KR101343319B1 - 마그네슘 합금 고용체 열전재료의 제조방법 및 그에 의해 제조된 열전재료 - Google Patents

마그네슘 합금 고용체 열전재료의 제조방법 및 그에 의해 제조된 열전재료 Download PDF

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Abstract

본 발명은 마그네슘 합금 고용체 열전재료를 제조하는 방법에 관한 것으로, Mg2Si1-xSnx (0<x<1)의 화학양론조성에 따른 Mg 분말과 Si 분말 및 Sn 분말을 포함하는 원료 분말을 혼합하는 혼합단계; 상기 혼합단계에서 혼합된 분말을 기계적 합금화하여 Mg2Si-Mg2Sn 고용체 분말을 합성하는 합성단계; 및 상기 합성단계에서 합성된 고용체 분말을 열간 압축하여 소결하는 소결단계를 포함한다.
본 발명은, 제조과정에서 마그네슘의 산화와 휘발의 위험이 없는 기계적 합금법과 열간 압축공정을 이용하여 마그네슘 합금 고용체 열전재료를 제조함으로써, 일정한 조성의 Mg2Si와 Mg2Sn이 균일하게 고용된 고용체를 형성하여 열전성능이 향상된 열전재료를 제조할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 다른 형태에 의한 마그네슘 합금 고용체 열전재료는, 상기한 제조방법으로 제조된 열전재료로서, Mg2Si1-xSnx (0<x<1)의 조성이고, Mg2Si와 Mg2Sn의 고용체로 구성된 것을 특징으로 한다.
본 발명은 고용체 형성에 의하여 열전성능이 향상된 마그네슘 합금 고용체 열전재료를 제공함으로써, 독성이 없고 자원이 풍부하여 저렴하면서도 500~800K의 중온범위에서의 열전성능이 뛰어난 열전재료를 제공하는 효과가 있다.

Description

마그네슘 합금 고용체 열전재료의 제조방법 및 그에 의해 제조된 열전재료{MANUFACTURING METHOD FOR THERMOELECTRIC MATERIAL OF Mg ALLOY SOLID SOLUTION AND THERMOELECTRIC MATERIAL MANUFACTURED THEREBY}
본 발명은 고용체 열전재료를 제조하는 방법에 관한 것이며, 더욱 자세하게는 마그네슘 합금 고용체 열전재료를 제조하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 최근 대체 에너지의 개발 및 절약에 대한 관심이 고조되고 있는 가운데, 효율적인 에너지 변환 물질에 관한 조사 및 연구가 활발히 진행되고 있다. 특히, 열 에너지와 전기 에너지를 변환하는 재료인 열전재료에 대한 연구가 가속화되고 있다.
이러한 열전재료는 열을 전기로 또는 전기를 열로 직접 변화시키는 기능을 갖는 금속 또는 세라믹재로서, 온도차만 부여하면 가동 부분 없이도 발전이 가능하다는 장점이 있다.
이런 열전재료는 19세기 초에 열전현상인 제백효과(Seeback effect), 펠티에효과(Peltier effect), 톰슨효과(Thomson effect)의 발견 후, 1930년대 후반부터 반도체의 발전과 더불어 열전성능 지수가 높은 열전재료로 개발되고 있다.
최근 열전재료는, 열전발전 특성을 이용하여 산간벽지용, 우주용, 군사용 등의 특수 전원장치로의 사용되고 있으며, 또 열전냉각 특성을 이용하여 반도체 레이저 다이오드, 적외선 검출소자 등에서 정밀한 온도제어나 컴퓨터 관련 소형 냉각기둥 등에 사용되고 있다.
열전재료의 효율은 무차원 열전성능지수(dimensionless figure of merit)로 평가되며, 이는 ZT=α2σκ-1 로 정의된다. α는 제백계수이고 σ는 전기전도도이며 κ는 열전도도이다. 따라서 열전재료의 성능지수를 향상시키기 위해서는 높은 제백계수와 전기전도도 및 낮은 열전전도가 필수적이며, 결과적으로 낮은 격자열전도도(lattice thermal conductivity)와 높은 캐리어 이동도(carrier mobility)를 가져야 한다.
