KR20160077628A

KR20160077628A - 균일한 열전특성을 갖는 열전소재 제조방법

Info

Publication number: KR20160077628A
Application number: KR1020140187764A
Authority: KR
Inventors: 박수동; 민복기; 오민욱; 김봉서; 류병기; 손지희; 이지은; 이희웅; 주성재
Original assignee: 한국전기연구원
Priority date: 2014-12-24
Filing date: 2014-12-24
Publication date: 2016-07-04
Also published as: KR102242915B1

Abstract

본 발명은, 균일한 열전특성을 갖는 열전소재 제조방법에 있어서, 열전소재 분말을 준비하는 단계와; 상기 열전소재 분말을 몰드에 충진하는 단계와; 몰드에 충진된 상기 열전소재 분말을 1차 가압 소결(Press sintering)하여 1차 소재를 형성하는 단계와; 1차 가압 소결된 상기 1차 소재를 높이 1에 대해 직경이 5 내지 10의 비율의 열전소재를 형성하도록 2차 가압소결하여 2차 소재를 형성하는 단계를 포함하는 것을 기술적 요지로 한다. 이에 의해 복수의 소결공정을 통해 얻을 수 있는 열전소재가 특정 직경 및 높이 비율에서 열전소재의 부위에 따라 균일한 열전특성을 가져 이를 통해 열전소재의 제조에 따른 시간 및 비용을 감소시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

Description

균일한 열전특성을 갖는 열전소재 제조방법 {Method for manufacturing a thermoelectric material having a uniform thermal conductive properties}

본 발명은 균일한 열전특성을 갖는 열전소재 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 복수의 가압 소결 공정을 통해 특정 직경 및 높이 비율의 열전소재가 부위와 관계없이 균일한 열전특성을 갖는 열전소재 제조방법에 관한 것이다.

열전발전기술은 제벡효과(Seebeck effect)를 바탕으로 온도차에 의해 유기된 전하농도 차이를 이용해 전류의 흐름을 생성함으로써 전기를 생산하는 일련의 기술이다. 이러한 열전발전기술에 사용되는 열전소재 중 대표적인 것으로 비스무트-테루룸(Bi-Te)계 결정을 사용한다.

Bi-Te계 결정구조는 공간군 R3m에 속하는 구조로 -Te(1)-Bi-Te(2)-Bi-Te(1)-의 5층으로 적층을 이룬다. 여기서 -Te(1)-Bi- 결합면은 공유결합(Covalent bond)을 이루고, -Bi-Te(2)- 결합면은 이온-공유결합(Ion-covalent bond)을 이루고 있다. 하지만, -Te(1)-Te(1)-은 공유결합 또는 이온-공유결합에 비해 비교적 약한 반데르발스(Van der Waals) 결합을 이루고 있다. 이로 인하여 Bi₂Te₃계 단결정은 소결방향의 수평방향인 c축에 수직한 면이 벽개면을 이루고 있는데, 재료가 벽개면을 중심으로 쉽게 쪼개지는 취성 및 취성에 따른 제조공정의 어려움이 있다. 때문에 경제성을 확보하기 위해 가압소결법(Hot press sintering)에 의한 다결정 제조연구가 활발히 진행되고 있다.

또한, Bi₂Te₃계 단결정은 c축이 소결방향의 수직방향인 a축에 비하여 7배가 더 길다. 이러한 결정구조는 Bi₂Te₃계 열전재료에 있어서 전기적, 열적 특성에 강한 이방성(Anisotropy)을 부여한다. 따라서, 단결정의 Bi₂Te₃합금에서는 c축에 수직하는 방향이 평행하는 방향과 비교하면 전기전도도는 3 내지 4배, 열전도도는 2배가 더 크다고 보고되고 있다.

열전소재의 성능을 나타내는 지표로 무차원 성능지수(Dimensionless figure of merit, ZT) 값이 사용되는데, 이러한 무차원 성능지수 값은 다음과 같은 식을 통해 나타낼 수 있다.

