KR102124397B1 - 열전 부품의 분말 야금학적 제조를 위한 합리적 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 열전 부품 또는 상기 부품의 적어도 하나의 반완성 제품의 분말 야금학적 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명의 목적은 표준화된 기계를 사용하여 수행될 수 있는 방법을 제공하는 것이다. 추가적으로, 기판 및 열전쌍 레그의 레벨링을 위한 후-기계가공 단계는 가능한 한 피해야 한다. 이를 달성하기 위해, 표준화된 기계가 가능한 한 많은 방법 작업을 위해 사용될 수 있도록, 가압, 배치 및 소결 공정 단계가 상이한 기계 상에서 수행된다. 본 발명의 본질적인 측면은 소결 및 레벨링 공정이, 기판에 대해 평면-평행하게 배열된 편평한 소결 전극이 사용되며, 상기 전극은 소결 수축에 따라 기판을 향하게 되는 것인 작업 단계에서 수행된다는데 있다. 소결 공정의 종료 시, 전극의 간격이 기판 두께 뿐만 아니라 열전쌍 레그의 길이 둘 다를 특정하며, 그에 의해 추가의 후-기계가공 없이도 열전쌍 레그와 기판의 같은 높이의 종단을 보장한다.

Description

열전 부품의 분말 야금학적 제조를 위한 합리적 방법
본 발명은 열전 부품 또는 그의 적어도 반완성 버전의 분말-야금학적 제조 방법에 관한 것이다.
열전 부품은 펠티에(Peltier) 및 제베크(Seebeck)에 의해 기재된 열전 효과를 활용하여, 열 에너지를 전기 에너지로 변환하는 에너지 변환기이다. 열전 효과는 가역적이므로, 임의의 열전 부품은 또한 전기 에너지의 열 에너지로의 변환에도 사용될 수 있고: 펠티에 소자로 공지된 소자는 전력을 소비하면서, 물체의 냉각 또는 가열에 사용된다. 따라서, 펠티에 소자 또한 본 발명과 관련하여 열전 부품으로 간주된다. 열 에너지의 전기 에너지로의 변환을 위해 사용되는, 열전 부품은 종종 열전 발전기 (TEG)로 지칭된다.
열전 부품의 산업적 실행은 2개의 열전 레그로부터 형성된, 열전 활성 물질의 적어도 1개의 열전쌍, 및 열전쌍을 보유하고 그를 둘러싸며 외부로부터 전기적으로 절연하는 쉘을 포함한다.
다수의 열전 활성 물질이 문헌에 기재되어 있다. 상업적 용도를 위해, 예를 들어 반도체 비스무트 텔루라이드 클래스의 합금 (특히 셀레늄 및/또는 안티모니의 추가의 분획 함유)이 적합하고, 그로부터 - 첫째로 p-전도성이도록, 둘째로 n-전도성이도록 도핑되어 - 열전쌍이 구축될 수 있다.
추가의 열전 활성 물질 클래스는 하기와 같다: 세미-호이슬러 물질, 다양한 실리사이드 (특히 마그네슘, 철), 다양한 텔루라이드 (납, 주석, 란타넘, 안티모니, 은), 스쿠테루다이트, 다양한 안티모나이드 (아연, 세륨, 철, 이테르븀, 망가니즈, 코발트, 비스무트, 때때로 또한 진틀 상이라고도 칭해짐), TAGS, 규소 게르마나이드, 클라트레이트 (특히 게르마늄을 기재로 함). 이들 반도체 물질 뿐만 아니라, 열전 부품은 또한, 예를 들어, Ni-CrNi와 같이, 온도 측정을 위한 통상적인 열전쌍에 대한 경우에서처럼, 가장 표준적인 금속의 조합으로부터 제조될 수 있다. 그러나, 달성가능한 "성능 지수" (열전 "효율도")가 언급된 반도체 물질의 것보다 현저히 낮다.
통상적인 열전 부품은 통상적으로 열전 활성 반도체의 고체 블록, 및 경질의, 보통은 세라믹의 전기 절연성 케이싱으로 이루어진다. 고체 블록이 사용되는 경우에, 이들은 보통 고체 잉곳으로부터 절단된다.
잉곳은 빈번하게 결함 또는 수축소를 함유하기 때문에, 먼저 이들을 분말로 분쇄하고, 필요에 따라 고도로 압착된 웨이퍼를 형성하기 위해 분말을 소결하는 것이 통상적이다. 이어서, 필요에 따라 블록-유형 TE 레그를 소형 저-공동 웨이퍼로부터 절단한다.
WO 2008061823 A1에는 분말로서의 열전 물질을 편평한 다공성 기판에 도입함으로써 열전 부품의 반완성 버전을 제조하는 것이 개시되어 있다. 제조된 부품의 열전 레그는 기판 평면에 수직으로 연장된다.
열전 부품의 제조를 위한 추가의 분말-야금학적 방법이 DE102012205087A1에 의해 개시된다. 제조되는 열전 부품의 일부, 즉 기판이 되는 천공된 주형의 구멍 내에서 분말상 형태로 제공된 활성 물질의 가압이 이루어진다.
이러한 방법의 결점으로, 이러한 주형은 TEG에서 기판으로서 남아있으므로, 이것이 반드시 열적으로 및 전기적으로 절연성인 물질로 이루어져야 한다는 것이 고려될 수 있다. 동시에, 주형은 그린 바디(green body)의 가압 동안 높은 기계적 하중을 견뎌야 하며, 이는 열적으로 및 전기적으로 절연성인 기판 물질의 선택을 제한한다.
열전 부품의 분말-야금학적 제조를 위한 개선된 방법이 WO2015/043824A1에 의해 개시된다. 이러한 방법에서, 분말상 활성 물질은 기판의 외부에 배열된 금형에서 가압되어 그린 바디를 형성하고, 그린 바디는 금형으로부터 기판에 제공된 구멍으로 인도되고, 그 안에서 소결되어 열전 레그를 형성한다.
이러한 방법의 단점은 기판의 외부에 배열되며, 그 안에서 활성 물질이 가압되어 그린 바디가 형성되는 금형이, 그린 바디가 인도되는 기판의 구멍과 정렬되도록 배열되어야 한다는 것이다. 이러한 배향 및 그린 바디의 금형으로부터 기판으로의 이송은 이러한 목적을 위해 별도로 개발되고 제조되어야 하는 특수 기계를 요구한다. 이는 이러한 방법을 사용하여 제조하는 어셈블리 라인의 자본 비용을 상당히 증가시킨다. 게다가, 그린 바디는 소결 수축, 즉 소결 작업 동안 부피의 감소를 겪는다. 그 결과, 열전 레그가 기판 내에서 단축되며, 이로써 이들은 접촉이 어려울 수 있다. 일반적으로, 돌출 기판 물질은 열전 레그와 기판 표면의 같은 높이의 종단을 달성하기 위해 분쇄되어야 하며, 이는 신뢰할 수 있는 전기 접촉부를 위한 전제조건이다. 이러한 공정 단계는 제작 비용을 증가시킨다.