높은 열전성능지수를 가진 물질 중에 현재 많이 사용되고 있는 물질은 Bi2Te3 및 그의 고용체(solid solution)물질들이다. 특히 고용체의 경우에는 점결함에 의한 포논 스캐터링(phonon scattering)의 영향으로 열전도도가 감소하여 성능지수를 향상시킬 수 있는 효과가 있으나, 균일한 고용체를 형성하지 못하여 편석이 발생하는 경우에는 오히려 열전성능이 크게 감소하는 문제가 있기 때문에 균일한 고용체를 형성하려는 기술이 개발되고 있다.(등록특허 제10-0440268호)
한편, Bi2Te3는 희소성 자원인 Te를 사용하여 매우 고가이며, 독성물질인 Bi를 사용하는 문제가 있으므로, 이를 대체하기 위한 연구가 계속되고 있다.
최근에는 독성이 없고 매장량이 많은 물질로 구성된 Mg합금인 Mg2X(X=Si, Ge, Sn)에 대한 관심이 높아지고 있다. 이들 물질은 500K에서 800K까지의 중온 영역에서 우수한 열전특성을 보이며, 친환경적이고 경제적인 열전재료로서 각광받고 있다.
다만, 고용체의 제조 및 소결과정에서 Mg 합금을 용해하는 경우에 Mg가 휘발 및 산화되어 전체적인 조성이 변화하여 열전성능이 떨어지는 단점이 있어, 이를 극복할 수 있는 제조방법이 필요한 실정이다.
대한민국 등록특허 제10-0440268호
본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서 휘발성과 산화성이 높은 마그네슘을 이용하여 안정적으로 균일한 마그네슘 합금 고용체를 형성하여, 열전성능이 향상된 마그네슘 합금 고용체 열전재료를 제조하는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 마그네슘 합금 고용체 열전재료의 제조방법은, Mg2Si1-xSnx (0<x<1)의 화학양론조성에 따른 Mg 분말과 Si 분말 및 Sn 분말을 포함하는 원료 분말을 혼합하는 혼합단계; 상기 혼합단계에서 혼합된 분말을 기계적 합금화하여 Mg2Si-Mg2Sn 고용체 분말을 합성하는 합성단계; 및 상기 합성단계에서 합성된 고용체 분말을 열간 압축하여 소결하는 소결단계를 포함한다.
본 발명의 발명자들은 Mg 합금 고용체 열전재료인 Mg2Si-Mg2Sn, Mg2Si-Mg2Ge, Mg2Sn-Mg2Ge 고용체 중에서 Si와 Sn의 원자량 차이가 가장 큰 점에서 착안하여, Mg2Si-Mg2Sn 고용체를 이용한 마그네슘 합금 고용체 열전재료를 제조하는 방법을 연구하였다. 그리고 제조과정에서 마그네슘이 휘발하거나 산화하는 것을 방지하기 위하여 기계적 합금화 방법을 이용하여 Mg2Si1-xSnx 고용체 분말을 합성하고 열간 압축성형하여 열전재료를 제조하는 방법을 개발하였다.
이때, 원료 분말을 혼합단계에서 도핑원소 분말을 함께 혼합하거나, 합성단계 이후에 도핑원소를 도핑하는 도핑단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명은 마그네슘 합금의 균일한 고용체를 형성하여 열전도도를 낮추는 방법으로 열전성능을 향상시키는 것이며, 추가적으로 전기전도도와 제벡계수를 제어하는 도핑물질을 도핑하여 열전성능을 더욱 향상시킬 수 있다. 본 발명의 마그네슘 합금 고용체 열전재료의 제조방법에서 도핑되는 물질은 특별히 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 분야의 기술자들에게 알려진 모든 종류의 도핑물질을 도핑할 수 있다.