ZT=S²σT/κ

여기서 S는 제벡계수[μV/K], σ는 전기전도도[1/(ohm×cm)], T는 온도[K], κ는 열전도도[W/mK²] 값을 나타낸다. 따라서 열전효율을 높이기 위해서는 열전소재의 ZT 값이 클수록 좋다. 이와 같은 식에서 T를 제외한 부분은 출력인자(Power factor)로서 열전변환특성을 평가할 수 있는 척도이다. 출력인자는 소재의 단위면적당 단위길이의 출력을 나타내는 값이며 이 출력인자가 우수해야 높은 ZT 값을 얻을 수 있다. 다시 말해, 제벡계수와 전기전도도가 동시에 우수하며, 열전도도가 낮은 물질이 열전특성이 우수하다.

열전소재의 열전특성을 높이기 위해 종래기술 '대한민국특허청 등록특허 제10-0663975호 Fe가 도핑된 스커테루타이트계 고효율 열전소재 및 그 제조방법'에서는 열전소재를 분말로 준비하는 단계와; 상기 분말을 혼합하는 단계와; 혼합된 분말을 합금화 처리하는 단계 및 합금화 처리된 분말을 열간 압축 성형하는 단계를 통해 열전소재의 열전특성을 증가시킬 수 있다고 기재하고 있다. 하지만 이와 같이 열전소재를 열간 압축 성형하더라도 성형된 열전소재의 부위에 따라서 물성이 상이하여, 사용하는 부위에 따라서 열전특성을 확인해야 할 뿐만 아니라 원하는 정도의 열전특성이 나오지 않는 부위는 사용할 수 없어 비용 대비 효율이 좋지 못한 문제점이 있었다.

대한민국특허청 등록특허 제10-0663975호

따라서 본 발명의 목적은, 복수의 가압 소결공정을 통해 얻을 수 있는 열전소재가 특정 직경 및 높이 비율에서 열전소재의 부위에 따라 균일한 열전특성을 갖는 열전소재 제조방법을 제공하는 것이다.

상기한 목적은, 열전소재 분말을 준비하는 단계와; 상기 열전소재 분말을 몰드에 충진하는 단계와; 몰드에 충진된 상기 열전소재 분말을 1차 가압 소결(Press sintering)하여 1차 소재를 형성하는 단계와; 1차 가압 소결된 상기 1차 소재를 높이 1에 대해 직경이 5 내지 10의 비율의 열전소재를 형성하도록 2차 가압소결하여 2차 소재를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 균일한 열전특성을 갖는 열전소재 제조방법에 의해 달성된다.

상기 2차 소재를 형성하는 단계는, 상기 1차 소재의 직경보다 40 내지 60% 직경이 증가되거나, 상기 1차 소재의 높이보다 40 내지 60% 높이가 감소되는 것이 바람직하다.

상기 열전소재 분말을 준비하는 단계는, 열전소재 원료를 조성비에 맞게 칭량하여 로(Furnace)에 넣고 용융시키는 단계와; 용융된 상기 열전소재 원료를 급냉시켜 잉곳(Ingot)을 제조하는 단계와; 상기 잉곳을 파쇄하여 상기 열전소재 분말을 형성하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.

