CN110690340B - 一种优化碲化铅基热电材料/电极接头性能的方法 - Google Patents

一种优化碲化铅基热电材料/电极接头性能的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110690340B
CN110690340B CN201910922136.0A CN201910922136A CN110690340B CN 110690340 B CN110690340 B CN 110690340B CN 201910922136 A CN201910922136 A CN 201910922136A CN 110690340 B CN110690340 B CN 110690340B
Authority
CN
China
Prior art keywords
powder
equal
less
electrode
thermoelectric material
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201910922136.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110690340A (zh
Inventor
陈少平
王雅宁
樊文浩
王文先
吴玉程
孟庆森
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Taiyuan University of Technology
Original Assignee
Taiyuan University of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Taiyuan University of Technology filed Critical Taiyuan University of Technology
Priority to CN201910922136.0A priority Critical patent/CN110690340B/zh
Publication of CN110690340A publication Critical patent/CN110690340A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110690340B publication Critical patent/CN110690340B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
    • H10N10/80—Constructional details
    • H10N10/85—Thermoelectric active materials
    • H10N10/851—Thermoelectric active materials comprising inorganic compositions
    • H10N10/852—Thermoelectric active materials comprising inorganic compositions comprising tellurium, selenium or sulfur
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
    • H10N10/01—Manufacture or treatment
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
    • H10N10/80—Constructional details
    • H10N10/81—Structural details of the junction
    • H10N10/817—Structural details of the junction the junction being non-separable, e.g. being cemented, sintered or soldered
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

本发明是一种优化碲化铅基热电材料/电极接头性能的方法，属于热电器件制备和连接件技术领域，该方法在界面处构建缺陷的化学势平衡，通过形成中间层，降低与热电材料的接触势垒，实现降低其界面接触电阻的目的，并通过扩散作用提高热电材料与电极材料界面处剪切强度。本发明的优点及用途在于：控制与电极材料FexPb0.15Te1‑x‑0.15中的Te含量调控点缺陷浓度，其中0.6≤x≤0.8，在电场和压力场的耦合作用下实现电极材料和热电材料致密化，同步利用扩散作用实现二者的连接。

