KR20140147517A - Pellet for thermo electric leg and method of producting the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 실시예는 열전소자에 관한 것이다.This embodiment relates to a thermoelectric element.
열전현상은 재료 내부의 전자(electron)와 정공(hole)의 이동에 의해 발생하는 현상으로, 열과 전기 사이의 직접적인 에너지 변환을 의미한다.Thermoelectric phenomenon is a phenomenon caused by the movement of electrons and holes inside a material, which means direct energy conversion between heat and electricity.
열전소자는 열전현상을 이용하는 소자를 총칭하며, 전기저항의 온도 변화를 이용하는 소자, 온도 차에 의해 기전력이 발생하는 현상인 제벡 효과를 이용하는 소자, 전류에 의한 흡열 또는 발열이 발생하는 현상인 펠티에 효과를 이용하는 소자 등이 있다.Thermoelectric elements are collectively referred to as elements that use thermoelectric phenomena. They are devices that use the temperature change of electrical resistance, devices that use electrostatic force due to temperature difference, devices that use the Seebeck effect, phenomena that heat is generated by heat or heat generation, And the like.
열전소자는 가전제품, 전자부품, 통신용 부품 등에 다양하게 적용되고 있으며, 열전소자의 열전성능에 대한 요구는 점점 더 높아지고 있다.Thermoelectric elements are widely applied to electronic appliances, electronic components, and communication components, and the demand for thermoelectric performance of thermoelectric elements is increasing.
열전소자는 기판, 전극 및 열전 레그를 포함한다. 열전 레그를 얻기 위하여, 열전 레그용 소결체를 제조한다. 열전 레그용 소결체는 열전 소재를 열처리하여 잉곳(ingot)을 제조하고, 잉곳을 분쇄하고 체거름하여 열전 레그용 분말을 획득한 후, 이를 소결하는 과정을 통하여 얻어질 수 있다. The thermoelectric element includes a substrate, an electrode, and a thermoelectric leg. To obtain thermoelectric legs, a sintered body for thermoelectric legs is produced. The sintered body for a thermoelectric leg can be obtained through a process of producing an ingot by thermally treating a thermoelectric material, pulverizing and sieving the ingot to obtain a thermoelectric material powder, and sintering the same.
이와 같이, 잉곳 제조 후 분쇄 및 체거름 공정을 거치는 경우, 공정 단계가 많아 제조 시간이 길어지는 문제가 있다. 또한, 여러 공정을 거치며 불순물이 혼입될 확률이 높아진다. 그리고, 소결 과정을 통하여 입자가 크게 성장하여 열전도도가 높아지며, 이에 따라 열전 소자의 성능을 나타내는 제벡 지수(ZT)에 영향을 줄 수 있다.As described above, when the ingot is subjected to the crushing and sieving processes after the production of the ingot, there are problems in that the number of process steps is increased and the production time is prolonged. In addition, the probability of incorporating impurities through various processes increases. Also, the sintering process greatly increases the particle size and increases the thermal conductivity, which may affect the Zebe index (ZT), which indicates the performance of the thermoelectric device.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 열전 레그용 소결체 및 그의 제조 방법을 제공하는데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a sintered body for thermoelectric legs and a method of manufacturing the same.
본 발명의 한 실시예에 따른 열전 레그용 소결체는 Bi, Sb, Te 및 Se 중 적어도 하나를 포함하는 열전 소재 및 입자 성장 억제제를 포함하며, 탄소가 0.006 중량부 이하, 산소가 0.05 중량부 이하, 질소가 0.01 중량부 이하로 함유되고, 제벡 지수(ZT)가 0.6 이상이다.The sintered body for a thermoelectric leg according to an embodiment of the present invention includes a thermoelectric material and a particle growth inhibitor containing at least one of Bi, Sb, Te, and Se. The sintered body includes 0.006 parts by weight or less of carbon, Nitrogen is contained in an amount of 0.01 parts by weight or less, and the Zebe index (ZT) is 0.6 or more.
상기 입자 성장 억제제는 γ-Al2O3, γ-Y2O3, ZrO2, TiO2, SiO2, BaTiO3, PbTiO3 및 SrTiO3 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.Wherein the particle growth inhibitor may contain at least one of γ-Al 2 O 3, γ -Y 2 O 3, ZrO 2, TiO 2, SiO 2, BaTiO 3, PbTiO 3 and SrTiO 3.
상기 열전 소재는 Bi2 -xSbxTe3(1.2<x<1.8)를 포함할 수 있다.The thermal transfer material may contain Bi 2 -x Sb x Te 3 ( 1.2 <x <1.8).