상술한 본 발명의 구성에 따르면 복수의 소결공정을 통해 얻을 수 있는 열전소재가 특정 직경 및 높이 비율에서 열전소재의 부위에 따라 균일한 열전특성을 가져 이를 통해 열전소재의 제조에 따른 시간 및 비용을 감소시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 열전소재 제조방법의 순서도이고,
도 2 및 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 열전소재의 사진이고,
도 4는 볼 밀링을 통한 열전소재 분말의 전자현미경(SEM) 사진이고,
도 5는 입자크기에 따른 무차원 성능지수 값을 나타낸 그래프이고,
도 6은 샘플 직경에 따른 비저항 값을 나타낸 그래프이고,
도 7은 샘플 직경에 따른 제벡계수 값을 나타낸 그래프이고,
도 8은 샘플 직경에 따른 출력인자 값을 나타낸 그래프이고,
도 9는 샘플 직경에 따른 열전도도 값을 나타낸 그래프이고,
도 10은 샘플의 각 부위에 따른 비저항, 제벡계수 및 출력인자 값을 나타낸 그래프이고,
도 11은 샘플의 각 부위에 따른 열전도도 값을 나타낸 그래프이고,
도 12는 샘플의 각 부위에 따른 비저항, 제벡계수 및 출력인자 값을 나타낸 그래프이고,
도 13은 샘플의 각 부위에 따른 열전도도 값을 나타낸 그래프이고,
도 14 내지 도 16은 샘플의 높이에 따른 비저항, 제벡계수 및 출력인자 값을 나타낸 그래프이고,
도 17은 직경 및 높이의 비율에 따른 열적특성을 측정한 사진이다.

이하 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 균일한 열전특성을 갖는 열전소재 제조방법을 상세히 설명한다.

열전소재 입자를 이용하여 제조하는 샘플의 열전특성을 샘플의 부위에 관계없이 균일하게 얻기 위하여 다양한 실험들을 통해 얻은 샘플의 최적 조건을 확인하였다. 여기서 열전소재는 테루라이드(Te)를 포함하며, 비스무스-테루라이드(Bi-Te)계 또는 납-테루라이드(Pb-Te)계 인 것이 바람직하다. 본 발명의 실시예에서는 Bi₂Te₃계인 열전소재를 이용하여 설명한다.

먼저, 도 1에 도시된 바와 같이 비스무스(Bi) 및 테루라이드(Te)로 이루어진 열전소재 원료를 세척하고, 각 원료들을 조성비에 따라 정밀저울을 이용하여 칭량한다. 칭량된 원료들을 석영관 앰플에 장입하고, 앰플 내부 압력을 일정 압력 이하의 진공상태로 만든 후, 아르곤(Ar) 가스를 채워 밀봉시키고, 앰플을 전기로에 넣어 900 내지 1000℃에서 5 내지 12시간 동안 용융시킨다.

용융된 열전소재 원료를 급냉시켜 잉곳(Ingot)을 제조한다. 여기서, 급냉과정은 냉각속도 0.1 내지 1000℃/초 이하의 속도로 이루어지게 된다. 급냉과정은 가열된 샘플을 물에 담가 급속하게 냉각시키는 수냉법이나 오일, 액체금속 또는 가스 등을 이용하여 냉각시킨다.

급냉된 잉곳을 이용하여 Bi₂Te₃계 샘플을 제조하기 위해 볼 밀링(Ball milling)을 통해 원하는 입자크기를 얻은 다음, 이를 몰드(Mold)에 넣어 방전 플라스마 소결(Spark plasma sintering, SPS) 또는 핫프레스(Hot press)를 통해 소결한다. Bi₂Te₃계 입자크기는 70 내지 150㎛인 것이 바람직하다. 입자크기가 70㎛ 미만일 경우 입자의 이방성을 기대하기 어려우며, 150㎛를 초과할 경우 입자의 이방성은 크지만 전기적 성질과 열적 성질이 서로 상쇄되어 무차원 성능지수 값을 증가시킬 수 없다.

한 번 소결한 Bi₂Te₃계 1차 소재를 한 번 더 소결하는 리프레스(Repress) 공정을 거쳐 2차 소재를 얻는다. 도 2의 12.7Φ는 1차 소재이며, 20Φ, 25Φ 및 28Φ는 각각 압축률을 다르게 한 2차 소재이다. 1차 소재를 리프레스 하게 되면 한 번 소결할 때보다 압축률이 커져 샘플의 부위마다 균일한 열전특성을 가질 수 있게 된다. 이때 리프레스를 하게 되면 2차 소재는 1차 소재의 직경보다 40 내지 60% 직경이 증가되며, 1차 소재의 높이보다 40 내지 60% 높이가 감소되는 것이 바람직하다. 2차 소재의 직경 증가가 40% 미만일 경우 압축이 충분히 이루어지지 않아 부위마다 열전특성이 상이할 수 있으며, 직경이 60%를 초과하여 증가될 경우 도 3과 같이 2차 소재에 크랙이 발생하게 된다.