Description

一种优化碲化铅基热电材料/电极接头性能的方法
技术领域
本发明是一种优化碲化铅基热电材料/电极接头性能的方法，属于热电器件制备和连接件技术领域。通过在电极材料中掺入Pb和Te,利用元素的扩散实现在界面处获得中间层，从而降低电极材料与热电材料的势垒，进而达到降低接触电阻的目的，同时利用元素的扩散，提高材料的剪切强度。
背景技术
碲化铅基热电材料是一种理想且成熟的中温热电材料。作为缺陷化合物，碲化铅基热电材料中Pb原子的过量或者缺失影响其本征缺陷的形成，进而影响其半导体属性。在碲化铅基热电材料和电极的连接过程中，温度和化学势梯度的共同作用促使原子沿垂直于界面方向进行定向输运，破坏了热电材料基体中的本征缺陷平衡，导致界面接触电阻增加，接头热电转换性能退化。并且由于连接方式多为机械咬合，导致接头剪切强度较低。
发明内容
本发明是一种优化碲化铅基热电材料/电极接头性能的方法，目的在于通过电极材料中Pb和Te的扩散，实现中间层为PbTe和Fe的混合物，该混合物仍表现出金属性，属于电极材料的一部分，但与原电极材料相比与热电材料间的势垒得到降低，从而同时实现了降低接触电阻和提升剪切强度的目的。
本发明是一种优化碲化铅基热电材料/电极接头性能的方法，该方法控制电极材料FeXPb0.15Te1-x-0.15中Te的含量，其中0.6≤x≤0.8，分别制备了Fe0.8Pb0.15Te0.05，Fe0.7Pb0.15Te0.15，Fe0.6Pb0.15Te0.25三种电极材料，在电场和压力场的耦合作用下实现电极材料和热电材料致密化，同步利用扩散作用实现二者的连接，其具体步骤如下：
(1)混合原材料：将粒度小于100nm,纯度大于99.9％的Pb和Te按照非化学计量比称量，并充分混合后得到PbxTe1-x混合粉体，其中0.4999≤x≤0.5006，进行1000℃下6小时熔炼后淬火，再进行700℃下保温48h的退火处理后研磨成粉体1，将颗粒度小于100nm,纯度大于99.9％的Fe，Pb和Te按照比例混合得到FexPb0.15Te1-x-0.15混合粉体2，其中0.6≤x≤0.8；
(2)粉体装入模具：将粉体2装入石墨模具，冷压至50％-60％的理论密度，再将粉体1置于粉体2上方，再次冷压至50％-60％理论密度备用；
(3)烧结连接：将装有粉体的石墨模具放入放电等离子烧结炉SPS中进行烧结连接，温度为400℃-600℃，压强为40MPa-45MPa，保温时间为15min-20min，形成FexPb0.15Te1-x-0.15/Pb50.01Te49.99/FexPb0.15Te1-x-0.1热电接头，其中0.6≤x≤0.8，并将接头进行温度为450℃-500℃，保温时间为30min-35min的退火处理。
附图说明
图1中1、2、3、4分别代表着电极材料是1:/Fe；2/Fe0.8Pb0.15Te0.05；3:/Fe0.7Pb0.15Te0.15；4:/Fe0.6Pb0.15Te0.25的样品的剪切强度和接触电阻
具体实施方式
前期实验表明PbxTe1-x热电材料，其中0.4999≤x≤0.5006，当x＝0.5001时，其热电材料性能达到最佳，故在实施方式中，所使用的热电材料为Pb50.01Te49.99，然后制备不同Te含量的电极材料FexPb0.15Te1-x-0.15，分别与Pb50.01Te49.99进行连接，得到FexPb0.15Te1-x-0.15/Pb50.01Te49.99/FexPb0.15Te1-x-0.15热电接头，其中0.6≤x≤0.8。
实施方式1
一种优化碲化铅基热电材料/电极接头性能的方法，将颗粒度小于100nm，纯度不低于99.9％的Pb粉，Te粉按照非化学计量比Pb:Te＝50.01:49.99称量并充分混合后得到成分为Pb50.01Te49.99的块体，在石英管中真空密封后，经1000℃熔炼并保温6h后淬火处理，再经过700℃并保温48h退火处理后研磨得到粉体1；将颗粒度小于100nm，纯度不低于99.9％的Fe粉，Pb粉，Te粉按照Fe:Pb:Te＝0.8:0.15:0.05称量并充分混合后得到成分为Fe0.8Pb0.15Te0.05的粉体2；将粉体2装入石墨模具中，冷压制50％-60％理论密度；再将粉体1置于粉体2上方，再次冷压至50％-60％致密度备用。将装有粉体的石墨模具放入放电等离子烧结炉SPS中进行烧结连接，温度为600℃，压强为40MPa,保温时间为20min,形成Fe0.8Pb0.15Te0.05/Pb50.01Te49.99/Fe0.8Pb0.15Te0.05热电接头，并将接头进行温度为450℃，保温时间为30min退火处理，接触电阻率为25μΩ·cm2，剪切强度超过17MPa,所测接触电阻和剪切强度相较于与纯Fe连接的热电材料相比，性能均有所提升。
实施方式2
一种优化碲化铅基热电材料/电极接头性能的方法，将颗粒度小于100nm，纯度不低于99.9％的Pb粉，Te粉按照非化学计量比Pb:Te＝50.01:49.99称量并充分混合后得到成分为Pb50.01Te49.99的块体，在石英管中真空密封后，经1000℃熔炼并保温6h后淬火处理，在经过700℃48h退火处理后研磨得到粉体1；将颗粒度小于100nm，纯度不低于99.9％的Fe粉，Pb粉，Te粉按照Fe:Pb:Te＝0.7:0.15:0.15称量并充分混合后得到成分为Fe0.7Pb0.15Te0.15的粉体2；将粉体2装入石墨模具中，冷压制50％-60％理论密度；再将粉体1置于粉体2上方，再次冷压至50％-60％致密度备用。将装有粉体的石墨模具放入放电等离子烧结炉SPS中进行烧结连接，温度为600℃，压强为40MPa,保温时间为20min,形成Fe0.7Pb0.15Te0.15/Pb50.01Te49.99/Fe0.7Pb0.15Te0.15热电接头，并将接头进行温度为450℃，保温时间为30min退火处理，测得接触电阻率为35μΩ·cm2，剪切强度超过10.5MPa,相比于与纯Fe连接热电材料接触电阻有所降低，剪切强度略有下降。
实施方式3
一种优化碲化铅基热电材料/电极接头性能的方法，将颗粒度小于100nm，纯度不低于99.9％的Pb粉，Te粉按照非化学计量比Pb:Te＝50.01:49.99称量并充分混合后得到成分为Pb50.01Te49.99的块体，在石英管中真空密封后，经1000℃熔炼并保温6h后淬火处理，在经过温度为700℃保温时间为48h退火后研磨得到粉体1；将颗粒度小于100nm，纯度不低于99.9％的Fe粉，Pb粉，Te粉按照Fe:Pb:Te＝0.6:0.15:0.25称量并充分混合后得到成分为Fe0.6Pb0.15Te0.25的粉体2；将粉体2装入石墨模具中，冷压制50-60％理论密度；再将粉体1置于粉体2上方，再次冷压至50-60％致密度备用。将装有粉体的石墨模具放入放电等离子烧结炉SPS中进行烧结连接，温度为600℃，压强为40MPa，保温时间为20min，形成Fe0.6Pb0.15Te0.25/Pb50.01Te49.99/Fe0.6Pb0.15Te0.25热电接头，并将接头进行温度为450℃，保温时间为30min退火处理，测得接触电阻率为25μΩ·cm2，剪切强度超过17MPa，相比于与纯Fe连接的热电材料，其接触电阻和剪切强度两性能均有所提升。