WO2015/043824A1에 기재된 방법의 추가의 근본적인 단점은 레그의 개별 중량 제어를 허용하지 않는다는 것이다. 이는 레그 밀도의 동질성에 대한 좁은 규격 한계를 유지하는 것을 더욱 어렵게 한다.
상기 선행 기술로부터 비롯된, 본 발명의 목적은 자본 비용을 줄이고 공정 안정성을 증가시키기 위해 표준화된 기계를 사용하여 수행될 수 있는, 열전 부품 또는 상응하는 반완성 버전의 분말-기반 제조 방법을 특정하는 것이다. 추가로, 기판 및 열전 레그의 균등화를 위한 후-가공 단계는 이상적으로 회피되어야 한다. 품질 보증을 용이하게 하기 위해, 개별 열전 레그 및/또는 그의 그린 바디의 중량 제어가 가능해야 한다.
상기 목적은 하기 단계를 갖는 공정에 의해 달성된다:
a) 전기적으로 및 열적으로 절연성인 기판 물질로 만들어지며, 그를 통해 관통-구멍이 기판 평면에 실질적으로 수직으로 배향되어 연장되는, 실질적으로 평면인 기판을 제공하는 단계;
b) 분말상 열전 활성 물질을 제공하는 단계;
c) 활성 물질을 가압하여 그린 바디를 형성하며, 여기서 가압은 기판과는 상이한 금형에서 진행되는 것인 단계;
d) 각각의 관통-구멍 내에서, 그의 축을 따라, 하나의 그린 바디가 기판을 통해 연장되는 방식으로, 그린 바디를 기판의 관통-구멍에 삽입하는 단계;
e) 양쪽 전극 및 기판이 실질적으로 서로에 대해 평행하게 배향되는 방식으로, 그 안에 삽입된 그린 바디를 갖는 기판을 2개의 실질적으로 평면인 전극 사이에 배열하는 단계;
f) 그린 바디를 통해 2개의 전극 사이에, 전기 전류 뿐만 아니라 기계적 가압력도 전달하는 연결이 제공되는 방식으로, 그린 바디의 끝면을 전극과 접촉시키는 단계;
g) 열이 열전 활성 물질 내에서 유발되는 방식으로, 그린 바디를 전극 사이에 흐르는 전기 전류에 노출시키는 단계;
h) 열전 활성 물질이 압력 하에 있는 방식으로, 그린 바디를 전극 사이에 작용하는 압력 힘에 노출시키는 단계;
i) 압력 및 열의 작용 하에, 그린 바디를 소결하여 열전 레그를 형성하는 단계;
k) 열전 레그가 기판과 같은 높이의 종단을 갖는 방식으로, 그의 평행성을 유지하면서 기판 및 열전 레그를 전극에 보다 근접시킴으로써 기판 및 그 안에 수용된 열전 레그를 레벨링하며, 여기서 기판에서의 그린 바디의 축방향 오프셋 및 또한 임의의 소결 수축이 보상되는 것인 단계.
본 발명은 이러한 공정에 관한 것이다.
본 발명의 기본 개념은 가능한 한 많은 방법 작업을 위해 표준화된 기계를 사용할 수 있도록, 상이한 기계 상에서 가압, 삽입 및 소결의 공정 단계를 수행하는 것이다.
본 발명의 본질적인 측면은 소결 및 균등화가, 기판에 대해 평면-평행하게 배열된 평면 소결 전극이 사용되며, 이는 소결 수축 후에 기판을 향해 이동하는 것인 하나의 작업 단계에서 진행되는 것이다. 따라서, 그린 바디는 소결 수축을 보상하는 초과크기로 제공된다. 소결 작업의 종료 시, 전극 사이의 간격이 기판 두께 뿐만 아니라 열전 레그의 길이를 특정한다. 이는 추가의 후-가공 없이도 열전 레그와 기판의 같은 높이의 종단을 보장한다.
합리화의 추가의 이점은, 삽입된 그린 바디를 갖는 복수의 기판이 조합되어 적층물을 형성하며, 여기서 기판은 적층물 내에서 서로에 대해 평행하게 연장되고, 각 경우에 실질적으로 평면인 분리 플레이트가 적층물 내에서 인접해 있는 2개의 기판 사이에 놓여, 이러한 분리 플레이트는 기판에 대해 평행하게 연장되며, 이는 인접한 기판의 그린 바디 사이에 전기 전도성 및 힘-전달 연결을 발생시키고, 전체 적층물은 2개의 전극 사이에 배열된다는 점에서 접근가능해질 수 있다. 분리 플레이트를 사용할 때, 하나의 소결 기계 상에서의 하나의 소결 작업으로, 다수의 반완성 버전 (즉, 삽입된 열전 레그를 갖는 기판)이 제조된다.
상기 기재된 집합적 방법에서, 삽입된 그린 바디를 갖는 복수의 기판은 2개의 전극 사이에 개별적으로 배열되거나 또는 평면으로 적층될 수 있다. 그 결과, 제작이 더욱 합리화된다.
평면 전극 및/또는 분리 플레이트는 바람직하게는 흑연으로 이루어지는데, 그 이유는 이 물질이 용이하게 전력을 전도하고, 높은 소결 온도를 견디며, 열전 활성 물질에 부착되지 않기 때문이다. 흑연은 그의 기계적 강도가 온도와 함께 증가하는 특성을 갖는다. 이러한 효과를 이용하기 위해, 방법 절차의 개발은, 그린 바디가, 접촉을 위해, 제1 가압력에 노출되고, 이어서 흑연으로 이루어진 전극 및/또는 분리 플레이트가 제1 가압력보다 더 큰 증가된 하중-지지 용량 또는 파괴 하중을 갖는 온도를 흑연으로 이루어진 전극 및/또는 분리 플레이트가 달성할 때까지 제1 가압력의 작용 하의 그린 바디가 전기 전류에 노출되고, 그린 바디가 이어서 제1 가압력보다 더 크고, 증가된 하중-지지 용량 및/또는 파괴 하중보다 더 작은 제2 가압력에 노출되는 것을 제공한다. 따라서, 가압을 위해 요구되는 제2 가압력은 전극 및/또는 분리 플레이트가 온도의 결과로서 충분한 강도를 달성하였을 때 최초로 확립된다. 이러한 온도에 도달할 때까지, 노출은 단지 제1의, 보다 낮은 가압력을 사용하여 수행된다.
본 발명의 방법은 비스무트 텔루라이드, 납 텔루라이드, 아연 안티모나이드, 실리사이드, 스쿠테루다이트, 세미-호이슬러 물질의 클래스로부터 선택된 합금인 열전 활성 물질의 가공을 위한 것이다. 나노규모 규소도 마찬가지로 활성 물질로서 사용될 수 있다. 비스무트 텔루라이드 (Bi2Te3)가 특히 바람직하다.