상기 열전 소재는 Bi2Te3 -ySey(0.1<y<0.4)를 포함할 수 있다.The thermoelectric material may include Bi 2 Te 3 -y Se y (0.1 <y <0.4).
본 발명의 한 실시예에 따른 열전 레그용 소결체의 제조 방법은 열전 소재와 입자 성장 억제제를 혼합하는 단계, 상기 열전 소재와 상기 입자 성장 억제제의 혼합물을 아토마이징(Automizing)하여 열전 레그용 분말을 얻는 단계, 그리고 상기 열전 레그용 분말을 소결하는 단계를 포함한다.A method of manufacturing a thermoelectrically-regenerated sintered body according to an embodiment of the present invention includes mixing a thermoelectric material and a particle growth inhibitor, and atomizing a mixture of the thermoelectric material and the particle growth inhibitor to obtain a thermoelectric- And sintering the powder for the thermoelectric leg.
상기 열전 소재는 Bi, Sb, Te 및 Se 중 적어도 하나를 포함하며, 상기 입자 성장 억제제는 γ-Al2O3, γ-Y2O3, ZrO2, TiO2, SiO2, BaTiO3, PbTiO3 및 SrTiO3 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The thermoelectric material includes at least one of Bi, Sb, Te, and Se, and the particle growth inhibitor includes at least one of γ-Al 2 O 3 , γ-Y 2 O 3 , ZrO 2 , TiO 2 , SiO 2 , BaTiO 3 , PbTiO SrTiO 3, and it may include at least one of the three.
상기 Bi, Sb, Te 및 Se 중 적어도 하나는 비드 형태일 수 있다.At least one of Bi, Sb, Te and Se may be in the form of a bead.
상기 열전 소재는 1 내지 10 중량부의 Te를 더 포함할 수 있다.The thermoelectric material may further comprise 1 to 10 parts by weight of Te.
상기 열전 소재는 1 내지 10 중량부의 Se를 더 포함할 수 있다.The thermoelectric material may further include 1 to 10 parts by weight of Se.
본 발명의 실시예에 따르면, 공정 단계를 줄일 수 있으며, 이에 따라 소결체 내에 함유된 불순물의 농도를 줄일 수 있다. 또한, 소결체 내에서 입자의 과대 성장을 막아 열전도도를 줄일 수 있으며, 열전 성능을 나타내는 제백 지수를 높일 수 있다.According to the embodiment of the present invention, it is possible to reduce the processing steps, thereby reducing the concentration of the impurities contained in the sintered body. In addition, it is possible to prevent excessive growth of particles in the sintered body, thereby reducing the thermal conductivity and increasing the whiteness index showing the thermoelectric performance.
도 1은 열전소자의 단면도이다.
도 2는 일반적으로 열전 레그용 소결체를 제조하는 방법을 나타내는 순서도이다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 열전 레그용 소결체의 제조 방법을 나타내는 순서도이다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 열전 레그용 소결체이다.
도 5 및 6은 비교예 1과 실시예 1의 소결체에 포함된 분말의 형태를 각각 나타내는 SEM이다.
도 7 및 8은 비교예 2와 실시예 1의 소결체에 포함된 분말의 형태를 각각 나타내는 SEM이다.
도 9는 입자 성장 억제제의 함량에 따른 열전도도 및 제벡 지수(ZT)에 대한 실험 데이터이다.1 is a cross-sectional view of a thermoelectric element.
2 is a flow chart showing a method of manufacturing a sintered body for a thermoelectric leg in general.
3 is a flowchart showing a method for manufacturing a thermoelectrically-responsive sintered body according to an embodiment of the present invention.
4 is a sintered body for a thermoelectric leg according to an embodiment of the present invention.
5 and 6 are SEMs each showing the form of powders contained in the sintered bodies of Comparative Example 1 and Example 1. Fig.
Figs. 7 and 8 are SEMs respectively showing the shapes of powders contained in the sintered bodies of Comparative Example 2 and Example 1. Fig.
9 is experimental data on the thermal conductivity and the Xeck index (ZT) according to the content of the particle growth inhibitor.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. The present invention is capable of various modifications and various embodiments, and specific embodiments are illustrated and described in the drawings. It should be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.