Claims (2)

1.一种优化碲化铅基热电材料/电极接头性能的方法，其特征在于，该方法控制电极材料FexPb0.15Te1-x-0.15中Te的含量，其中0.6≤x≤0.8，分别制备了Fe0.8Pb0.15Te0.05，Fe0.7Pb0.15Te0.15，Fe0.6Pb0.15Te0.25三种电极材料，在电场和压力场的耦合作用下，实现电极材料和热电材料致密化的同时同步利用扩散作用实现二者的连接，具体步骤如下：
(1)混合原材料：将粒度小于100nm，纯度大于99.9％的Pb、Te按照非化学计量比称量，并充分混合后得到Pb50.01Te49.99混合粉体，进行1000℃下6小时熔炼后淬火，再进行700℃下保温48h的退火处理后研磨成粉体1，将颗粒度小于100nm，纯度大于99.9％的Fe、Pb和Te按照比例混合得到FexPb0.15Te1-x-0.15混合粉体2，其中0.6≤x≤0.8；
(2)粉体装入模具：将粉体2装入石墨模具，冷压至50％-60％的理论密度，再将粉体1置于粉体2上方，再次冷压至50％-60％理论密度备用；
(3)烧结连接：将装有粉体的石墨模具放入放电等离子烧结炉SPS中进行烧结连接，温度为400℃-600℃，压强为40MPa-45MPa，保温时间为15min-20min，形成FexPb0.15Te1-x-0.15/Pb50.01Te49.99/FexPb0.15Te1-x-0.15热电接头，其中0.6≤x≤0.8并将接头进行温度为450℃-500℃，保温时间30min-35min的退火处理。
2.根据权利要求1所述的一种优化碲化铅基热电材料/电极接头性能的方法，其特征在于：电极材料为FexPb0.15Te1-x-0.15，其中0.6≤x≤0.8。
CN201910922136.0A 2019-09-27 2019-09-27 一种优化碲化铅基热电材料/电极接头性能的方法 Active CN110690340B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910922136.0A CN110690340B (zh) 2019-09-27 2019-09-27 一种优化碲化铅基热电材料/电极接头性能的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910922136.0A CN110690340B (zh) 2019-09-27 2019-09-27 一种优化碲化铅基热电材料/电极接头性能的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110690340A CN110690340A (zh) 2020-01-14
CN110690340B true CN110690340B (zh) 2023-04-07