본 발명의 합성단계에서 적용하는 기계적 합금화 방법은 볼-밀법인 것이 좋으며, 이러한 볼-밀법은 불활성 기체 분위기에서 원료분말과 볼의 중량비가 1:20 이상인 조건에서 수행되는 것이 바람직하다. 마그네슘의 산화를 방지하기 위하여 Ar 등의 불활성 기체 분위기에서 수행하는 것이 좋으며, 원료분말과 볼의 중량비가 1:20보다 작으면 기계적 합금화 공정이 너무 길어지는 단점이 있다. 원료분말과 볼 사이 중량비의 최댓값은 특별히 제한되지 않으며, 중량비가 커질수록 합금화 속도가 빨라지지만 제조비용이 증가하므로 적절한 수준에서 결정되어야 한다.
본 발명의 소결단계에서 열간 압축 공정은 진공상태에서 수행되는 것이 좋으며, 873~1073K의 온도 범위에서 70MPa 이상의 압력으로 수행되는 것이 바람직하다.
열간 압축을 수행하는 중에 마그네슘이 산화되거나 휘발되는 것을 방지하기 위하여 진공상태에서 수행하는 것이 좋다. 873K보다 낮은 온도에서는 소결이 이루어지지 않고 1073K보다 높은 온도에서는 마그네슘이 휘발되는 단점이 있으며, 압축 압력이 70MPa 보다 낮은 경우에는 기공이 많이 형성되어 열전재료의 품질이 저하되는 단점이 있다.
본 발명의 다른 형태에 의한 마그네슘 합금 고용체 열전재료는, 상기한 제조방법들 중에 하나의 방법으로 제조된 열전재료로서, Mg2Si1-xSnx (0<x<1)의 조성이고, Mg2Si와 Mg2Sn의 고용체로 구성된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 마그네슘 합금 고용체 열전재료는 기계적 합금화를 통해 조성이 정확하면서도 균일한 고용체를 형성하여, 고용체 형성에 따라 열전성능이 향상되지만 편석에 따른 열전성능의 저하가 없다.
특히, 본 발명의 마그네슘 합금 고용체 열전재료는 300~800K의 온도 범위에서 3.5W/mK 이하, 바람직하게는 2.5W/mK 이하의 열전도도를 나타내어 중온범위의 열전재료로 적합하다. 중온범위에서 특히 적합한 마그네슘 합금 고용체 열전재료는 조성이 Mg2Si0.7Sn0.3인 것이 바람직하다. Sn의 함량이 증가할수록 500K 이상의 온도 범위에서 열전도도가 증가한다.
본 발명의 마그네슘 합금 고용체 열전재료는 추가적으로 전기전도도와 제벡계수를 제어하는 도핑물질을 도핑하여 열전성능을 향상시킬 수 있다. 본 발명의 마그네슘 합금 고용체 열전재료에 도핑되는 물질은 특별히 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 분야의 기술자들에게 알려진 모든 종류의 도핑물질을 도핑할 수 있다.
상술한 바와 같이 구성된 본 발명은, 제조과정에서 마그네슘의 산화와 휘발의 위험이 없는 기계적 합금법과 열간 압축공정을 이용하여 마그네슘 합금 고용체 열전재료를 제조함으로써, 일정한 조성의 Mg2Si와 Mg2Sn이 균일하게 고용된 고용체를 형성하여 열전성능이 향상된 열전재료를 제조할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 고용체 형성에 의하여 열전성능이 향상된 마그네슘 합금 고용체 열전재료를 제공함으로써, 독성이 없고 자원이 풍부하여 저렴하면서도 500~800K의 중온범위에서의 열전성능이 뛰어난 열전재료를 제공하는 효과가 있다.
도 1은 본 실시예에서 기계적 합금법에 의해 합성된 분말에 대한 X선회절분석 결과이다.
도 2는 본 실시예에 따라 제조된 고용체 열전재료 시편에 대한 X선회절분석 결과이다.