제2, 제1 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다. The terms including ordinal, such as second, first, etc., may be used to describe various elements, but the elements are not limited to these terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the second component may be referred to as a first component, and similarly, the first component may also be referred to as a second component. And / or < / RTI > includes any combination of a plurality of related listed items or any of a plurality of related listed items.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. It is to be understood that when an element is referred to as being "connected" or "connected" to another element, it may be directly connected or connected to the other element, . On the other hand, when an element is referred to as being "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that there are no other elements in between.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used in this application is used only to describe a specific embodiment and is not intended to limit the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, the terms "comprises" or "having" and the like are used to specify that there is a feature, a number, a step, an operation, an element, a component or a combination thereof described in the specification, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries are to be interpreted as having a meaning consistent with the contextual meaning of the related art and are to be interpreted as either ideal or overly formal in the sense of the present application Do not.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings, wherein like or corresponding elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description thereof will be omitted.
도 1은 열전소자의 단면도이다.1 is a cross-sectional view of a thermoelectric element.
도 1을 참조하면, 열전소자(100)는 하부 기판(110), 전극(120), 결합부(130), N형 레그(140), P형 레그(150), 결합부(160), 전극(170) 및 상부 기판(180)을 포함한다. 하부 기판(110) 상에 전극(120)이 적층되고, 전극(120) 상에 N형 레그(140) 및 P형 레그(150)가 적층되며, N형 레그(140) 및 P형 레그(150) 상에 전극(170)이 적층되고, 전극(170) 상에 상부 기판(180)이 적층된다.1, a
전극(120, 170)에 리드선을 통하여 직류 전압을 인가하면, 펠티에 효과로 인하여 P형 레그(150)로부터 N형 레그(140)로 전류가 흐르는 기판은 열을 흡수하여 냉각부로 작용하고, N형 레그(140)로부터 P형 레그(150)로 전류가 흐르는 기판은 가열되어 발열부로 작용할 수 있다.When a DC voltage is applied to the
본 명세서에서 N형 레그 및 P형 레그를 통칭하여 열전 레그라 한다.In the present specification, the N-type leg and the P-type leg are collectively referred to as thermoelectric legs.
도 2는 일반적으로 열전 레그용 소결체를 제조하는 방법을 나타내는 순서도이다.2 is a flow chart showing a method of manufacturing a sintered body for a thermoelectric leg in general.
도 2를 참조하면, 열전 소재를 열처리하여, 잉곳(ingot)을 제조한다(S200). 열전 소재는 세라믹 소재, 예를 들면 비스무스 텔룰라이드계 소재일 수 있다. Referring to FIG. 2, the thermoelectric material is heat-treated to produce an ingot (S200). The thermoelectric material may be a ceramic material, for example, a bismuth telluride-based material.
다음으로, 잉곳을 분쇄한다(S210). 잉곳을 분쇄하기 위하여, 예를 들면 슈퍼 믹서(Super Mixer), 볼밀(ball mill), 어트리션 밀(attrition mill), 3롤 밀(3roll mill) 등을 이용할 수 있다.Next, the ingot is pulverized (S210). For example, a super mixer, a ball mill, an attrition mill, a 3 roll mill, or the like can be used to grind the ingot.
다음으로, 체거름(sieving)을 통하여 열전 레그용 분말을 얻는다(S220). 열전 레그용 분말은, 예를 들면 마이크로 단위의 입자 크기를 가질 수 있다.Next, sieving is performed to obtain thermoelectric powder (S220). The thermoelectric leg powder may have a particle size of, for example, micrometers.
다음으로, 열전 레그용 분말을 소결한다(S230).Next, the thermoelectric leg powder is sintered (S230).
소결 과정을 얻어진 소결체를 커팅하여 열전 레그를 제작할 수 있다.The thermosetting leg can be manufactured by cutting the sintered body obtained by the sintering process.
이와 같이, 잉곳 제조, 분쇄, 체거름 및 소결 등의 여러 단계의 공정을 진행하면, 소결체에 불순물이 혼입될 우려가 크다. 본 발명의 실시예에서는, 공정을 간략화하여 순도가 높은 열전 레그용 소결체를 제조하고자 한다.As such, when the steps of various steps such as ingot production, pulverization, sieving and sintering are carried out, there is a great possibility that impurities are mixed into the sintered body. In the embodiment of the present invention, a sintered body for thermoelectric legs having a high purity is produced by simplifying the process.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 열전 레그용 소결체의 제조 방법을 나타내는 순서도이다. 3 is a flowchart showing a method for manufacturing a thermoelectrically-responsive sintered body according to an embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 열전 소재와 입자 성장 억제제를 혼합한다(S300). 여기서, 열전 소재는 세라믹 소재, 예를 들면 비스무스 텔룰라이드계 소재일 수 있다. 즉, 열전 소재는 Bi, Sb, Te 및 Se 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. Bi, Sb, Te 및 Se 중 적어도 하나는 비드 형태일 수 있다.Referring to FIG. 3, the thermoelectric material and the particle growth inhibitor are mixed (S300). Here, the thermoelectric material may be a ceramic material, for example, a bismuth telluride-based material. That is, the thermoelectric material may include at least one of Bi, Sb, Te, and Se. At least one of Bi, Sb, Te and Se may be in a bead form.