Family

ID=69110493

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910922136.0A Active CN110690340B (zh) 2019-09-27 2019-09-27 一种优化碲化铅基热电材料/电极接头性能的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110690340B (zh)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0821417A2 (en) * 1996-07-26 1998-01-28 Technova Inc. Thermoelectric semiconductor and fabrication process thereof
JP2017085050A (ja) * 2015-10-30 2017-05-18 国立研究開発法人産業技術総合研究所 熱電変換素子、熱電変換モジュール

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101549405A (zh) * 2009-05-19 2009-10-07 燕山大学 高致密化高性能纳米晶块体热电材料的高压烧结制备方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0821417A2 (en) * 1996-07-26 1998-01-28 Technova Inc. Thermoelectric semiconductor and fabrication process thereof
JP2017085050A (ja) * 2015-10-30 2017-05-18 国立研究開発法人産業技術総合研究所 熱電変換素子、熱電変換モジュール

Also Published As

Publication number Publication date
CN110690340A (zh) 2020-01-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110098313B (zh) 一种择优取向p型碲化铋基多晶块体热电材料的制备方法
CN101570437B (zh) 一种连续式低温烧结高导热率AlN陶瓷的方法及其产品
CN103096529B (zh) 具有较高可靠性和安全性的氮化硅发热体的制作方法
CN100549195C (zh) 一种填充方钴矿基热电复合材料及其制备方法
CN112225565B (zh) 一种钨硅靶坯的制备方法
CN106601366A (zh) 一种122型铁基化合物超导线材或带材的制备方法
CN103096528B (zh) 一种氮化硅发热体的制作方法
CN110690340B (zh) 一种优化碲化铅基热电材料/电极接头性能的方法
CN102433481B (zh) 一种AlN颗粒增强铜复合热沉材料的制备方法
CN102383023A (zh) 硅锰铁合金热电材料的制备方法
CN104362249B (zh) 一种与Mg‑Si‑Sn基热电元件相匹配的分层电极及其连接工艺
CN113773083B (zh) 一种兼具高强度和高热电性能的碲化铋基材料及其制备方法
CN116322261A (zh) 一种碲化铅器件电极材料的筛选方法
CN101948304B (zh) 一种二氧化锡电极的制备方法
CN108585831A (zh) 低电阻率ito靶材的制备方法
Liu et al. Design and optimization of gradient interface of Ba 0.4 In 0.4 Co 4 Sb 12/Bi 2 Te 2.7 Se 0.3 thermoelectric materials
JP4123388B2 (ja) 亜鉛アンチモン化合物焼結体
CN114956833A (zh) 一种耐高温抗热震复合陶瓷绝缘材料及其制备方法
CN110707205B (zh) 一种提升Te基热电接头性能的方法
JP3704556B2 (ja) 亜鉛アンチモン化合物の製造法
CN115159986B (zh) 一种自由锻工艺制备p型碲化铋基热电材料的方法
CN116023141B (zh) 一种n型碲化铋基材料及其制备方法
TWI578584B (zh) Ｎ型碲化鉛熱電材料之製備方法
CN115287753B (zh) 一种基于免模具叠镦的p型多晶碲化铋基热电材料的制备方法
CN115287754B (zh) 一种基于免模具叠镦的n型多晶碲化铋基热电材料的制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant