に分散した水素吸蔵合金が焼結した際の
母粒子間の繋ぎとなり、機械的強度も向上する。
ＦｅＳｉ2 粉末のみを通放電固化するよりも、より容易
に焼結固化することができる。すなわち、カプセル子粒
子に水素吸蔵合金を使用することによって、子粒子に含
まれている水素によるＦｅＳｉ2 粉末表面の活性化がな
され、さらに、水素雰囲気によって放電プラズマは発生
し易くなって通放電固化がより促進されることになる。
このことは、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。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、均一に分散した水素吸蔵合金が焼結した際の
母粒子間の繋ぎとなり、機械的強度も向上する。
【００１１】
【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。
て詳述する。
【００１２】図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、１８７３
Ｋ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５
〜１００μｍの範囲のα−ＦｅＳｉ2 アトマイズ粉末
（金属層）を製造する。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、アモルファス系の水素吸蔵合金の一つで
ある鉄・シリコン合金からなる粒径が０．１〜１０μｍ
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を製作する。尚、このカプセル粉末３中
の子粒子２の割合は１〜１０ｗｔ％の範囲とする。１ｗ
ｔ％以下では以下に示す効果が現れず、また、１０ｗｔ
％以上では水素吸蔵合金の割合が多すぎて熱電素子の性
質を損なうことになるからである。また、本発明に用い
られる水素吸蔵合金は上述したように、鉄・シリコン合
金の他にニッケル、チタン、マンガン等の他の金属を組
み合わせたものがあるが、本実施例では原料が比較的安
価な鉄・シリコン合金を用いることにより、製造コスト
を低く押えることができる。
れぞれ添加元素であるＭｎ及びＣｏを添加し、１８７３
Ｋ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５
〜１００μｍの範囲のα−ＦｅＳｉ2 アトマイズ粉末
（金属層）を製造する。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、アモルファス系の水素吸蔵合金の一つで
ある鉄・シリコン合金からなる粒径が０．１〜１０μｍ
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を製作する。尚、このカプセル粉末３中
の子粒子２の割合は１〜１０ｗｔ％の範囲とする。１ｗ
ｔ％以下では以下に示す効果が現れず、また、１０ｗｔ
％以上では水素吸蔵合金の割合が多すぎて熱電素子の性
質を損なうことになるからである。また、本発明に用い
られる水素吸蔵合金は上述したように、鉄・シリコン合
金の他にニッケル、チタン、マンガン等の他の金属を組
み合わせたものがあるが、本実施例では原料が比較的安
価な鉄・シリコン合金を用いることにより、製造コスト
を低く押えることができる。
【００１３】次に、図３に示すように、カプセル化され
た原料粉末４をプラズマ焼結装置の成形型５に入れ、上
下からプレスしつつ真空雰囲気中で、約６５０℃で焼結
し、α−ＦｅＳｉ（金属相）からβ−ＦｅＳｉ（半導体
相）に相転移させる。この時の条件としては加圧力５０
Ｋｇ／ｃｍ2 〜５０００Ｋｇ／ｃｍ2 、固化時温度６０
０〜８００℃、通放電電流密度３００Ａ／ｃｍ2 〜２０
００Ａ／ｃｍ2 とした。
た原料粉末４をプラズマ焼結装置の成形型５に入れ、上
下からプレスしつつ真空雰囲気中で、約６５０℃で焼結
し、α−ＦｅＳｉ（金属相）からβ−ＦｅＳｉ（半導体
相）に相転移させる。この時の条件としては加圧力５０
Ｋｇ／ｃｍ2 〜５０００Ｋｇ／ｃｍ2 、固化時温度６０
０〜８００℃、通放電電流密度３００Ａ／ｃｍ2 〜２０
００Ａ／ｃｍ2 とした。
【００１４】この結果、水素吸蔵合金でカプセル化した
粉末は約７１５℃で転移することが確かめられた。この
ことは単なるα−ＦｅＳｉ粉末が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。
粉末は約７１５℃で転移することが確かめられた。この
ことは単なるα−ＦｅＳｉ粉末が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。
【００１５】これは上述したように、子粒子となる水素
吸蔵合金中の水素が母粒子となるＦｅＳｉ粉末の表面を
活性化すると共に、ＦｅＳｉ粉末が水素雰囲気になるこ
とにより、放電プラスマが発生し易くなるからであると
考えられる。また、密度が高くなって、機械的強度が向
上する理由は、子粒子となる水素吸蔵合金が材料中で潤
滑剤の働きをなすと共に、母粒子間に発生する間隙に集
合して材料中の空孔率を少なくする為と、カプセル化に
より、均一に分散した水素吸蔵合金が焼結した際の母粒
子間の繋ぎの働きをなすからであると考えられる。
吸蔵合金中の水素が母粒子となるＦｅＳｉ粉末の表面を
活性化すると共に、ＦｅＳｉ粉末が水素雰囲気になるこ
とにより、放電プラスマが発生し易くなるからであると
考えられる。また、密度が高くなって、機械的強度が向
上する理由は、子粒子となる水素吸蔵合金が材料中で潤
滑剤の働きをなすと共に、母粒子間に発生する間隙に集
合して材料中の空孔率を少なくする為と、カプセル化に
より、均一に分散した水素吸蔵合金が焼結した際の母粒
子間の繋ぎの働きをなすからであると考えられる。
【００１６】このように、本発明は、ＦｅＳｉ2 粉末か
らなる母粒子の周囲に、水素吸蔵金属からなる子粒子を
付着させたカプセル粉体を形成し、このカプセル粉体を
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−ＦｅＳｉ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。