그린 바디를 제공하기 위한 분말상 활성 물질의 가압 동안, 분말상 활성 물질은 압착된다. 그러나, 바람직하게는, 분말은 (이론적) 참 밀도가 아니라, 단지 활성 물질의 참 밀도의 75% 내지 85%에 상응하는 제1 압축 밀도로 압착된다. 참 밀도는 사용된 활성 물질로 만들어진 이상적 고형체의 밀도를 의미하는 것으로 간주된다. 공업용 비스무트 텔루라이드 합금의 참 밀도는, 예를 들어, 6.9 g/cm3이다. 제1 압축 밀도가 참 밀도보다 더 작기 때문에, 그린 바디는 다공성이다. 분말은 가압 동안 압착되기 때문에, 또한 논리적으로 제1 압축 밀도는 분말상 활성 물질의 벌크 밀도보다 더 커야 한다. 사용된 분말의 벌크 밀도는 바람직하게는 참 밀도의 30% 내지 50%이다.
제1 압축 밀도를 달성하기 위해, 분말상 활성 물질의 입자 크기 분포 및 정제화 프레스에서의 압축력은 적절하게 선택되어야 한다. 전형적으로, 비스무트 텔루라이드가 활성 물질로서 사용되는 경우에, 가압 전에, 이는 3 μm 내지 30 μm의 중앙 입자 크기 d50을 가져야 하고; 그러면 열전 활성 물질이 압축되어 그린 바디를 형성하는 압력은 541 MPa 내지 955 MPa이어야 한다. 입자 크기 분포는 미(Mie) 이론에 따라 정적 레이저 광 산란에 의해 결정된다. 이러한 분석 방법은 DIN-ISO 13320에 특정되어 있으며; 습식 측정이 이용되어야 한다. 적합한 측정 기기는 하안 (독일) 소재 레취 테크놀로지 게엠베하(Retsch Technology GmbH)로부터의 레이저 광 산란 분광계 호리바 LA 950이다. 분말의 가압 동안 정제화 프레스에 의해 이용되는 압력은 정제화 프레스 상에서 읽을 수 있다. 이러한 목적을 위해 힘은 펀치에서, 예를 들어 로드 셀 (연장 측정 스트립)을 사용하여 결정되고, 펀치 면적에 대해 나타내어진다.
그린 바디의 길이는 레벨링된 상태에서 기판의 두께의 105% 내지 150%에 상응하여야 한다. 이는 기판에 삽입된 그린 바디가 기판 밖으로 돌출되어, 전극 및/또는 분리 플레이트와의 우수한 기계적 및 전기적 접촉을 가능하게 한다는 것을 의미한다. 이어서, 소결 수축에 의해 열전 레그가 기판 두께로 수축되므로, 후속 균등화를 필요로 하지 않는다.
소결 동안 그린 바디에 설정된 온도는 활성 물질의 용융 온도의 50% 내지 70%에 상응하여야 한다. 용융 온도는 사용된 활성 물질에 좌우된다. 비스무트 텔루라이드의 경우에, 용융 온도는 573℃이다. 따라서, 비스무트 텔루라이드 클래스의 합금이 사용되는 경우에, 최적 소결 온도는 특정한 합금에 따라 287℃ 내지 401℃이다.
온도를 그린 바디 자체에서는 거의 측정할 수 없다. 대안적으로, 온도는, 소결 동안, 전극에서 온도계를 사용하여 측정된다. 소결 온도는 그린 바디가 노출되는 전기 전류에 의해 제어된다.
비스무트 텔루라이드가 활성 물질로서 사용되는 경우에, 그린 바디는 소결 동안 하기 측정체계로 전기 전류에 노출되어야 한다:
그린 바디의 단면적을 기준으로 한 전류 밀도: 10 kA/m2 내지 100 kA/m2
노출 시간: 600 s 내지 1100 s
전기 에너지 투입량 / 활성 물질의 초기 중량: 150 kJ/g 내지 250 kJ/g
전류는 20 Hz 내지 100 Hz 범위의 주파수를 갖는 교류로 적용될 수 있다. 50 Hz 또는 60 Hz의 표준 그리드 주파수를 갖는 교류가 적합하다. 직류를 이용하는 것도 또한 가능하다.
전기 전류에 대한 노출로 인해, 전극 및 그린 바디는 300℃ 내지 400℃의 온도까지 가열된다. 온도는 전극에서 측정되며 제어 파라미터로서 사용될 수 있다. 고온은 활성 물질의 소결을 유발한다. 소결된 그린 바디는 열전 레그에 상응한다. 소결의 결과로서, 활성 물질의 전기 저항이 감소하므로, 소결된 레그의 열전 활성은 다공성 그린 바디와 비교하여 증가한다.
각각의 열전쌍에 대해, 서로에 전기적으로 연결된, 상이한 방식의 전도성을 갖는 2종의 열전 활성 물질이 필요하며, 여기서 제1 활성 물질은, 예를 들어 p-전도성이고 제2 활성 물질은 n-전도성이거나, 또는 그 반대의 경우이다. 여기서 "상이한"이란 2종의 활성 물질이 상이한 제베크 계수를 갖는다는 것을 의미한다. p- 및 n-전도성 반도체가 활성 물질로서 특히 바람직한데, 그 이유는 그의 제베크 계수가 상이한 부호 (n-전도체는 음수, p-전도체는 양수)를 가지며, 따라서 제베크 계수의 수치 차이가 특히 크기 때문이다. 이는 열전 부품의 효율을 증가시킨다.
이러한 제조 방법의 제1 변형법에서, 활성 물질 둘 다는 연속적으로 가압되어 각각의 그린 바디를 형성하여 사용된다. 이는 제1 그린 바디가 p-전도성 물질로부터 제조되어, 기판에 삽입된 다음, n-전도성 활성 물질이 가공된다는 것을 의미한다. 그에 의해 기계 전환 시간이 감소된다. 물론, 대안적으로 n-전도성 물질이 먼저 가공된 다음, p-전도성 물질이 가공될 수도 있다.
그러나, 제2의 바람직한 변형법은, 제1 정제화 프레스가 p-전도성 활성 물질을 위한 것이고 제2 정제화 프레스가 n-전도성 활성 물질을 위한 것인, 2대의 정제화 프레스가 사용되는 것을 제공한다. 제1 변형법과 비교하여 2배가 된 자본 비용은 전환 시간을 줄임으로써 빠르게 보상되고: 열전 레그 내에서, n- 및 p-전도성 물질은 혼합될 수 없으므로, 물질의 교체 동안 기계를 철저히 세정하는 것이 절대적으로 필요하다. 특히, 복잡한 회전 프레스가 사용되는 경우에, 그 결과로서 전환 시간은 매우 길어진다. 각각의 기계가 단일-유형 방식으로 작동되어야 하는 2대의 기계가 사용되는 경우에, 전환 시간이 없어지며 기계 수명이 현저히 연장된다. 게다가, 이물질에 의한 레그의 오염이 철저히 배제되므로, n-전도성 및 p-전도성 활성 물질을 위한 전용 프레스의 사용은 품질 개선을 야기한다.
소결 동안의 그린 바디에 대한 가압력 하중은 그린 바디를 형성하기 위한 분말의 가압 동안의 이전의 압력보다 현저히 낮다.
바람직하게는, 그린 바디는, 전극 사이에 작용하는 가압력에 대한 노출 동안, 활성 물질의 참 밀도의 90% 내지 97%에 상응하는 제2 압축 밀도로 압축된다. 따라서, 소결 직전의 그린 바디의 밀도는 더욱 증가되지만, 이론적 참 밀도 (상기와 같은 정의)가 확립되지는 않는다.
비스무트 텔루라이드의 경우에, 그린 바디는 열전 활성 물질에서 10 MPa 내지 50 MPa의 압력을 유도하는 가압력에 노출되어야 한다.
저온 흑연은 보통 60 MPa 내지 120 MPa의 압축 강도를 갖는다. 따라서, 흑연 전극 / 분리 플레이트는 최종 가압력이 적용되기 전에, 먼저 약 300℃의 온도로 가열되어야 한다. 이러한 온도에서, 흑연 소자는 손상 없이 소결 압력을 지지하기 위해 필요한 파괴 강도에 도달하였다. 온도를 확립하기 위한 가열 속도는 약 50 K/분이어야 한다.
이러한 방법에 사용되는 그린 바디는 다양한 기하학적 형상을 가질 수 있다. 첫째로, 대체로 원통형인 형상이 고려된다. 이는 반드시 원형 베이스에 기반할 필요는 없으며, 또한 타원형, 직사각형, 정사각형 또는 육각형일 수 있다. 정형 또는 비정형 n-각형에 기반한 원통형 그린 바디도 또한 사용가능하다. 그러나, 특히 바람직하게는, 그린 바디는 원기둥형 형상을 갖는다.
원통형 형상 이외에도, 그린 바디는 또한 약간 원추형일 수 있다. 이는 단면적이 축방향으로 감소하고, 그린 바디가 테이퍼링된다는 것을 의미한다. 테이퍼링 그린 바디의 이점은 이것이 기판의 관통-구멍에 단단히 고정되어 위치되고, 삽입된 그린 바디를 갖는 기판이 다뤄질 때 떨어지지 않는다는 것이다. 원추 각도는 기판과 삽입된 그린 바디 사이에 충분한 고정력이 발생하는 방식으로 적절하게 선택되어야 한다. 동시에, 원추 각도는 기판이 쐐기 작용 하에 분할되지 않도록 너무 경사지지 않아야 한다. 적합한 원추 각도는 또한 마찰 계수 및 따라서 물질 페어링에 좌우된다.
동일한 효과는 또한 테이퍼링 관통-구멍에 의해 또는 반경방향의 초과크기로 관통-구멍에 삽입되는 그린 바디에 의해 (압입) 달성될 수 있다.
원기둥형 그린 바디를 기판에 용이하게 삽입할 수 있도록, 이들은 각각 끝면에 챔퍼를 가져야 한다. 이는 그린 바디가 반경방향의 초과크기를 갖는 경우에 더욱더 적용된다. 챔퍼로 인해, 그린 바디가 삽입될 때, 또한 물질이 분할되지 않는다 (날카로운 에지가 용이하게 파괴됨). 그린 바디는 또한 충격으로부터의 손상에 덜 민감하다. 마지막으로, 소결 동안 돌출부의 "버섯 머리" (또는 "리벳 형성") 발달 위험이 감소된다.
그린 바디는 기판의 구멍으로 용이하게 미끄러지도록, 또한 평활 표면이 제공될 수 있다. 그린 바디의 표면 품질은 형상, 계량 품질 및 가압 동안의 압력에 의해 미리 결정된다. 바람직하게는, 그린 바디의 측면은 12 μm 내지 24 μm의, DIN 4766 T2에 특정된 바와 같은 평균 조도 값 Ra를 갖는다.
여기서 기재된 방법의 중요한 이점은 그린 바디가 기판 외부의 표준화된 기계 상에서 가압될 수 있다는 것이다. 놀랍게도, 제약 산업에서 분말상 약물을 정제화하는데 사용되는 것과 같은, 기제품으로 이용가능한 정제화 프레스가 이를 위해 적합하다. 정제화 프레스는 열전 활성 물질과 화학적으로 및 물리적으로 유의하게 상이한 제약 제제를 가공하기 위한 것이므로, 이러한 발견은 놀랍다. 예를 들어, 비스무트 텔루라이드는 통상적인 약물과 비교하여 극도로 높은 밀도를 갖는다.
그럼에도 불구하고, 편심 또는 회전 유형의 정제화 프레스는 변형 없이 열전 활성 물질을 가압하여 그린 바디를 형성하기 위해 필요한 압축력을 달성하며, 활성 물질로부터 고속으로 완전히 자동으로 다량의 그린 바디를 제조할 수 있다. 약물로 충전되는 대신에, 정제화 프레스는 분말상 열전 활성 물질로 충전된다. 펀치 가압력은 요구되는 가압력 (Bi2Te3의 형태에서 700 MPa 내지 1200 MPa)이 금형에서 달성되는 방식으로 설정되어야 한다. 따라서, 고-하중-지지 펀치가 선택되어야 한다. 그 결과, 바로 이용가능한 정제화 프레스를 입수함으로써 별도의 기계의 복잡한 신규 개발이 우회될 수 있다.
회전 유형의 적합한 정제화 프레스는 슈바르첸베크 (독일) 소재 페테 컴팩팅 게엠베하(Fette Compacting GmbH)로부터의 유형 1200i이다. 상기 언급된 바와 같이, n- 및 p-도핑된 그린 바디를 별도로 제조하기 위해 바람직하게는 2대의 정제화 프레스가 입수된다.
제약 정제화 프레스의 추가의 이점은 정밀 작동하는 계량 기구가 처음부터 장착되어 있는 것이며; 그에 의해 활성 물질은 높은 정확도로 금형 내로 "즉시" 칭량투입된다. 계량은 부피 측정을 통해 진행된다.
계외의 정제화 프레스 상에서 제조되고 단리된 그린 바디의 사용의 추가의 이점은 결점이 있는 그린 바디가 보다 용이하게 제거될 수 있으며, 그의 활성 물질은 분쇄에 의해 재활용될 수 있다는 것이다. 그린 바디가 계내에서 (즉, 기판에서) 가압되거나 또는 금형으로부터 기판으로 직접 대량으로 이송되는 경우에는, 개개의 불완전하게 가압된 그린 바디가 기판으로 이동하고 추후 TEG의 품질을 저하시킬 수 있다.
정제화 프레스는 그린 바디를 무작위로 배출한다. 그린 바디의 기판으로의 개별 삽입을 위해, 정제를 블리스터 패키지에 삽입하기 위해 표준적으로 사용되는 것과 같은, 상업적으로 입수가능한 단리 및 운반 기구가 사용될 수 있다. 바람직하게는, 피에조 액추에이터를 갖는 컨베이어 기계, 또는 진동 컨베이어가 사용된다. 적합한 기계는 독일 알메르슈바흐 임 탈 소재 하로 회플리거 페르팍쿵스마쉬넨 게엠베하(Harro Hoeflinger Verpackungsmaschinen GmbH)로부터 입수가능하다. 다른 자동 배치 기계가 사용될 수 있거나, 또는 그린 바디는 기판에 수동으로 삽입된다.