1차 소재를 위한 가압 소결 및 2차 소재를 위한 가압 소결은 30 내지 300MPa로 이루어지는 것이 바람직한데, 압력이 30MPa 미만일 경우 원하는 압축률을 기대하기 어려우며, 300MPa를 초과할 경우 소재에 가해지는 힘이 커 크랙이 발생할 수 있다.

또한 2차 소재의 높이가 60%를 초과하여 감소될 경우 압축 정도가 커 일정한 크랙이 발생하게 되며, 40% 미만으로 높이가 감소할 때는 압축 정도가 작아 이 또한 일정한 열전특성을 가진 샘플을 얻을 수 없다. 즉 열전소재 샘플은 직경에 대한 높이 비율이 직경:높이=5 내지 10:1인 것이 바람직하다.

이와 같은 샘플의 기준은 다음과 같은 실시예를 통해 확인할 수 있다.

<실시예 1> : 잉곳 제조

99.999% 이상의 고순도 Te, Bi 열전소재 원료를 염산, 질산, 아세톤, 에탄올 등을 이용하여 세척한 후, 조성에 맞게 정밀 저울을 이용하여 각 원료들을 칭량하여 준비한다. 칭량된 원료들을 석영관 앰플에 장입하고, 앰플 내부 압력이 10^-5Torr 수준이 되도록 한다. 원하는 진공상태가 되면 아르곤(Ar) 가스를 채워 밀봉한다. 밀봉된 앰플을 로(Furnace)에 넣고 960℃ 정도에서 10시간 동안 용융시킨 후 급냉한다. 그 후 급속냉각을 통해 열전소재 잉곳을 형성한다.

<실시예 2> : 볼 밀링

샘플을 제조하기 위해 필요한 분말을 열전소재 잉곳을 아르곤(Ar) 분위기에서 1시간 동안 볼 밀링(Ball milling)하여 분쇄하였으며, 이를 입자크기의 차이에 따른 열전특성 값을 확인하였다.

밀링 시간을 각각 0.5시간, 1시간 및 2시간 수행한 후 도 4와 같이 전자현미경(SEM) 사진을 찍은 결과 입자크기가 작아진 것을 확인할 수 있으며, 전자현미경으로 확인할 때에는 입자크기가 클수록 이방성(Anisotropy)이 큰 것을 알 수 있다. 여기서 (a) 및 (b)는 한번 프레스를 했을 때이고, (c) 및 (d)는 리프레스 했을 때의 샘플을 각 시간별로 나타낸 것이다. 입자의 크기는 밀링이 0.5시간인 경우 150 내지 300㎛이며, 1시간인 경우 70 내지 150㎛이며, 2시간인 경우 50 내지 60㎛였다.

<실시예 3> : 열전소재 샘플 제조

열전소재 분말은 SPS 또는 핫프레스(Hot press) 법을 이용하여 직경 20mm의 카본몰드(Carbon mold)에 넣고 693K 온도에서 SPS는 50MPa로 5분, 핫프레스는 200MPa로 30분 동안 가압 소결하였다. 가압 소결하여 얻어진 실린더 형태의 샘플을 직경 28mm의 카본몰드에 넣고 793K 온도에서 SPS는 50MPa로 5분, 핫프레스는 200MPa로 30분 동안 한 번 더 가압 소결을 하였다.

도 5는 각 샘플의 무차원 성능지수 값을 나타낸 그래프로, 밀링 시간이 1시간일 때 무차원 성능지수 값이 423K에서 약 ZT=1로 가장 높은 값을 보여준다. 0.5시간일 때의 값은 열전특성의 큰 이방성을 보여주었지만, 전기적 성질과 열적 성질이 서로 상쇄가 되어 리프레스 하기 전 후의 무차원 성능지수 값이 변화가 없음을 보여준다. 따라서 1시간일 때의 샘플이 가장 좋은 열전특성을 보여주며, 오히려 입자사이즈가 아주 작은 경우 리프레스 후 무차원 성능지수 값이 떨어지는 것을 확인할 수 있다.

구조적 특성을 관찰하기 위해 X-선 회절(Philips, x'pert)을 λ=1.1542Å인 구리 Kα radiation으로 10 내지 80°사이의 2θ 영역에서 조사하였다. 제조된 소결체의 파면과 표면에 대해 전계방사 주사현미경(Hitachi, S-4800), 300eV 전계방사 투과전자현미경(FEI, Tecnai F30 S-TWIN)을 이용하여 미세구조를 분석하였다.

제벡(Seebeck) 계수와 전기 비저항의 측정은 사단자법(ULVAC, ZEM-3)으로 헬륨(He) 분위기의 상온에서 573K까지의 온도영역에서 측정하였다.

열확산도는 laser flash method(NETZSCH, LFA447)에 의해 상온에서 573K까지의 온도영역에서 측정하였다. 밀도는 Archimedes 법에 의해 측정되었다. Differential scanning calorimeter(NETZSCH, DSC 404C)를 이용하여 비열을 측정하였다. 열전도도는 다음과 같은 식을 통해 계산하였다.

κ=dC_pλ

여기서, λ는 열확산도, d는 밀도, C_p는 비열을 나타낸 것이다.

<실시예 3> : 샘플 직경에 따른 열전특성 확인

소결은 SPS 공법을 이용하였다. 한 번 소결한 직경 12.7mm 샘플을 이용하여, 두 번째 소결시 몰드(Mold) 직경을 변수로 두어 각각 20mm, 25mm, 28mm로 리프레스(Repress)하였다. 샘플의 직경이 커질수록 많은 크랙(Crack)이 생기는 것을 도 2를 통해 확인할 수 있다.

도 6은 직경 12.7mm(12.7Φ), 20mm(20Φ), 25mm(25Φ), 28mm(28Φ) 샘플의 소결방향의 수직한 방향(a축)으로의 전기적 특성을 나타낸 그래프이다. 대체적으로 온도가 증가할수록 비저항 값이 커지는 것을 확인할 수 있으나, 직경 25mm의 샘플은 다른 샘플들에 비해 비저항 값이 낮은 것을 확인할 수 있다. 25mm를 제외한 샘플은 전기비저항 값이 몰드 사이즈 변화비가 클수록 저항 값도 커지는 것을 확인할 수 있다. 도 7은 샘플의 제벡계수 값을 측정한 그래프로, 여기서는 12.7mm에서 20mm로 리프레스 한 샘플의 제벡계수 값이 가장 큰 값을 보이는 것을 확인할 수 있다.

도 8은 샘플에 따른 출력인자 값을 나타낸 그래프로, 샘플을 직경 12.7mm가 되도록 프레스 한 후 직경 25mm의 몰드에서 리프레스 한 샘플이 상온에서 3W/mK의 가장 높은 출력인자 값을 보였다. 이는 한 번 소결했을 때 2W/mK 값에서 3W/mK 값으로 50% 향상된 출력인자 값을 보이며, 이러한 결과는 한 번 프레스 할 때보다, 리프레스 하는 것이 출력인가 값을 높일 수 있다는 것을 보여준다.

도 9는 소결한 방향의 수평한 방향(c축)으로 찍은 열전도도 값을 나타낸 그래프이다. 리프레스 후 c축 방향으로 낮은 열전도도 값을 보였으며, 이 중 가장 높은 출력인자 값을 보였던 25mm 직경의 샘플이 가장 낮은 열전도도 값을 보였다.

SPS 공법을 이용하여 리프레스한 샘플의 열전특성이 샘플의 부위에 따라 어떠한 영향을 주는지 확인하였다. 두께 위치에 따른 샘플에서 다양한 값을 측정하였으며 샘플의 위치는 도 10에 도시되어 있다. 도 10에 도시된 그래프와 같이, a축에 대한 이들의 비저항(Resistivity) 값, 제벡계수(Seebeck coefficient) 값 및 출력인자(Power factor) 값은 부위에 따라서 15% 정도 차이가 나는 것을 확인할 수 있다.