도 3은 본 실시예에 따라 제조된 고용체 열전재료 시편에 대하여 측정된 격자상수를 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 실시예에 따라 제조된 고용체 열전재료 시편들에 대한 주사전자현미경 사진이다.
도 5는 도 4(b)의 시편에 대한 사진 및 그에 대한 구성원소분석 결과이다.
도 6은 본 실시예에 의해 제조된 시편의 온도변화에 따른 전기전도도 변화를 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 실시예에 의해 제조된 시편의 온도변화에 따른 제백계수의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 8은 본 실시예에 의해 제조된 시편의 온도변화에 따른 열전도도의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 9는 본 실시예에 의해 제조된 시편의 온도변화에 따른 열전성능지수의 변화를 나타내는 그래프이다.
첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다.
먼저, 149㎛ 이하의 입경을 가지는 순도 99.99% 이상의 Mg 분말과 45㎛ 이하의 입경을 가지는 순도 99.99% 이상의 Si 분말 및 75㎛ 이하의 입경을 가지는 순도 99.999%이상의 Sn 분말을 혼합한다.(혼합단계)
각 분말의 양은 Mg2Si1-xSnx (x=0.3, 0.5, 0.7)의 화학양론적조성에 맞추어 혼합하였으며, 비교예로서 x가 0과 1인 조성의 혼합분말도 제조하였다.
화학양론적조성에 맞추어 혼합된 분말을 볼-밀(ball-mill)법으로 기계적 합금하여 Mg2Si-Mg2Sn 고용체를 합성한다.(합성단계)
볼-밀법은 혼합분말과 지름 5mm의 강구(steel ball)를 1:20의 중량비로 경화강 용기에 장입하여 Ar 분위기로 만들고, Fritsch社의 Pulverisette5를 이용하여 300rpm의 속도로 24시간동안 수행하였다.
합성된 Mg2Si-Mg2Sn 고용체 분말을 열간 압축하여 소결함으로써 마그네슘 합금 고용체 열전재료를 제조한다.(소결단계)
열간 압축성형은 기계적 합금에 의해 합성된 고용체 분말을 내경이 10mm인 고강도 흑연 틀에 장입하여 진공상태로 만들고, 873K~1073K의 온도에서 70MPa의 압력으로 2시간 동안 수행하였다.
상기한 과정으로 제조된 시편에 대하여 다양한 물성을 측정하였다.
먼저, 기계적 합금에 의한 고용체 합성단계를 거친 분말과 이를 열간 압축성형한 시편에 대하여 Cu-Kα선을 사용하는 X선회절분석장비(Bruker, D8-Advance)를 이용하여 2θ를 10~90ㅀ 범위에서 회절분석을 수행하여 상분석과 격자상수를 측정하였다.
도 1은 본 실시예에서 기계적 합금법에 의해 합성된 분말에 대한 X선회절분석 결과이다.
Mg2Si 분말과 Mg2Sn 분말에 대한 회절결과와 비교할 때, 모든 조성에서 Mg2Si과 Mg2Sn의 고용체가 형성된 것을 알 수 있다. 그리고 Sn의 함량이 증가할수록 피크의 각도가 낮은 앵글 쪽으로 이동하는 것을 확인할 수 있으며, 이는 Mg2Sn이 고용되면서 격자상수가 커졌기 때문인 것으로 판단된다.
도 2는 본 실시예에 따라 제조된 고용체 열전재료 시편에 대한 X선회절분석 결과이다.
고용체 분말을 진공상태에서 열간 압축성형한 경우에는 약한 Sn 피크가 확인되어 소결과정에서 일부 분해가 일어난 것으로 여겨지나, 전체적으로 고용체를 유지하고 있는 것을 알 수 있으며, 고용체 형성에 따른 열전성능향상을 기대할 수 있다.
도 3은 본 실시예에 따라 제조된 고용체 열전재료 시편에 대하여 측정된 격자상수를 나타내는 그래프이다.
도시된 것과 같이, 본 발명에서 제조된 시편의 격자상수는 Sn의 함량이 증가할수록 0.636nm에서 0.676nm까지 선형적으로 증가하였으며, 이는 선행 연구자들에 의해서 측정되었던 Mg2Si의 격자상수 범위인 0.6338~0.639nm 및 Mg2Sn의 격자상수 범위인 0.675~0.677nm에 속한다. 이러한 결과는 베가드의 법칙(Vegard's law)을 만족하고 있으며, 고용체 형성이 잘 이루어진 결과로 평가할 수 있다.
그리고 열간 압축성형하여 소결된 고용체 시편에 대하여 주사전자현미경(FEI社, Quanta400)을 이용하여 미세구조를 관찰하였다.
도 4는 본 실시예에 따라 제조된 고용체 열전재료 시편들에 대한 주사전자현미경 사진이다. (a)는 Mg2Si, (b)는 Mg2Si0.7Sn0.3, (c)는 Mg2Si0.5Sn0.5, (d)는 Mg2Si0.3Sn0.7, (e)는 Mg2Sn에 대한 주사전자현미경 사진이다.
모든 조성의 시편에서 기공(pore)이 거의 없는 미세조직을 가진 소결체가 형성되었으며, 이론밀도 98%이상의 치밀한 성형 체를 얻은 것을 확인할 수 있다.
그리고 Si와 Sn을 모두 포함하는 조성에 대한 도(b)~도(d)에서는 밝은 부분과 어두운 부분으로 구분된 것을 확인할 수 있었다.
이를 분석하기 위하여, 에너지분산분석기(Bruker社, Quantax200)를 이용하여 원소분석 및 라인 스캐닝을 실시하여 구성원소분석을 수행하였다.
도 5는 도 4(b)의 시편에 대한 사진 및 그에 대한 구성원소분석 결과이다.
도면에 표시된 화살표 방향으로 라인 스캐닝을 실시한 결과, 사진 상에 밝은 부분은 Sn 성분이 풍부하고, 사진 상에 어두운 부분은 Si가 풍부한 것으로 확인되었다.
선행 연구를 통해 확인된 Mg2Si-Mg2Sn의 가상이성분계(pseudobinary) 상태도에서 살펴보면 Mg2Si-Mg2Sn 고용체는 Sn의 함량이 0.4~0.6 범위 또는 0.2~0.7 범위에서 불혼화성 갭(immiscibility gap)이 존재하며, 이 영역에서는 Sn이 풍부한 상과 Si가 풍부한 상이 공존하는 것으로 알려져 있다. 따라서 본 실시예에 따라서 제조된 시편에 대한 도 4(b)~도 4(d)에서 관찰된 밝은 부분과 어두운 부분은 Sn이 풍부한 상과 Si가 풍부한 상이 공존하는 결과인 것을 알 수 있다.
이상의 실험에서 본 실시예에 따라서 제조된 물질은 Mg2Si와 Mg2Sn의 고용체인 것을 확인할 수 있으며, 기계적합금법으로 Mg2Si와 Mg2Sn의 고용체를 제조할 수 있음을 알 수 있다.
본 실시예에 의해 제조된 시편의 전자이동특성을 평가하기 위해 밴 더 파우법(van der Pauw method)을 이용하여 1T의 자장과 50mA의 전류를 인가해서 상온에서 홀 계수와 이동도 및 캐리어 농도를 측정하여 표 1에 나타내었다.
Figure 112012040959385-pat00001
홀 계수는 Sn의 함량이 0인 경우와 0.3인 경우에 음의 값을 나타내어 n-형 전도특성을 나타내었으나, Sn의 함량이 0.5이상인 경우에는 p-형 전도특성으로 변화되었다. 이는 Sn의 함량이 증가할수록 Mg2Sn의 특성이 강하게 나타나기 때문인 것으로 판단된다.
그리고 Sn의 함량이 증가할수록 이동도는 감소하는 경향을 보이고 있으며, 캐리어 농도는 Sn의 함량이 증가할수록 높아진다.