근본적으로, 본 발명에 따른 방법은 광범위한 범위의 가능한 기판 물질로부터의 선택을 가능하게 한다. 열전 발전기의 효율을 증가시키기 위해, 선택된 기판 물질은 가능한 한 고도로 열적으로 및 전기적으로 절연성이어야 한다. 그러나, 기판 물질은 또한 경제적 실행가능성을 보장하기 위해 비용-효과적으로 이용가능해야 한다. 추가로, 기판 물질은 추가의 제작 경로 및 열전 부품에서의 추후 이용에 적합한 온도 (변화) 안정성을 가져야 한다. 마찬가지로 특정의 기계적 강도도 있어야 한다.
특히 경제적으로 유리한 기판 물질의 예는 무기 원료 및 결합제로부터 구성된 복합 물질이다. 무기 원료는 바람직하게는 운모, 펄라이트, 플로고파이트 또는 무스코바이트이다. 결합제로서는, 바람직하게는 실리콘, 실리콘 수지 및/또는 에폭시 수지가 사용된다. 이들 물질을 이용하여, 특히, 구성된 기판을 층상 물질로서 라미네이팅하는 것이 가능하다. 스위스 소재 폰 롤 아게(von Roll AG)로부터 미글라실(Miglasil)® 및 파미썸(Pamitherm)®이라는 상표명으로 입수가능한 절연 보드가 기판으로서 가장 적합하다. 이들은 실리콘-결합된 무스코바이트로 구성된 라미네이트이다. 이러한 온도-안정성 절연 물질은 본 발명에 따른 방법에서 특출하게 가공될 수 있다.
무기 원료 및 결합제로 만들어진 라미네이팅된 기판 물질을 사용하는 경우에, 물질에 대한 손상을 회피하기 위해 기계적 가공 동안 적합한 기계 파라미터를 관찰하는 것이 중요하다. 따라서, 솔리드 카바이드 드릴을 이용한 파미썸 보드의 절삭 천공의 경우에, 0.3 m/s 내지 1.5 m/s 범위의 절삭 속도가 유지되어야 한다. 4 mm의 드릴 직경의 경우에, 이는 대략 1500/분 내지 7500/분의 회전 속도를 의미한다. 전진 속도는 50 mm/분 내지 250 mm/분의 범위에 있어야 한다. 라미네이트용으로 특수 개발된 드릴 및 밀링 드릴이 또한 사용될 수 있다.
드릴링의 대안으로서, 절삭 없이, 예를 들어 피어싱 펀치를 사용하여 기판을 천공하는 가능성도 또한 있다.
기판은 1 mm 내지 10 mm의 두께를 갖는 평면 물질로서 사용된다. 바람직하게는, 두께는 1.5 mm 내지 4 mm이며, 매우 특히 바람직하게는 2 mm 내지 3 mm이다. 파미썸® 보드는 이러한 층 두께로 제공된다.
방법은 이제 개략적 도면을 참조하여 더욱 상세히 예시될 것이다. 이러한 목적을 위해, 도면은 하기를 제시한다:
도 1: 기판의 제공;
도 2a 내지 2f: 활성 물질의 제공 및 그린 바디를 형성하기 위한 활성 물질의 가압;
도 3: 그린 바디의 기판으로의 삽입;
도 4: 2개의 전극 사이에 기판의 배열;
도 5: 그린 바디의 끝면의 전극과의 접촉;
도 6: 그린 바디를 소결하여 열전 레그를 형성하기 위한 목적으로 그린 바디의 전력 및 가압력에 대한 노출;
도 7: 전극에의 접근에 의한 기판 및 열전 레그의 레벨링;
도 8: 반완성 버전;
도 9: 열전 부품;
도 10: 변형법: 분리 플레이트를 사용한 2개의 전극 사이의 복수의 기판의 적층물 형태로의 배열;
도 11; 적층물의 소결.
먼저 기판(1)이 제공된다. 기판(1)은 파미썸®으로 만들어진 평면 보드이다. 이는 실리콘-결합된 무스코바이트로 구성된, 열적으로 및 전기적으로 절연성인 라미네이트이다. 표면 크기 및 형상은 추후 TEG의 사용 목적에 좌우된다. 예를 들어, 52 mm x 52 mm 크기의 직사각형 보드가 사용될 수 있다. 파미썸® 보드의 물질 두께는 2 mm이다. 도면에서의 크기 비는 일정한 비율이 아니다.
기판(1)에는 기판(1)의 평면에 수직으로, 기판을 통해 연장되는 다수의 관통-구멍(2)이 제공된다. 파미썸® 보드는 블랭크로 배송되므로, 관통-구멍(2)이 그를 통해 드릴링되어야 한다. 이는 카바이드 드릴을 사용하여 형성된다. 관통-구멍은, 상응하게, 4.07 mm 직경의 원형 단면을 갖는다. 그러나, 패킹 밀도를 증가시키기 위해, 예를 들어 육각형과 같은 다른 단면 형상이 관통-구멍을 위해 제공될 수 있다. 4.07 mm 직경의 원형 구멍에 대한 중앙 패킹 밀도는 2 mm의 랜드 폭에 대해 1 제곱 센티미터의 기판 표면당 2 내지 3개의 관통-구멍이다. 단순성을 위해, 도면에는 8개의 관통-구멍(2)이 제시되어 있다.
도 2a 내지 2f는, 단계적으로, 정제화 프레스(4) 상에서의 그린 바디(3) 제조의 순환 순서를 제시한다. 정제화 프레스는 편심 유형으로 단순화되어 제시되어 있다.
그린 바디(3)를 제조하기 위해, 먼저 분말상 열전 활성 물질(5)이 제공된다. 이는 약 8 μm의 입자 크기 d50을 갖는 비스무트 텔루라이드 분말이다. 분말은 정제화 프레스(4)의 충전 호퍼(6)에 제공되며; 도 2a를 참조한다.
정제화 프레스(4)는 미리 설정된 양인 약 200 mg의 비스무트 텔루라이드 분말(5)을 금형(7)에 계량투입하며; 도 2b를 참조한다.
금형(7)은 정제화 프레스(4)의 일부로서, 정제화 프레스의 제조업체에 의해 보통 "매트릭스"라 불린다. 열전 발전기의 일부 제조업체가 여기서 기판이라고 지정한 TEG의 일부를 매트릭스라 부르기 때문에, 이 표현은 여기서 의도적으로 사용되지 않는다. 여기서 사용된 용어로, 표현 "금형"은 항상 정제화 프레스의 일부이고, "기판"은 항상 TEG의 일부이다.
금형(7)은 하단에서 하단 펀치(9)에 의해 폐쇄된다. 금형(7)은 관통-구멍(2)의 직경에 거의 상응하는 직경을 갖는 원기둥형이다. 그린 바디의 길이는 2.2 mm 내지 2.6 mm에서 달라진다. 따라서, 이는 기판 두께의 110% 내지 135%에 상응한다. 따라서, 그린 바디는 기판과 비교하여 축방향의 초과크기를 갖는다. 임의로, 금형(7)의 직경은 반경방향의 초과크기를 갖는 그린 바디를 제조하기 위해 관통-구멍(2)의 것보다 약간 더 클 수 있다.
