CN105081508A

CN105081508A - 应用于热电模组制备过程的定位夹紧装置

Info

Publication number: CN105081508A
Application number: CN201510452836.XA
Authority: CN
Inventors: 梅德庆; 谌礼群; 王辉; 李佳碧
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 2015-07-29
Filing date: 2015-07-29
Publication date: 2015-11-25

Abstract

本发明公开了一种应用于热电模组制备过程的定位夹紧装置。前、后、左、右定位块分别通过自身凹槽和凸台围成矩形空间，在矩形空间内安装下夹紧板，下陶瓷片定位在下夹紧板中；顺着前、后、左、右定位块方向等距布置有多条导向槽，槽内分别装有前后定位条和左右定位条，前后定位条与左右定位条交叉形成矩形定位槽；下陶瓷片位于前后定位条下面；上陶瓷片定位在上夹紧板下端面中，在矩形定位槽内依次交叉放置P型、N型热电臂，P型、N型热电臂的两端分别与下、上陶瓷片的导电电极相接触，上、下夹紧板通过夹紧装置，实现对上陶瓷片的导电电极，P型、N型热电臂和下陶瓷片的导电电极的夹紧。本发明结构简单，操作方便，具有很强的适应性和实用性。

Description

应用于热电模组制备过程的定位夹紧装置

技术领域

本发明涉及定位夹紧装置，尤其是涉及一种应用于热电模组制备过程的定位夹紧装置。

背景技术

温差发电器是能将热能直接转化成电能的固态装置，具有结构简单、稳定可靠、无运动部件、绿色环保等优点，在废热回收利用方面有着良好的应用前景。热电模组是温差发电器的核心部件，由陶瓷片、导电电极和P、N型热电臂组成。工作时，热电模组两端具有一定的温度差，热激发作用引起P、N型热电臂内部载流子移动，形成电动势，目前应用得较多的热电材料有Bi₂Te₃、PbTe、SiGe等；导电电极将多对P、N型热电臂串联或并联起来，具有良好的导热性和导电性，如Cu、Ag、Ni、Fe等；陶瓷片将热电臂和导电电极与热源和冷却装置隔离开来，具有良好的导热性和绝缘性，如Al₂O₃、AIN等。

热电模组制备过程主要分为两个步骤：1、陶瓷片和导电电极之间的连接；2、P、N型热电臂和导电电极之间的连接。陶瓷片和导电电极之间的连接工艺日趋成熟，目前采用较多的方法是陶瓷表面金属化法，具体过程为先对陶瓷表面进行金属化处理，然后采用烧结或其他方法在陶瓷表面涂镀一层金属作为中间层，最后用一般钎料将金属镀层和导电电极连接在一起。

P、N型热电臂和导电电极之间的连接，目前采用较多的方法是钎焊法。加热前，将钎料置于P、N型热电臂和导电电极之间，并施加适当的压力；加热后，钎料熔化，由于毛细血管作用钎料填满P、N型热电臂和导电电极之间的缝隙，并与P、N型热电臂和导电电极发生相互溶解和原子扩散，形成固溶体组织；加热完成后保温一段时间，然后随炉冷却，形成具有良好强度和塑性的钎焊接头，完成P、N型热电臂和导电电极之间的连接。

由于单对P、N型热电臂发电量很小，可以将多对P、N型热电臂串联或并联，增大热电模组的输出电压或输出电流。当P、N型热电臂串联或并联方式改变时，对应更改导电电极在上下陶瓷片的布置位置；当P、N型热电臂数量和排布方式改变时，对应更改前后、左右定位块的长度和及其导向槽的数量。这种应用于热电模组制备过程的定位夹紧装置结构简单，操作方便，具有很强的适应性和实用性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种应用于热电模组制备过程的定位夹紧装置，采用先定位、后夹紧、再撤除定位装置的方式，可快速实现多对P、N型热电臂和导电电极之间的定位和夹紧，然后通过钎焊方法实现多对P、N型热电臂和导电电极之间的连接，完成热电模组的制备。

本发明采用的技术方案是：

本发明包括夹紧装置、上夹紧板，一面己钎焊有位置已确定导电电极的上陶瓷片，P型热电臂，N型热电臂，一面己钎焊有位置已确定导电电极的下陶瓷片，下夹紧板，前、后定位块，左、右定位块，前后定位条和左右定位条。