마지막으로 본 실시예에 의해 제조된 시편의 열전특성을 평가하기 위해 323K에서 823K까지 ZEM-3(Ulvac-Riko)를 이용하여 전기전도도와 제벡계수를 He분위기 하에서 측정 하였으며, TC-9000H(Ulvac-Riko)를 이용하여 열전도도를 측정하였다.
도 6은 본 실시예에 의해 제조된 시편의 온도변화에 따른 전기전도도 변화를 나타내는 그래프이다.
Mg2Si에 Mg2Sn이 고용되면서 전기전도도가 증가하는 것을 확인할 수 있는데, 이는 Mg2Sn의 밴드갭(0.33eV)이 Mg2Si의 밴드갭(0.77eV)보다 작으며, 표 1에 나타난 것과 같이 Mg2Sn의 고용량이 증가할수록 캐리어 농도가 증가하기 때문인 것으로 판단된다.
그리고 모든 조성에서 온도의 상승에 따라서 전기전도도가 증가하는 비축퇴 반도체의 거동을 보였다.
도 7은 본 실시예에 의해 제조된 시편의 온도변화에 따른 제백계수의 변화를 나타내는 그래프이다.
상온(300K)에서 Sn의 함량이 증가할수록 제벡계수는 -714㎶/K에서 335㎶/K로 변화하였고, 제벡계수의 부호는 표 1의 홀 계수의 부호와 일치하였으며, 이는 전기 전도에 기여하는 주요 캐리어가 전자(n-type)에서 정공(p-type)으로 변화된 것을 나타낸다.
한편, Sn함량이 증가할수록 제벡계수의 절대값은 감소하였다. 이는 제백계수의 절대값(
Figure 112012040959385-pat00002
)에 대한 관계식인
Figure 112012040959385-pat00003
(r:스캐터링 매개변수, n:캐리어 농도, c:상수)에 따라서, Sn 함량이 증가할수록 n이 증가하게 되고 결국
Figure 112012040959385-pat00004
는 감소하는 것으로 판단된다.
그러나 Mg2Si0.3Sn0.7의 경우는 캐리어농도가 9.4×1018 cm-3으로 상당히 높음에도 불구하고 제벡계수가 335㎶/K로 매우 크다. 이는 Mg2Si와 Mg2Sn의 고용체 형성에 다른 전하 운반체(charge carrier)의 스캐터링(scattering) 효과와 양극성 전도(bipolar conduction)의 영향으로 판단된다.
모든 조성에서 온도가 증가할수록
Figure 112012040959385-pat00005
는 감소하고 포화되는 경향을 보이지만, 감소하는 속도는 서로 다르다. 이는 밴드갭 에너지 차이에 따른 고유전도(intrinsic conduction) 발생 온도가 상이하기 때문이다.
또한 x≥0.5인 경우에 상온(300K)에서는 p-형 전도특성을 보이는 반면에, 고온에서는 n-형 전도특성으로 전환되었다. 이것은 Sn의 첨가에 따라 페르미 에너지가 변하게 되고 이에 따라 전자구조의 변화에 기인한 것으로 보인다.
도 8은 본 실시예에 의해 제조된 시편의 온도변화에 따른 열전도도의 변화를 나타내는 그래프이다.
상온(300K)에서는 Mg2Si와 Mg2Sn의 열전도도보다 Mg2Si-Mg2Sn 고용체의 열전도도가 현저히 낮은 것을 확인할 수 있으며, 이는 고용된 원자가 포노 스캐터링 중심으로 작용하여 열전도도가 감소하는 전형적인 합금효과의 결과이다. 그러나 온도가 상승할수록 고용체의 열전도도가 약간 증가하는데, 이는 Mg2Sn의 열전도도가 상당히 높고, 온도가 상승함에 따라 증가하기 때문이다. Mg2Si0.7Sn0.3조성의 경우 모든 측정온도 범위에서 1.6~2.2W/mK의 매우 낮은 열전도도를 보였다.