P형 레그를 위한 열전 소재는, 예를 들면 Bi2 -xSbxTe3(1.2<x<1.8) 를 포함할 수 있다. N형 레그를 위한 열전 소재, 예를 들면 Bi2Te3 -ySey(0.1<y<0.4) 를 포함할 수 있다. Thermoelectric material for P-type legs, for example, may include Bi 2 -x Sb x Te 3 ( 1.2 <x <1.8). For example, Bi 2 Te 3- y Se y (0.1 < y < 0.4) for N-type legs.
한편, Bi의 증기 압력은 768℃에서 10Pa이고, Sb의 증기 압력은 738℃에서 100Pa이며, Te의 증기 압력은 769℃에서 104Pa이고, Se의 증기 압력은 685℃에서 105Pa이다. 따라서, 일반적인 용융 온도(600~800℃)에서 Te와 Se의 증기 압력이 높아, 휘발성이 크다. 따라서, 열전 레그 제작 시, Te 및 Se 중 적어도 하나의 휘발을 고려하여 칭량할 수 있다. 즉, Te 및 Se 중 적어도 하나를 1 내지 10 중량부로 더 포함시킬 수 있다. 예를 들어, P형 레그 제작 시, Bi2 -xSbxTe3(1.2<x<1.8) 100 중량부에 대하여 1 내지 10 중량부의 Te를 더 포함시킬 수도 있다. 또한, N형 레그 제작 시, Bi2Te3 -ySey(0.1<y<0.4) 100 중량부에 대하여 1 내지 10 중량부의 Te 및 Se를 더 포함시킬 수도 있다. On the other hand, the steam pressure of Bi is 10 Pa at 768 캜, the steam pressure of Sb is 100 Pa at 738 캜, the steam pressure of Te is 10 4 Pa at 769 캜, and the steam pressure of Se is 10 5 Pa at 685 캜. Therefore, the vapor pressure of Te and Se is high at a general melting temperature (600 to 800 ° C), and the volatility is high. Therefore, at the time of manufacturing the thermoelectric leg, weighing can be performed taking into account at least one of volatilization of Te and Se. That is, at least one of Te and Se may be added in an amount of 1 to 10 parts by weight. For example, when forming the P-type leg, 1 to 10 parts by weight of Te may be further added to 100 parts by weight of Bi 2 -xSb x Te 3 (1.2 <x <1.8). In addition, Te and Se may further be added in an amount of 1 to 10 parts by weight based on 100 parts by weight of Bi 2 Te 3 -y Se y (0.1 <y <0.4).
그리고, 입자 성장 억제제는 γ-Al2O3, γ-Y2O3, ZrO2, TiO2, SiO2, BaTiO3, PbTiO3 및 SrTiO3 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 입자 성장 억제제는 열전 소재 100중량부에 대하여 0.1 내지 1 중량부로 포함될 수 있다.Then, the particle growth inhibitor may contain at least one of γ-Al 2 O 3, γ -Y 2 O 3, ZrO 2, TiO 2, SiO 2, BaTiO 3, PbTiO 3 and SrTiO 3. The particle growth inhibitor may be included in an amount of 0.1 to 1 part by weight based on 100 parts by weight of the thermoelectric material.
다음으로, 열전 소재와 입자 성장 억제제의 혼합물을 아토마이징(Automizing)하여 열전 레그용 분말을 얻는다(S310). 여기서, 아토마이징은 진공, Ar, He, N2 등의 비활성 분위기에서 600 내지 800℃로 20분 내지 3시간 동안 열전 소재와 입자 성장 억제제의 혼합물을 녹인 후, 가스 분사 또는 물 분사 시킴으로써 수행될 수 있다. 아토마이징에 의하여 미세한, 예를 들면 마이크로미터 단위의 열전 레그용 분말을 얻을 수 있다.Next, a mixture of the thermoelectric material and the particle growth inhibitor is atomized (Automizing) to obtain a thermoelectric leg powder (S310). Atomization can be performed by dissolving a mixture of a thermoelectric material and a particle growth inhibitor in an inert atmosphere such as vacuum, Ar, He, or N 2 at 600 to 800 ° C for 20 minutes to 3 hours, followed by gas injection or water injection have. It is possible to obtain a fine thermoelectric powder for example in micrometers by atomization.
다음으로, 원하는 입도의 균일한 분말을 얻고자 하는 경우, 체거름을 공정을 더 수행할 수도 있다(S320). 체거름 공정은 필요에 따라 추가되는 것으로, 본 발명의 실시예에서 필수적인 공정이 아니다.Next, if it is desired to obtain a uniform powder having a desired particle size, the sieving process may be further performed (S320). The sieving process is added as needed and is not an essential process in the embodiment of the present invention.
다음으로, 열전 레그용 분말을 고온 고압 조건에서 소결하여 열전 레그용 소결체를 얻는다(S330). 소결은, 예를 들면 스파크 플라즈마 소결(SPS, Spark Plasma Sintering) 장비를 이용하여 400 내지 550℃, 35 내지 60MPa 조건에서 1 내지 30분간 진행되거나, 핫 프레스(Hot-press) 장비를 이용하여 400 내지 550℃, 180 내지 250MPa 조건에서 1 내지 60분간 진행될 수 있다.Next, the thermosetting powder is sintered under high temperature and high pressure to obtain a sintered body for thermoelectric legs (S330). The sintering may be carried out at 400 to 550 ° C under a condition of 35 to 60 MPa for 1 to 30 minutes using, for example, SPS (Spark Plasma Sintering) equipment, or by using a hot- 550 < 0 > C and 180 to 250 MPa for 1 to 60 minutes.
이와 같이, 본 발명의 한 실시예에 따르면, 잉곳 제조 및 분쇄 공정이 요구되지 않는다. 이에 따라, 제조 공정이 간단해지며, 불순물이 혼입될 확률이 줄어들게 된다.Thus, according to one embodiment of the present invention, ingot production and grinding processes are not required. As a result, the manufacturing process is simplified and the probability of incorporation of impurities is reduced.
또한, 본 발명의 한 실시예에 따르면, 열전 소재와 입자 성장 억제제를 혼합함으로써, 고온 고압의 소결 과정에서 입자가 과대 성장하는 것을 막을 수 있다. 이에 따라, 열전도도를 낮추어 제벡 지수를 높일 수 있다.In addition, according to one embodiment of the present invention, by mixing the thermoelectric material and the particle growth inhibitor, it is possible to prevent the particles from overgrowing in a sintering process at a high temperature and a high pressure. Accordingly, it is possible to increase the Xeck index by lowering the thermal conductivity.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 열전 레그용 소결체이다.4 is a sintered body for a thermoelectric leg according to an embodiment of the present invention.
도 4를 참조하면, 열전 레그용 소결체(400)는 열전 소재 및 입자 성장 억제제를 포함하며, 탄소가 0.006 중량부 이하, 산소가 0.05 중량부 이하, 질소가 0.01 중량부 이하로 함유되고, 제벡 지수(ZT)가 0.6 이상이다. 여기서, 열전 소재는 Bi, Sb, Te 및 Se 중 적어도 하나를 포함하며, 입자 성장 억제제는 γ-Al2O3, γ-Y2O3, ZrO2, TiO2, SiO2, BaTiO3, PbTiO3 및 SrTiO3 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.4, the
이하, 비교예 및 실시예를 이용하여 더욱 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Comparative Examples and Examples.
<비교예 1>≪ Comparative Example 1 &
비드(bead) 형태의 Bi, Te 및 Se를 Bi2Te3 -ySey(0.1<y<0.4)의 조성으로 칭량하였다. 그리고, 비활성 분위기에서 원재료를 녹인 후 냉각시켜 잉곳을 제조하였다. 잉곳을 분쇄하여 10μm 이하의 입자 크기의 분말을 얻은 후, 그라파이트 몰드(Graphite Mold)에 담아 SPS 장비로 소결하였다.Bi, Te and Se in the form of beads were weighed in a composition of Bi 2 Te 3 -y Se y (0.1 <y <0.4). Then, the ingot was prepared by dissolving the raw material in an inert atmosphere and cooling it. The ingot was pulverized to obtain a powder having a particle size of 10 μm or less, and the powder was placed in a graphite mold and sintered by SPS equipment.
<비교예 2>≪ Comparative Example 2 &
비드(bead) 형태의 Bi, Te 및 Se를 Bi2Te3 -ySey(0.1<y<0.4)의 조성으로 칭량하였으며, Bi2Te3 -ySey(0.1<y<0.4) 100 중량부에 대하여 10 중량부의 Te 및 Se를 추가하였다. 아토마이징 장비의 전기로에 열전 소재를 넣고 비활성 분위기에서 열전 소재를 녹인 후 분사하여 열전 레그용 분말을 얻었다. 체거름을 통하여 10㎛이하의 입자 크기를 가지는 분말을 분리한 후 몰드(Mold)에 담아 SPS 장비로 소결하였다.It was weighed out in the Bi, Te and Se bead (bead) form a composition of Bi 2 Te 3 -y Se y ( 0.1 <y <0.4), Bi 2 Te 3 -y Se y (0.1 <y <0.4) 100 wt. 10 parts by weight of Te and Se were added. The thermoelectric material was placed in the electric furnace of the atomizing device, and the thermoelectric material was melted in an inert atmosphere and then sprayed to obtain thermoelectric powder. Powder having a particle size of 10 μm or less was separated through sieving, and the powder was placed in a mold and sintered by SPS equipment.
<실시예 1>≪ Example 1 >
비드(bead) 형태의 Bi, Te 및 Se를 Bi2Te3 -ySey(0.1<y<0.4)의 조성으로 칭량하였으며, Bi2Te3 -ySey(0.1<y<0.4) 100 중량부에 대하여 10 중량부의 Te 및 Se를 추가하였다. 아토마이징 장비의 전기로에 열전 소재 및 입자 크기가 50nm인 γ-Y2O3(열전 소재 100중량부에 대하여 0.3 중량부)를 넣고 비활성 분위기에서 녹인 후 분사하여 열전 레그용 분말을 얻었다. 체거름을 통하여 10㎛이하의 입자 크기를 가지는 분말을 분리한 후 몰드(Mold)에 담아 SPS 장비로 소결하였다.It was weighed out in the Bi, Te and Se bead (bead) form a composition of Bi 2 Te 3 -y Se y ( 0.1 <y <0.4), Bi 2 Te 3 -y Se y (0.1 <y <0.4) 100 wt. 10 parts by weight of Te and Se were added. Γ-Y 2 O 3 (0.3 parts by weight based on 100 parts by weight of thermoelectric material) having a thermoelectric material and a particle size of 50 nm was placed in an electric furnace of an atomizing machine and dissolved in an inert atmosphere, followed by spraying to obtain thermoelectric powder. Powder having a particle size of 10 μm or less was separated through sieving, and the powder was placed in a mold and sintered by SPS equipment.
<실시예 2>≪ Example 2 >
비드(bead) 형태의 Bi, Sb 및 Te를 Bi2 -xSbxTe3(1.2<x<1.8)의 조성으로 칭량하였으며, Bi2 -xSbxTe3(1.2<x<1.8) 100 중량부에 대하여 10 중량부의 Te를 추가하였다. 아토마이징 장비의 전기로에 열전 소재 및 입자 크기가 50nm인 γ-Y2O3(열전 소재 100중량부에 대하여 0.3 중량부)를 넣고 비활성 분위기에서 녹인 후 분사하여 열전 레그용 분말을 얻었다. 체거름을 통하여 10㎛이하의 입자 크기를 가지는 분말을 분리한 후 몰드(Mold)에 담아 SPS 장비로 소결하였다.Were weighed out in the Bi, Sb and Te bead (bead) form a composition of Bi 2 -x Sb x Te 3 ( 1.2 <x <1.8), Bi 2 -x Sb x Te 3 (1.2 <x <1.8) 100 wt. 10 parts by weight of Te was added. Γ-Y 2 O 3 (0.3 parts by weight based on 100 parts by weight of thermoelectric material) having a thermoelectric material and a particle size of 50 nm was placed in an electric furnace of an atomizing machine and dissolved in an inert atmosphere, followed by spraying to obtain thermoelectric powder. Powder having a particle size of 10 μm or less was separated through sieving, and the powder was placed in a mold and sintered by SPS equipment.
표 1은 비교예 1과 실시예 1의 소결체에 포함된 불순물 농도를 분석한 결과이고, 표 2는 비교예 1과 실시예 1의 소결체에 포함된 분말의 입도를 분석한 결과이며, 도 5 및 6은 비교예 1과 실시예 1의 소결체에 포함된 분말의 형태를 각각 나타내는 SEM이고, 도 7 및 8은 비교예 2와 실시예 1의 소결체에 포함된 분말의 형태를 각각 나타내는 SEM이다.Table 1 shows the results of analysis of the impurity concentrations contained in the sintered bodies of Comparative Example 1 and Example 1. Table 2 shows the results of analyzing the particle sizes of the powders contained in the sintered bodies of Comparative Example 1 and Example 1, Figs. 7 and 8 are SEMs showing the shapes of the powders contained in the sintered bodies of Comparative Example 2 and Example 1, respectively. Fig. 6 is a SEM showing the shapes of powders contained in the sintered bodies of Comparative Example 1 and Example 1, respectively.
표 1과 같이, 본 발명의 실시예에 따라 잉곳 제조 및 분쇄 공정 없이 아토마이징으로 열전 레그용 분말을 직접 얻은 경우, 소결체에 포함된 탄소, 산소 및 질소 등의 불순물 농도가 현저하게 낮아짐을 알 수 있다.As shown in Table 1, according to the embodiment of the present invention, when the thermoelectric material powder is directly obtained by atomization without the ingot production and pulverization processes, it is found that the concentration of impurities such as carbon, oxygen and nitrogen contained in the sintered body is remarkably lowered have.
도 5 내지 8 및 표 2에 나타난 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따라 열전 소재에 입자 성장 억제제를 포함시키는 경우, 소결체에 포함된 분말의 입도를 크게 줄일 수 있음을 알 수 있다. 소결체에 포함된 분말의 입도는 열전 소자의 열전도도 및 제벡 지수에 영향을 미칠 수 있다.As shown in FIGS. 5 to 8 and Table 2, when the particle growth inhibitor is included in the thermoelectric material according to the embodiment of the present invention, the particle size of powder contained in the sintered body can be greatly reduced. The particle size of the powder contained in the sintered body may affect the thermal conductivity and the Xeck index of the thermoelectric element.
제벡 지수(ZT)는 수학식 1과 같이 나타낼 수 있으며, 표 3 및 도 9는 입자 성장 억제제의 함량에 따른 열전도도 및 제벡 지수(ZT)에 대한 실험 데이터이다. 이를 위하여, 입자 성장 억제제의 함량만 달리하고 다른 조건은 실시예 1과 동일하게 설정하여 실험하였다. 그리고, 상온에서 Z미터를 이용하여 Z 값(V/K)을 측정하였으며, 이를 이용하여 제벡 지수(ZT)를 계산하였다.The Zekub index (ZT) can be expressed as shown in Equation (1). Tables 3 and 9 are experimental data on the thermal conductivity and the Zebe index (ZT) according to the content of the particle growth inhibitor. For this purpose, the content of the particle growth inhibitor was varied and other conditions were set in the same manner as in Example 1. Then, the Z value (V / K) was measured at room temperature using a Z meter, and the Zebec index (ZT) was calculated using the Z value.
여기서, α는 제벡계수[V/K]이고, σ는 전기 전도도[S/m]이며, α2σ는 파워 인자(Power Factor, [W/mK2])이다. 그리고, T는 온도이고, k는 열전도도[W/mK]이다. k는 a·cp·ρ로 나타낼 수 있으며, a는 열확산도[cm2/S]이고, cp 는 비열[J/gK]이며, ρ는 밀도[g/cm3]이다.Here, α is the Seebeck coefficient [V / K], σ is the electric conductivity [S / m], and α 2 σ is the power factor (W / mK 2 ). T is the temperature, and k is the thermal conductivity [W / mK]. k is a · c p · ρ where a is the thermal diffusivity [cm 2 / S], c p is the specific heat [J / gK], and ρ is the density [g / cm 3 ].
표 3 및 도 9를 참조하면, 열전 소재에 입자 성장 억제제를 첨가하면, 소결 과정에서 입자의 과대 성장을 막아 열전도도를 낮출 수 있으며, 이에 따라 열전 소자의 성능을 나타내는 제백 지수를 높일 수 있다.Referring to Table 3 and FIG. 9, when the particle growth inhibitor is added to the thermoelectric material, the thermal conductivity can be lowered by preventing the excessive growth of particles in the sintering process, thereby increasing the whiteness index indicating the performance of the thermoelectric device.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the present invention as defined by the following claims It can be understood that
100: 열전소자
110, 180: 기판
120, 170: 전극
140, 150: 열전 레그
400: 열전 레그용 소결체100: thermoelectric element
110, 180: substrate
120, 170: electrode
140, 150: Thermoelectric leg
400: sintered body for thermoelectric leg
Claims (9)
탄소가 0.006 중량부 이하, 산소가 0.05 중량부 이하, 질소가 0.01 중량부 이하로 함유되고,
제벡 지수(ZT)가 0.6 이상인 열전 소자의 열전 레그용 소결체.Bi, Sb, Te, and Se, and a particle growth inhibitor,
0.006 parts by weight or less of carbon, 0.05 parts by weight or less of oxygen and 0.01 parts by weight or less of nitrogen,
A sintered body for a thermoelectric leg of a thermoelectric element having a Gebeck index (ZT) of 0.6 or more.
상기 입자 성장 억제제는 γ-Al2O3, γ-Y2O3, ZrO2, TiO2, SiO2, BaTiO3, PbTiO3 및 SrTiO3 중 적어도 하나를 포함하는 열전 레그용 소결체.The method according to claim 1,
The particle growth inhibitor is γ-Al 2 O 3, γ -Y 2 O 3, ZrO 2, TiO 2, SiO 2, BaTiO 3, PbTiO 3 and SrTiO 3, at least one sintered body for thermoelectric leg including at least one of.
상기 열전 소재는 Bi2 -xSbxTe3(1.2<x<1.8)를 포함하는 열전 레그용 소결체.The method according to claim 1,
The thermoelectric material is a sintered body for thermoelectric leg including a Bi 2 -x Sb x Te 3 ( 1.2 <x <1.8).
상기 열전 소재는 Bi2Te3 -ySey(0.1<y<0.4)를 포함하는 열전 레그용 소결체.The method according to claim 1,
Wherein the thermoelectric material includes Bi 2 Te 3 -y Se y (0.1 <y <0.4).
열전 소재와 입자 성장 억제제를 혼합하는 단계,
상기 열전 소재와 상기 입자 성장 억제제의 혼합물을 아토마이징(Automizing)하여 열전 레그용 분말을 얻는 단계, 그리고
상기 열전 레그용 분말을 소결하는 단계
를 포함하는 제조 방법.A method of manufacturing a sintered body for a thermoelectric leg,
Mixing the thermoelectric material with a particle growth inhibitor,
A step of atomizing a mixture of the thermoelectric material and the particle growth inhibitor to obtain a thermoelectric leg powder, and
A step of sintering the thermoelectric leg powder
≪ / RTI >
상기 열전 소재는 Bi, Sb, Te 및 Se 중 적어도 하나를 포함하며, 상기 입자 성장 억제제는 γ-Al2O3, γ-Y2O3, ZrO2, TiO2, SiO2, BaTiO3, PbTiO3 및 SrTiO3 중 적어도 하나를 포함하는 제조 방법.6. The method of claim 5,
The thermoelectric material includes at least one of Bi, Sb, Te, and Se, and the particle growth inhibitor includes at least one of γ-Al 2 O 3 , γ-Y 2 O 3 , ZrO 2 , TiO 2 , SiO 2 , BaTiO 3 , PbTiO 3 and SrTiO 3 of the production method including at least one.
상기 Bi, Sb, Te 및 Se 중 적어도 하나는 비드 형태인 제조 방법.The method according to claim 6,
Wherein at least one of Bi, Sb, Te and Se is in a bead form.
상기 열전 소재는 1 내지 10 중량부의 Te를 더 포함하는 제조 방법.The method according to claim 6,
Wherein the thermoelectric material further comprises 1 to 10 parts by weight of Te.
상기 열전 소재는 1 내지 10 중량부의 Se를 더 포함하는 제조 방법.The method according to claim 6,
Wherein the thermoelectric material further comprises 1 to 10 parts by weight of Se.
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20180023765A (en) * | 2016-08-24 | 2018-03-07 | 공주대학교 산학협력단 | Method for fabricating thermoelectric materials by using water atomizing process |
| KR20180082044A (en) * | 2017-01-09 | 2018-07-18 | 엘지이노텍 주식회사 | Thermoelectric materials, and thermoelectric element and thermoelectric module comprising the same |
| CN108431973A (en) * | 2015-11-12 | 2018-08-21 | 株式会社村田制作所 | Thermoelectric conversion element |
| KR102234203B1 (en) * | 2019-11-07 | 2021-03-31 | 공주대학교 산학협력단 | Alloy for thermoelectric device and fabrication method thereof |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013118355A (en) * | 2011-12-01 | 2013-06-13 | Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America Inc | Ternary thermoelectric material containing nanoparticles and process for manufacturing the same |
-
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Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013118355A (en) * | 2011-12-01 | 2013-06-13 | Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America Inc | Ternary thermoelectric material containing nanoparticles and process for manufacturing the same |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108431973A (en) * | 2015-11-12 | 2018-08-21 | 株式会社村田制作所 | Thermoelectric conversion element |
| KR20180023765A (en) * | 2016-08-24 | 2018-03-07 | 공주대학교 산학협력단 | Method for fabricating thermoelectric materials by using water atomizing process |
| KR20180082044A (en) * | 2017-01-09 | 2018-07-18 | 엘지이노텍 주식회사 | Thermoelectric materials, and thermoelectric element and thermoelectric module comprising the same |
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