도 11의 샘플 위치에 따른 a축 방향의 열전도도는 최대 15%의 차이를 보이는 것을 확인할 수 있다.

도 12는 위치에 따라 샘플을 획득하고, 이의 c축에 대한 전기적 성질인 비저항 값, 제벡계수 값 및 열전도도 값을 측정한 그래프이다. 3번 샘플의 경우 다른 샘플과 비교하여 전혀 다른 성질의 열전특성을 보여주며, 높은 비저항 값과 이로 인한 낮은 출력인자 값을 보여준다.

대체적으로 샘플 안쪽으로 들어갈수록 비저항 값이 커지는데, 이는 리프레스를 했을 때 가운데 쪽으로 받는 힘이 커짐에 의해 나타나는 현상이다. 이로 인한 전하 이동이 변화되며 전하의 농도 값이 변한다.

도 13은 샘플을 이용하여 c축 방향의 열전도도 값을 나타낸 그래프로, 샘플위치마다 조금씩 상이한 열전도도 값을 보여준다.

<실시예 4> : 샘플 높이에 따른 열전특성 확인

좀 더 안정적인 리프레스 샘플을 얻기 위하여 SPS 공정법에서 핫프레스(Hot press)법으로 바꿔서 실험하였다. 핫프레스 공법을 통해 높이에 따른 샘플의 특성을 확인해 보았다. 여기서 샘플은 25mm의 직경을 갖는 샘플을 사용하였다.

도 14는 높이가 10mm인 샘플과 3mm인 샘플의 a축 및 c축에서의 비저항 값을 나타낸 그래프이고, 도 15는 각 샘플의 제벡계수 값을 나타낸 그래프이고, 도 16은 각 샘플의 열전도도 값을 나타낸 그래프이다. 이때 높이가 왼쪽에 도시된 10mm인 샘플은 직경 대 높이의 비율이 2.8:1이었으며, 오른쪽에 도시된 높이가 3mm인 샘플은 직경 대 높이의 비율이 9.3:1이었다.

비저항의 경우 10mm의 샘플은 위치에 따라 a축은 최대 8%, c축은 최대 17%의 다양한 값을 보여준다. 이에 반해 제벡계수 값은 a축 및 c축의 방향에 따라 큰 차이를 보이지 않으며, 위치에 따라서는 4%의 차이를 보였다. 열 전도도 값은 a축이 6%, c축이 5%의 차이를 보였다.

리프레스를 이용하여 샘플의 높이를 3mm로 했을 때의 열전특성은 비저항의 경우 a축은 최대 4% 차이를 보였으며, 제벡계수 값은 a축 방향으로 위치에 따라 4%의 차이를 보였다. 열전도도 값은 a축 및 c축 모두 4%의 차이를 보였다.

전체적으로 핫프레스를 통한 리프레스를 하였을 경우, 안정적인 리프레스 샘플을 얻을 수 있었고, 샘플 높이를 작게 하였더니 샘플의 위치에 따른 열전특성 값들이 더 균일하게 나오는 것을 확인할 수 있었다.

도 17a는 직경 20mm, 높이 20mm인 샘플을 직경 28mm 및 높이 10mm 즉, 직경 대 높이 비율이 2.8인 샘플을 나타낸 것으로 압축된 샘플이 균일한 열전특성을 가지지 않는 것을 확인할 수 있다. 이에 비해 도 17b는 직경 20mm, 높이 6mm인 샘플을 직경 28mm 및 높이 3mm 즉, 직경 대 높이 비율이 9.3인 샘플을 나타낸 것으로 압축된 샘플이 비교적 균일한 열적특성을 가지는 것을 확인할 수 있다.