도 9는 본 실시예에 의해 제조된 시편의 온도변화에 따른 열전성능지수의 변화를 나타내는 그래프이다.
Sn의 함량이 0~0.5 범위인 시편의 경우에는 온도가 상승함에 따라 성능지수가 증가하는 경향을 보였고, 특히 Mg2Si0.7Sn0.3의 경우에 중온영역에서의 응용 가능성이 가장 높은 것으로 나타났다.
최종적으로 고용체 형성에 의해 열전도도가 감소하는 것을 확인하였고, 마그네슘 합금 고용체 열전재료의 활용가능성을 확인할 수 있었다.
특히, 본 실시예는 마그네슘 합금 열전재료의 고용체 형성에 따른 열전성능의 향상을 확인하기 위하여 도핑을 실시하지 않았다. 따라서 전기전도도와 제벡계수를 제어하는 도핑을 수행하는 경우에 열전성능은 더욱 향상될 것이며, 도핑 물질은 특별하게 제한되지 않는다.
이상 본 발명을 바람직한 실시예를 통하여 설명하였는데, 상술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과하며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화가 가능함은 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 보호범위는 특정 실시예가 아니라 특허청구범위에 기재된 사항에 의해 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상도 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (14)

  1. Mg2Si1-xSnx (0<x<1)의 화학양론조성에 따른 Mg 분말과 Si 분말 및 Sn 분말을 포함하는 원료 분말을 혼합하는 혼합단계;
    상기 혼합단계에서 혼합된 분말을 기계적 합금화하여 Mg2Si-Mg2Sn 고용체 분말을 합성하는 합성단계; 및
    상기 합성단계에서 합성된 고용체 분말을 열간 압축하여 소결하는 소결단계를 포함하며,
    상기 혼합단계에서 원료 분말이 도핑원소 분말을 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금 고용체 열전재료의 제조방법.
  2. 삭제
  3. Mg2Si1-xSnx (0<x<1)의 화학양론조성에 따른 Mg 분말과 Si 분말 및 Sn 분말을 포함하는 원료 분말을 혼합하는 혼합단계;
    상기 혼합단계에서 혼합된 분말을 기계적 합금화하여 Mg2Si-Mg2Sn 고용체 분말을 합성하는 합성단계; 및
    상기 합성단계에서 합성된 고용체 분말을 열간 압축하여 소결하는 소결단계를 포함하며,
    상기 합성단계 이후에 도핑원소를 도핑하는 도핑단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금 고용체 열전재료의 제조방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 합성단계의 기계적 합금화가 볼-밀법인 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금 고용체 열전재료의 제조방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 볼-밀법이 불활성 기체 분위기에서 수행되는 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금 고용체 열전재료의 제조방법.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 볼-밀법에서 원료분말과 볼의 중량비가 1:20 이상인 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금 고용체 열전재료의 제조방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 소결단계의 열간 압축 공정이 진공상태에서 수행되는 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금 고용체 열전재료의 제조방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 열간 압축 공정이 873~1073K의 온도 범위에서 수행되는 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금 고용체 열전재료의 제조방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 열간 압축 공정이 70MPa 이상의 압력으로 수행되는 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금 고용체 열전재료의 제조방법.
  10. 청구항 1 및 청구항 3 내지 청구항 9 중 어느 한 가지 방법에 의해 제조된 열전재료로서,
    Mg2Si1-xSnx (0<x<1)의 조성이고, Mg2Si와 Mg2Sn의 고용체로 구성되고, 상기 열전재료에 도핑원소가 도핑된 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금 고용체 열전재료.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 열전재료가 300~800K의 온도 범위에서 3.5W/mK 이하의 열전도도를 가지는 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금 고용체 열전재료.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 열전재료가 300~800K의 온도 범위에서 2.5W/mK 이하의 열전도도를 가지는 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금 고용체 열전재료.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 열전재료의 조성이 Mg2Si0.7Sn0.3인 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금 고용체 열전재료.
  14. 삭제
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