前、后定位块，左、右定位块分别通过自身凹槽和凸台相互定位围成矩形空间，在矩形空间内安装下夹紧板，下陶瓷片定位在下夹紧板凹槽中；顺着前、后定位块方向等距布置有多条导向槽，多条导向槽内分别装有前后定位条，顺着左、右定位块方向等距布置有多条导向槽，多条导向槽内分别装有左右定位条，前后定位条位于左右定位条之下，两者交叉形成矩形定位槽；下陶瓷片位于前后定位条下面；上陶瓷片定位在上夹紧板下端面凹槽中，在矩形定位槽内依次交叉放置P型热电臂和N型热电臂，P型热电臂和N型热电臂的两端分别与下陶瓷片的导电电极和上陶瓷片的导电电极相接触；装配前上下陶瓷片导电电极表面均匀涂覆钎焊焊料，上夹紧板和下夹紧板之间通过夹紧装置，实现对上陶瓷片的导电电极、P型热电臂和N型热电臂和下陶瓷片的导电电极的夹紧。

所述前后定位条和左右定位条条数相同或条数不相同。

所述夹紧装置包括四根螺柱、四根弹簧、四片垫片和四个螺母；四根螺柱分别装在下夹紧板四角上，四根螺柱穿过上夹紧板后，每根螺柱均套有弹簧和垫片，并用螺母锁紧。

本发明具有的有益效果是：

1．该装置可快速实现对多对P、N型热电臂和导电电极之间的定位和夹紧，并将夹紧好的热电模组整体置入真空钎焊炉中，完成P、N型热电臂和导电电极之间的连接；

2.该装置采用夹紧板、螺柱、弹簧、垫片和螺母的夹紧方式，可在较宽温度范围内有效补偿因热电臂和导电电极不同热膨胀系数引起的热应力，稳定预紧力，保证后续钎焊过程顺利进行；

3.该装置采用先定位、后夹紧、再撤除定位装置的设计思想，结构简单，操作方便，在热电模组制备过程中具有很强的适应性和实用性。

附图说明

图1是本发明的整体结构原理图。

图2是导电电极和下陶瓷片焊接后的俯视图（以4乘4热电单元为例）。

图3是导电电极和上陶瓷片焊接后的俯视图（以4乘4热电单元为例）。

图4是热电臂定位图。

图5是热电模组定位夹紧正视图。

图6是撤除定位装置后的热电模组夹紧正视图。

图中：1.前、后定位块，2.左、右定位块，3.下夹紧板，4.下陶瓷片，5.导电电极，6.上陶瓷片，7.P型热电臂，8.N型热电臂，9.螺柱，10.螺母，11.垫片，12.弹簧，13.上夹紧板，14.前后定位条，15.左右定位条。

具体实施方式

下面结合附图和实例对本发明做进一步说明。

如图1、图2、图3所示，本发明包括夹紧装置、上夹紧板13，一面己钎焊有位置已确定导电电极5的上陶瓷片6，P型热电臂7，N型热电臂8，一面己钎焊有位置已确定导电电极5的下陶瓷片4，下夹紧板3，前、后定位块1，左、右定位块2，前后定位条14和左右定位条15。

如图1、图3、图4、图5所示，前、后定位块1，左、右定位块2分别通过自身凹槽和凸台相互定位围成矩形空间，在矩形空间内安装下夹紧板3，下陶瓷片4定位在下夹紧板3凹槽中；顺着前、后定位块1方向等距布置有多条导向槽，多条导向槽内分别装有前后定位条14，顺着左、右定位块2方向等距布置有多条导向槽，多条导向槽内分别装有左右定位条15，前后定位条14位于左右定位条15之下，两者配合形成矩形定位槽；下陶瓷片4位于前后定位条14下面；上陶瓷片6定位在上夹紧板13下端面凹槽中，在矩形定位槽内依次放置P型热电臂7和N型热电臂8，P型热电臂7和N型热电臂8的两端分别与下陶瓷片4的导电电极和上陶瓷片6的导电电极相接触，在装配前的导电电极表面均涂覆钎焊焊料，上夹紧板13和下夹紧板3之间通过夹紧装置，实现对上陶瓷片6的导电电极、P型热电臂7和N型热电臂8和下陶瓷片4的导电电极的夹紧。

所述前后定位条14和左右定位条15条数相同或条数不相同。当均为5条时，则形成4×4的矩形定位槽(如图1、图4所示)。

如图1、图5、图6所示，所述夹紧装置包括四根螺柱9、四根弹簧12、四片垫片11和四个螺母10；四根螺柱9分别装在下夹紧板3四角上，四根螺柱9穿过上夹紧板13后，每根螺柱均套有弹簧12和垫片11，并用螺母10锁紧。该夹紧装置可在较宽温度范围内有效补偿因P型热电臂7和N型热电臂8和导电电极5不同热膨胀系数引起的热应力，稳定预紧力，保证焊接质量。

如图1、图5、图6所示，夹紧完毕后，P、N型热电臂和下陶瓷片4上的导电电极5和上陶瓷片6上的导电电极5相互位置已经确定，此时可撤除定位装置。沿前、后定位块1导向槽方向依次撤除前后定位条14，沿左、右定位块2导向槽方向依次撤除左右定位条14，沿前、后定位块1和左、右定位块2自身定位凹槽和凸台方向拆除定位块。此时，装配好的热电模组和夹紧装置如图6所示，将其整体放入真空钎焊炉中，根据P、N热电臂材料、导电电极、钎焊焊料确定升温曲线，抽真空、升温、冷却，实现P、N热电臂两端和导电电极之间的连接。

本发明采用先定位、后夹紧、再撤除定位装置的方式，可快速实现对多对P型热电臂7和N型热电臂8和导电电极5之间的定位和夹紧，然后将其整体放入真空钎焊炉中，完成P型热电臂7和N型热电臂8和导电电极5之间的焊接。

如图1～图6所示，本发明是以4×4热电单元阵列，8对P、N型热电臂串联连接为例而绘制的定位夹紧装置示意图。当需要装配更多对P、N型热电臂时，只需要等比例增加定位块的长度并在对应位置加工导向槽即可，定位块和定位条可采用3D打印方式进行加工；当P、N型热电臂连接方式为并联时，只需要依据P、N型热电臂的连接电路对应更改导电电极在上下陶瓷板的焊接位置即可。综上所述，本装置结构简单，操作方便，在热电模组制备过程中具有很强的的适应性和实用性。

上述具体实施方式用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明做出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims

1.一种应用于热电模组制备过程的定位夹紧装置，其特征在于：包括夹紧装置、上夹紧板（13），一面己钎焊有位置已确定导电电极的上陶瓷片（6），P型热电臂（7），N型热电臂（8），一面己钎焊有位置已确定导电电极的下陶瓷片（4），下夹紧板（3），前、后定位块（1），左、右定位块（2），前后定位条（14）和左右定位条（15）；

前、后定位块（1），左、右定位块（2）分别通过自身凹槽和凸台相互定位围成矩形空间，在矩形空间内安装下夹紧板（3），下陶瓷片（4）定位在下夹紧板（3）凹槽中；顺着前、后定位块（1）方向等距布置有多条导向槽，多条导向槽内分别装有前后定位条（14），顺着左、右定位块（2）方向等距布置有多条导向槽，多条导向槽内分别装有左右定位条（15），前后定位条（14）位于左右定位条（15）之下，两者配合形成矩形定位槽；下陶瓷片（4）位于前后定位条（14）下面；上陶瓷片（6）定位在上夹紧板（13）下端面凹槽中，在矩形定位槽内依次放置P型热电臂（7）和N型热电臂（8），P型热电臂（7）和N型热电臂（8）的两端分别与下陶瓷片（4）的导电电极和上陶瓷片（6）的导电电极相接触；装配前上下陶瓷片导电电极表面均匀涂覆钎焊焊料，上夹紧板（13）和下夹紧板（3）之间通过夹紧装置，实现对上陶瓷片（6）的导电电极、P型热电臂（7）和N型热电臂（8）和下陶瓷片（4）的导电电极的夹紧。

2.根据权利要求1所述的一种应用于热电模组制备过程的定位夹紧装置，其特征在于：所述前后定位条（14）和左右定位条（15）条数相同或条数不相同。

3.根据权利要求1所述的一种应用于热电模组制备过程的定位夹紧装置，其特征在于：所述夹紧装置包括四根螺柱、四根弹簧、四片垫片和四个螺母；四根螺柱分别装在下夹紧板四角上，四根螺柱穿过上夹紧板后，每根螺柱均套有弹簧和垫片，并用螺母锁紧。