따라서, 열전소재를 부위에 관계없이 균일한 열전특성을 갖도록 열전소재를 제조하는 Bi₂Te₃계 분말은 리프레스 공정을 통해 소결하는 것이 바람직하다. 또한, Bi₂Te₃계 분말은 70 내지 150㎛의 사이즈를 이용하여 샘플을 제조하며, 샘플의 직경 및 높이 간의 비율은 직경:높이=5 내지 10:1인 것이 바람직하다. 이를 통해 제조된 열전소재는 부위별로 동일한 열전특성을 가지기 때문에 모든 부위를 별도의 열전특성 측정 없이 사용할 수 있으며, 종래에는 열전특성이 좋지 못한 부위는 사용하지 못하였으나 본 발명은 샘플의 모든 부위를 사용할 수 있어 샘플 제조에 따른 시간 및 비용을 감소시킬 수 있다.

Claims

균일한 열전특성을 갖는 열전소재 제조방법에 있어서,
열전소재 분말을 준비하는 단계와;
상기 열전소재 분말을 몰드에 충진하는 단계와;
몰드에 충진된 상기 열전소재 분말을 1차 가압 소결(Press sintering)하여 1차 소재를 형성하는 단계와;
1차 가압 소결된 상기 1차 소재를 높이 1에 대해 직경이 5 내지 10의 비율의 열전소재를 형성하도록 2차 가압소결하여 2차 소재를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 균일한 열전특성을 갖는 열전소재 제조방법.
제 1항에 있어서,
상기 2차 소재를 형성하는 단계는,
상기 1차 소재의 직경보다 40 내지 60% 직경이 증가되는 것을 특징으로 하는 열전특성을 갖는 열전소재 제조방법.
제 1항에 있어서,
상기 2차 소재를 형성하는 단계는,
상기 1차 소재의 높이보다 40 내지 60% 높이가 감소되는 것을 특징으로 하는 열전특성을 갖는 열전소재 제조방법.
제 1항에 있어서,
상기 열전소재 분말은 테루라이드(Te)를 포함하며,
비스무스-테루라이드(Bi-Te)계 또는 납-테루라이드(Pb-Te)계 인 것을 특징으로 하는 균일한 열전특성을 갖는 열전소재 제조방법.
제 1항에 있어서,
상기 1차 가압 소결 및 상기 2차 가압 소결은,
30 내지 300MPa로 이루어지는 것을 특징으로 하는 균일한 열전특성을 갖는 열전소재 제조방법.
제 1항에 있어서,
상기 2차 소재를 형성하는 단계 이후에,
상기 2차 소재의 직경 및 높이를 조절하기 위한 추가 가압 소결하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 균일한 열전특성을 갖는 열전소재 제조방법.
제 1항에 있어서,
상기 열전소재 분말을 준비하는 단계는,
열전소재 원료를 조성비에 맞게 칭량하여 로(Furnace)에 넣고 용융시키는 단계와;
용융된 상기 열전소재 원료를 급냉시켜 잉곳(Ingot)을 제조하는 단계와;
상기 잉곳을 파쇄하여 상기 열전소재 분말을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 균일한 열전특성을 갖는 열전소재 제조방법.
제 7항에 있어서,
상기 용융시키는 단계는,
900 내지 1000℃에서 5 내지 12시간 동안 이루어지는 것을 특징으로 하는 균일한 열전특성을 갖는 열전소재 제조방법.
제 7항에 있어서,
상기 잉곳을 제조하는 단계는,
0.1 내지 1000℃/초의 냉각속도로 급냉되는 것을 특징으로 하는 균일한 열전특성을 갖는 열전소재 제조방법.
제 7항에 있어서,
상기 열전소재 분말을 형성하는 단계는,
상기 잉곳의 파쇄는 볼 밀링(Ball milling)을 통해 이루어지는 것을 특징으로 하는 균일한 열전특성을 갖는 열전소재 제조방법.
제 7항에 있어서,
상기 분말은 70 내지 150㎛의 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 균일한 열전특성을 갖는 열전소재 제조방법.