らなる母粒子の周囲に、水素吸蔵金属からなる子粒子を
付着させたカプセル粉体を形成し、このカプセル粉体を
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−ＦｅＳｉ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。
【００１７】
【発明の効果】以上要するに本発明によれば、水素吸
蔵合金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。
固形化した際に、密度が上がり、機械的強度も向上す
る。等といった優れた効果を有する。
蔵合金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。
固形化した際に、密度が上がり、機械的強度も向上す
る。等といった優れた効果を有する。
───────────────────────────────────────────────────── 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 瀧田 茂生 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
Claims (1)
- 【請求項１】 ＦｅＳｉ2 粉末からなる母粒子の周囲
に、アモルファス系の水素吸蔵合金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
する熱発電材料の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4195157A JPH0645661A (ja) | 1992-07-22 | 1992-07-22 | 熱発電材料の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4195157A JPH0645661A (ja) | 1992-07-22 | 1992-07-22 | 熱発電材料の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0645661A true JPH0645661A (ja) | 1994-02-18 |
Family
ID=16336383
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4195157A Pending JPH0645661A (ja) | 1992-07-22 | 1992-07-22 | 熱発電材料の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0645661A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001078170A1 (en) * | 2000-04-10 | 2001-10-18 | Johnson Research & Development Company, Inc. | Electrochemical conversion system using hydrogen storage materials |
| WO2003058748A2 (en) * | 2001-12-31 | 2003-07-17 | Johnson Electro Mechanical Systems, Llc | Electrochemical conversion system |
| WO2017065081A1 (ja) * | 2015-10-13 | 2017-04-20 | 日立金属株式会社 | 熱電変換材料、その製造方法、および、熱電変換モジュール |
-
1992
- 1992-07-22 JP JP4195157A patent/JPH0645661A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001078170A1 (en) * | 2000-04-10 | 2001-10-18 | Johnson Research & Development Company, Inc. | Electrochemical conversion system using hydrogen storage materials |
| US6949303B1 (en) * | 2000-04-10 | 2005-09-27 | Johnson Electro Mechanical Systems, Llc | Electromechanical conversion system |
| WO2003058748A2 (en) * | 2001-12-31 | 2003-07-17 | Johnson Electro Mechanical Systems, Llc | Electrochemical conversion system |
| WO2003058748A3 (en) * | 2001-12-31 | 2007-11-01 | Johnson Electro Mechanical Sys | Electrochemical conversion system |
| WO2017065081A1 (ja) * | 2015-10-13 | 2017-04-20 | 日立金属株式会社 | 熱電変換材料、その製造方法、および、熱電変換モジュール |
| JPWO2017065081A1 (ja) * | 2015-10-13 | 2018-08-09 | 日立金属株式会社 | 熱電変換材料、その製造方法、および、熱電変換モジュール |
| US10658562B2 (en) | 2015-10-13 | 2020-05-19 | Hitachi Metals, Ltd. | Thermoelectric conversion material, method for producing same, and thermoelectric conversion module |
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