금형이 활성 물질로 충전된 후에, 충전 호퍼(6)는 한 쪽으로 밀어두며; 도 2c를 참조한다.
선형으로 안내된 상단 펀치(10)가 금형(7) 내의 분말(5)을 압착시켜 원기둥형 그린 바디(3)를 형성한다 (도 2d). 펀치 힘은 약 8.5 kN이다. 그로부터 금형 내에 676 MPa의 압력이 야기된다.
이어서 상단 스탬프(10)는 역전된다. 하단 스탬프(9)가 이를 따르고, 그에 의해 그린 바디(3)가 금형(7) 밖으로 인도된다 (도 2e).
마지막으로, 충전 호퍼(6)는 금형 위의 그의 이전 위치로 다시 이동하고, 그에 의해 그린 바디(3)가 정제화 프레스(4) 밖으로 배출된다. 배출된 그린 바디(3)는 수집 용기(11)에 무작위로 수집된다 (도 2f). 하단 펀치(9)는 다시 아래로 이동하여, 기계가 도 2a에 제시된 처음 위치로 복귀된다. 충전 호퍼(6)는 다시 활성 물질(5)로 충전된다.
단계 2a 내지 2f는 고속으로 정제화 프레스(4) 상에서 반복되어, 다수의 그린 바디가 연속적으로 제조될 수 있다. 동일한 금형(7)이 매번 사용되고, 분말이 정확하게 계량투입될 수 있기 때문에, 그린 바디는 치수 안정성, 밀도 및 표면 품질과 관련하여 일정한 품질을 갖는다. 임의의 결점이 있는 가압물은 제거된다.
생산율을 증가시키기 위해, 개략적으로 제시된 편심 프레스 대신에, 회전 프레스가 사용될 수 있다. 회전 프레스는 회전하는 러너 주위로 원형 형상으로 배열된 다수의 상단 펀치, 하단 펀치 및 금형을 갖는다. 상단 및 하단 펀치는 금형에 대해 펀치의 축방향 리프팅 이동을 발생시키기 위해 고정 링크를 따라 안내된다. 가압력은 프레스 롤에 의해 펀치에 적용된다. 이러한 회전 프레스는 제약 정제의 산업적 제조에 사용되며, 고속 처리 속도를 위해 최적화된다.
열전쌍의 2개의 레그는 높은 열전 전압을 발생시키기 위해 가능한 한 상이한 제베크 계수를 가져야 하므로, 2종의 상이한 유형, 즉 하나는 n-도핑된 비스무트 텔루라이드이고 또 하나는 p-도핑된 비스무트 텔루라이드인 열전 활성 물질이 가압된다. 따라서, 2종의 상이한 유형의 그린 바디가 동일한 프레스 상에서 차례로, 한 번은 n-도핑된 활성 물질로부터, 또 한 번은 p-도핑된 활성 물질로부터 제조된다. n-도핑된 활성 물질의 잔류물이 p-도핑된 그린 바디에서 발견되지 않도록 하기 위해, 기계는 때때로 철저히 세정되어야 한다. 이를 회피하기 위해, p- 및 n-도핑된 활성 물질은 또한 별도의 기계 상에서 가공될 수 있다.
도 3은, 각각 다수의 p-도핑된 그린 바디(3p) 및 n-도핑된 그린 바디(3n)로 각각 충전되는 2개의 수집 용기(11p 및 11n)를 제시한다. 그린 바디(3n, 3p)는 각각의 수집 용기(11n, 11p)에 단일 유형으로서 위치되지만, 기하학적으로는 분류되지 않는다.
그린 바디(3n, 3p)는 각각의 수집 용기(11p, 11n)로부터 취출되고, 그린 바디가 관통-구멍을 통해 축방향으로 및 그에 의해 기판 평면에 수직으로 연장되는 방식으로 개별적으로 기판(1)의 관통-구멍(2)에 삽입된다. 이를 위해 제약 자동 배치 기계가 사용된다 (제시되지 않음). 대안적으로, 그린 바디(3n, 3p)는 기판(1)에 수동으로 삽입될 수 있다.
p- 및 n-도핑된 그린 바디(3p, 3n)는 서로 나란히 교대로 배열된다. 각각의 인접한 p- 및 n-도핑된 그린 바디는 후속적으로 열전쌍을 형성한다. 먼저 하나의 유형의 그린 바디가 모두 삽입된 후에 다른 유형이 삽입되는지, 또는 교대로 또는 연속적으로, 또는 임의의 다른 목적하는 패턴으로 삽입되는지의 여부는 중요하지 않다.
이어서, 삽입된 그린 바디(3)를 갖는 기판(1)은 2개의 실질적으로 평면인 전극(12a, 12b) 사이에 배열되며; 도 4를 참조한다. 기판(1), 제1 전극(12a) 및 제2 전극(12b)은 각각 서로에 대해 평행하게 배향되는 것이 중요하다.
대조적으로, 사용된 그린 바디(3)의 끝면이 공유된 평면에 놓여 있는지의 여부는 중요하지 않다. 도 4에서 알 수 있는 바와 같이, 그린 바디는 균일하지 않은 축방향 오프셋으로 기판(1)에 도입되며, 이러한 이유로 끝면이 하나의 평면에 놓여 있지 않다. 그 이유는 자동 배치 기계가 그렇게 정확하게 작동하지 않기 때문이며, 하지만 그 대신에 빠르게 작동한다.
본 발명에 따르면, 그린 바디의 끝면은 전극을 사용하여 하나의 평면에 있게 된다. 이러한 목적을 위해 2개의 전극(12a, 12b)은 각각 그의 평행성을 유지하면서, 경로 Δx를 따라 서로를 향해 이동된다. 이러한 경우에 평면 전극은 그린 바디의 끝면에 접촉하고, 이들을 끝면에 접촉하는 각각의 전극(12a, 12b)의 평면에 정렬한다. 그린 바디(3n, 3p)가 이제 모두 하나의 평면에 놓여 있다는 것을 도 5에서 알 수 있다.
모든 그린 바디(3n, 3p)의 끝면이 전극(12a, 12b) 바로 위에 위치되므로, 전기 회로 뿐만 아니라, 또한 기계적 가압력도 전극 사이의 그린 바디를 통해 폐쇄될 수 있다.
이는 도 6의 경우이다. 양쪽 전극은 각각 그린 바디에 대해 축방향으로 배향되는 기판(1)의 방향으로 작용하는 힘 F에 노출된다. 이는 그린 바디의 접촉된 끝면을 고려하여, 30 MPa의 기계적 압력이 활성 물질에 작용하도록 하는 범위이다. 추가로, 50 Hz의 교류 전압 AC가 전극 사이에 적용되며, 그의 전압은 그린 바디의 접촉된 끝면을 고려하여, 그린 바디를 통해 50 kA/m2의 전류 밀도를 갖는 교류가 흐르도록 하는 범위이다.
옴 저항은 그린 바디가 300℃ 내지 400℃의 온도까지 가열되도록 하며, 그 영역에 또한 최적 소결 온도가 위치해 있다. 기계적 힘의 작용 하에, 그린 바디의 개별 입자는 함께 소결하여, 고체 소결체가 가압된 분말 물질로부터 생성된다. 소결된 그린 바디가 열전 레그(13)이다.
소결 동안, 그린 바디는 압착되어, 열전 레그가 상응하게 보다 작은 부피를 갖는다 (소결 수축). 진행되고 있는 소결 수축에도 불구하고, 그린 바디(3)와 전극(12) 사이의 전기적 및 기계적 접촉을 유지하기 위해, 2개의 전극(12a, 12b)은 각각 소결 수축 후에 그의 평행성을 유지하면서, 각각 경로 Δy를 따라 기판(1)의 방향으로 재위치설정된다 (도 7).
그린 바디(3)의 길이는, 소결 수축을 고려하여, 열전 레그(13n, 13p)가 소결 후에 기판(1)과 같은 높이의 종단을 갖는 방식으로 선택되며; 도 8을 참조한다. 물질 조합 파미썸® / 비스무트 텔루라이드의 경우에, 그린 바디의 초과크기는 소결 동안 그린 바디가 기판 두께로 수축되도록 하기 위해 기판 두께의 약 15%여야 한다. 이러한 방식으로, 가공물의 후속적인 별도의 레벨링이 필요하지 않다. 게다가, 경로 Δy의 제한은 기판(1)이 2개의 전극(12a, 12b) 사이에서 쐐기결합되고 압축되는 것을 방지한다. 그렇지 않으면, 기판 물질의 임의의 탄성이 열전 레그의 끝면을 넘어서 기판의 복귀를 야기할 수 있으며, 이는 열전 레그의 추후 접촉가능성을 더욱 어렵게 한다. 오히려, 양쪽이 평면이고, 열전 레그(13)의 끝면이 양쪽에서 기판의 표면과 같은 높이인, 추후 열전 부품의 반완성 버전(14)이 소결 공정으로부터 직접적으로 수득된다. 반완성 버전(14)은 도 8에 제시되어 있다.
반완성 버전으로부터 열전 부품(15)을 제작하기 위해, 열전쌍(16)을 형성하도록 열전 레그를 쌍으로 조합할 필요가 있다. 각 경우에 p-도핑된 활성 물질로 만들어진 하나의 열전 레그(13p) 및 n-도핑된 활성 물질로 만들어진 하나의 열전 레그(13n)가 열전쌍(16)을 형성한다. 게다가, 열전쌍(16)은 연속적으로 연결되어야 한다. 이는 교차하여 열전쌍(13n, 13p)의 끝면 상에 납땜된, 우수한 전기적 및 열적 전도체인 접촉 브리지(17)를 사용하여 달성된다 (도 9).
생성된 열전 부품(15)은 따라서 이미 기능적이다: 열이 접촉 브리지를 거쳐 열전 레그(13)를 통해 기판의 한 쪽으로부터 다른 한 쪽으로 흐르는 방식으로, 기판(1)이 열원과 방열체 사이에 배치될 때, 열전 전압은 한 쪽이 자유로운 접촉 브리지(17+, 17-)에 탭핑될 수 있다. 열전 부품(15)은 이어서 열전 발전기로서 작동한다. 반대로, 한 쪽이 자유로운 접촉 브리지(17+, 17-)에 전기 전압을 적용함으로써, 기판의 저온 쪽으로부터 고온 쪽으로 열을 가하는 힘이 유도될 수 있다 (펠티에 소자). 전기적 단락이 발생하지 않도록 하기 위해, 전체 열전 부품(15)은 열적으로 전도성이며 전기적으로 절연성인 외피가 추가로 제공되어야 하며, 이는 또한 상기 부품을 기계적 손상으로부터 보호한다 (이는 제시되지 않음).
도 10에, 삽입된 그린 바디를 갖는 복수의 기판(1i, 1ii 및 1iii)이 동시에 소결되는, 특히 합리적인 변형 방법이 제시되어 있다. 이러한 목적을 위해, 3개의 기판(1i, 1ii 및 1iii)은 2개의 전극(12a 및 12b) 사이에 배열된다. 평면 분리 플레이트(18a, 18b)가 각 경우에 내부에 놓여 있는 기판(1ii)과 2개의 외부에 놓여 있는 기판(1i 및 1iii) 사이에 배치된다. 적층물(19)이 형성된다. 전극(12a, 12b)과 마찬가지로, 2개의 평면 분리 플레이트(18a, 18b)는 흑연으로 이루어진다. 모든 기판(1i, 1ii 및 1iii), 전극(12a, 12b) 둘 다 및 분리 플레이트(18a, 18b) 둘 다는 서로에 대해 평면 평행하게 배향되어 적층물(19)을 형성한다.
적층물(19)은 1회 작업 통과로 소결되며, 그 결과 3개의 반완성 버전이 동시에 제조된다 (도 11). 적층물(19)은 도 6에 대해 기재된 바와 같이 소결된다.
삽입된 그린 바디를 갖는 복수의 기판은 또한 이들의 적층 없이 소결 공정에 동시에 적용될 수 있다. 이러한 목적을 위해 기판은 서로 나란히 하나의 평면에 놓여 있는 전극 사이에 배치된다. 이는 분리 플레이트를 절약하지만, 단일 기판보다 더 큰 표면적을 갖는 전극을 요구한다. 본 발명의 이러한 변형법은 예시되지 않는다.
이들 배열 둘 다의 조합도 마찬가지로 가능하다.
더욱이, 전극 사이의 기판의 배열 및 개수와 상관없이, 소결 공정은 그린 바디가 저온 상태 (실온 T0)에서의 전극(12a,b) 또는 분리 플레이트(18a,b)의 파괴 하중에 상응하는 힘 R저온보다 더 작은 힘 F1에 먼저 노출되는 방식으로 제어될 수 있다. 이어서 교류 전압이 적용되며, 그 결과 그린 바디는 소결 온도 T소결보다 더 낮지만, 흑연 소자의 파괴 하중이 R고온으로 증가되는 온도 T한계로 가열된다. 보다 높은 기계적 강도가 달성된 후에만, 힘이 F2로 증가되며, 그로부터 요구되는 기계적 소결 압력이 야기된다. 소결 압력이 달성된 후에, 온도는 요구되는 소결 온도 T소결로 증가되고, 소결 작업은 이들 조건 하에 수행된다. 따라서 하기 2가지 관계가 적용된다:
F1 < R 저온 < F2 < R 고온 (1)
T0 < T한계 < T소결 (2)
이러한 절차는 개별 기판 (도 6), 분리 플레이트 없이 서로 나란히 있는 복수의 기판, 또는 그밖에 분리 플레이트를 갖는 적층물 (도 11)을 소결할 때 이용될 수 있다. 사용된 흑연 소자의 최저 파괴 하중이 항상 중요하다.
참조 부호 목록
1 기판
1i 제1 기판 (외부)
1ii 제2 기판 (내부)
1iii 제3 기판 (외부)
2 관통-구멍
3 그린 바디
3n n-도핑된 그린 바디
3p p-도핑된 그린 바디
4 정제화 프레스
5 분말 형태의 열전 활성 물질 (Bi2Te3)
6 충전 호퍼
7 금형
8 미지정
9 하단 펀치
10 상단 펀치
11 수집 용기 (일반적)
11n n-도핑된 그린 바디를 위한 수집 용기
11p p-도핑된 그린 바디를 위한 수집 용기
12a 제1 전극
12b 제2 전극
Δx 접촉 시 전극의 경로
Δy 소결 동안의 전극의 경로
F 힘
AC 교류
13 열전 레그
13n n-도핑된 활성 물질로 만들어진 열전 레그
13p p-도핑된 활성 물질로 만들어진 열전 레그
14 반완성 버전
15 열전 부품
16 열전쌍
17 접촉 브리지
17+ 한 쪽이 자유로운 접촉 브리지
17- 한 쪽이 자유로운 접촉 브리지
18a 제1 분리 플레이트
18b 제2 분리 플레이트
19 적층물

Claims (15)

  1. 하기 단계를 갖는, 열전 부품 또는 그의 적어도 반완성 버전의 제조 방법:
    a) 전기적으로 및 열적으로 절연성인 기판 물질로 만들어지며, 그를 통해 관통-구멍이 기판 평면에 수직으로 배향되어 연장되는, 평면인 기판을 제공하는 단계;
    b) 분말상 열전 활성 물질을 제공하는 단계;
    c) 활성 물질을 가압하여 그린 바디(green body)를 형성하며, 여기서 가압은 기판과는 상이한 금형에서 진행되는 것인 단계;
    d) 각각의 관통-구멍 내에서, 그의 축을 따라, 하나의 그린 바디가 기판을 통해 연장되는 방식으로, 그린 바디를 기판의 관통-구멍에 삽입하는 단계;
    e) 양쪽 전극 및 기판이 서로에 대해 평행하게 배향되는 방식으로, 그 안에 삽입된 그린 바디를 갖는 기판을 2개의 평면인 전극 사이에 배열하는 단계;
    f) 그린 바디를 통해 2개의 전극 사이에, 전기 전류 뿐만 아니라 기계적 가압력도 전달하는 연결이 제공되는 방식으로, 그린 바디의 끝면을 전극과 접촉시키는 단계;
    g) 열이 열전 활성 물질 내에서 유발되는 방식으로, 그린 바디를 전극 사이에 흐르는 전기 전류에 노출시키는 단계;
    h) 열전 활성 물질이 압력 하에 있는 방식으로, 그린 바디를 전극 사이에 작용하는 압력 힘에 노출시키는 단계;
    i) 압력 및 열의 작용 하에, 그린 바디를 소결하여 열전 레그를 형성하는 단계;
    k) 열전 레그가 기판과 같은 높이의 종단을 갖는 방식으로, 그의 평행성을 유지하면서 기판 및 열전 레그를 전극에 보다 근접시킴으로써 기판 및 그 안에 수용된 열전 레그를 레벨링하며, 여기서 기판에서의 그린 바디의 임의의 축방향 오프셋 및 또한 임의의 소결 수축이 보상되는 것인 단계.
  2. 제1항에 있어서, 삽입된 그린 바디를 갖는 복수의 기판이 조합되어 적층물을 형성하며, 여기서 기판은 적층물 내에서 서로에 대해 평행하게 연장되고, 각 경우에 평면인 분리 플레이트가 적층물 내에서 인접해 있는 2개의 기판 사이에 놓여, 이러한 분리 플레이트는 기판에 대해 평행하게 연장되며, 이는 인접한 기판의 그린 바디 사이에 전기 전도성 및 힘-전달 연결을 발생시키고, 전체 적층물은 2개의 전극 사이에 배열되는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 삽입된 그린 바디를 갖는 복수의 기판이 2개의 전극 사이에 개별적으로 배열되거나 또는 평면으로 적층되는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제2항에 있어서, 전극 및/또는 분리 플레이트가 흑연으로 이루어지며, 그린 바디는, 접촉을 위해, 제1 가압력에 노출되고, 이어서 흑연으로 이루어진 전극 및/또는 분리 플레이트가 제1 가압력보다 더 큰 증가된 하중-지지 용량을 갖는 온도를 흑연으로 이루어진 전극 및/또는 분리 플레이트가 달성할 때까지 제1 가압력의 작용 하의 그린 바디는 전기 전류에 노출되고, 그린 바디는 이어서 제1 가압력보다 더 크고, 증가된 하중-지지 용량보다 더 작은 제2 가압력에 노출되는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제1항, 제2항 및 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 그린 바디를 형성하기 위한 분말상 활성 물질의 가압에서, 활성 물질이 활성 물질의 참 밀도의 75% 내지 85%에 상응하는 제1 압축 밀도로 압착되는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제1항, 제2항 및 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 그린 바디가 활성 물질의 용융 온도의 50% 내지 70%에 상응하는 온도에서 소결되어 열전 레그를 형성하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제1항, 제2항 및 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 전극 사이에 작용하는 가압력에 대한 그린 바디의 노출 동안, 그린 바디가 활성 물질의 참 밀도의 90% 내지 97%에 상응하는 제2 압축 밀도로 압착되는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제1항, 제2항 및 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 그린 바디가 원기둥형 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제8항에 있어서, 그린 바디가 각각 끝면에 챔퍼를 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제8항에 있어서, 그린 바디가 그의 측면에서, DIN 4766 T2에 특정된 바와 같은, 12 μm 내지 24 μm의 평균 조도 값 Ra를 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제1항, 제2항 및 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 그린 바디가 대안적으로 원추형 그린 바디 및/또는 관통-구멍을 사용함으로써 또는 관통-구멍과 비교하여 그린 바디의 반경방향의 초과크기에 의해 관통-구멍 내에 고정될 수 있는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제1항, 제2항 및 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 분말상 열전 활성 물질이 정제화 프레스에서 건식 제조되고, 그 안에서 활성 물질이 가압되어 그린 바디가 형성되는 금형이 정제화 프레스 내에 배열되고, 그린 바디가 정제화 프레스로부터 무작위로 배출되는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제12항에 있어서, 그린 바디가, 수동으로 또는 운반 기구에 의해, 규칙적인 방식으로 취해지고, 단리되며, 기판의 관통-구멍에 삽입되는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제1항, 제2항 및 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 기판 물질이 무기 원료 및 결합제로 만들어진 복합 물질인 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제14항에 있어서, 복합 물질이 라미네이트로서 구성되고, 무기 원료가 운모, 펄라이트, 플로고파이트, 무스코바이트로 이루어진 군으로부터 선택되고, 결합제가 실리콘 또는 실리콘 수지 또는 에폭시 수지인 것을 특징으로 하는 방법.
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